一种同心圆结构的带钢芯多层复合不锈钢件制备方法技术

本发明专利技术属于多层复合金属材料成形加工技术领域，并提供了一种同心圆结构的带钢芯多层复合不锈钢件制备方法，该方法主要用凝胶注模成形技术结合离心注模技术，将不同成分的不锈钢粉

【技术实现步骤摘要】
一种同心圆结构的带钢芯多层复合不锈钢件制备方法


[0001]本专利技术属于多层复合金属材料成形加工
，更具体地，涉及一种同心圆结构的带钢芯多层复合不锈钢件制备方法。

技术介绍

[0002]现有花纹钢刀具普遍使用的是轧制型花纹钢，其制造工艺是将至少两种钢堆叠、焊接、加热，利用大功率轧机的强大压力使材料产生塑性变形，使分层金属接触面形成组元间的原子键合和榫扣结合。轧制型花纹钢主要分为两类，一类是带钢芯的多层复合花纹钢，此类刀具钢的核心是高硬度钢，硬钢芯的两侧被较软的多层复合钢包夹，增加韧性保护刃口。另一类是由两种钢材混合锻造形成的无钢芯多层复合钢。手工刀匠还使用一种锻造型花纹钢，其制造工艺是将至少两种钢交替堆叠，焊接在一起，然后加热锻造；再将锻造的钢坯轧成钢条，再折叠、加热、锻造，从而制成多层复合钢坯。但是，锻造和轧制法制造花纹钢，设备投资大，工艺复杂，工艺条件诸如结合面的洁净程度、焊缝质量、加热工艺规范等因素难以控制。其中锻造法噪音污染严重，轧制法制造多层复合钢，界面结合率取决于首道次的压下量，需要使用大功率的轧机，设备投资大。且锻造和轧制法制造的都是平直的叠层复合钢，花纹形式变化不够丰富。
[0003]能够形成同心圆结构的多层复合钢的方法常用的为粉末冶金花纹钢方法，主要将两种成分的钢水利用雾化法制成粉末，再用特殊的粉末分配模具将两种不锈钢粉以不同的形式分层累积成截面为同心圆式的多层复合结构。同心圆结构的叠层粉末坯经热等静压烧结制成同心圆结构的多层复合钢，再经过扭转、花纹锻造等方法形成变化丰富的花纹。粉末冶金花纹钢丰富的花纹款式，主要来源于同心圆结构的多层复合钢在加工过程中结构的变化。这种采用特殊结构的粉末分配模具和复杂的粉末填充工艺的加工方法，除了存在结合面的洁净程度、焊缝质量、加热工艺规范等因素难以控制外，还存在同心圆结构的多层复合钢成形效率更低、且制造成本更高的问题。
[0004]离心注模技术是将液体金属注入高速旋转的铸型内，使金属液做离心运动并充满铸型和形成铸件。由于离心运动使液体金属在径向能很好地充满铸型并形成铸件的自由表面，不用型芯便能获得圆柱形的铸件，且有助于液体金属中气体和夹杂物的排除。但其对离心铸造机的转速、所浇注金属的定量要求较高，尤其是浇注多层金属型结构的操作具有一定复杂性。
[0005]凝胶注模成形是将有机单体、交联剂、引发剂、催化剂加入到陶瓷料浆内，把料浆注入非孔模具内，用温度诱导有机单体发生聚合反应而固化形成坯体的成形工艺，目前主要用于单一成分均质陶瓷的成形，尚无有关利用凝胶注模成形技术进行多层陶瓷或多层金属(合金)成形的实际应用。仅在专利CN104028764B中公开了一种了基于凝胶注模成形技术制备多层复合不锈钢的方法，方法包括：在去离子水中加入甲基丙稀酸羟乙酯与三缩四乙二醇双丙稀酸酯混合物、水溶性高分子材料、过硫酸胺，制成单体溶液；将至少两种不锈钢粉末分别加入所述单体溶液中，制成至少两种不锈钢粉
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单体混合物；将一种不锈钢粉
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单
体混合物浇注到模具中，制成不锈钢凝胶坯；再将至少另一种不锈钢粉
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单体混合物浇注到模具中凝胶坯的表面，依次逐层添加不锈钢粉
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单体混合物，加热制成多层不锈钢生坯后再烧结制成多层不锈烧结坯，得到叠层复合钢。该种方法得到的叠层复合钢存在铸件硬度不够高、成形质量较差的问题，且不能形成同心圆结构的多层复合钢。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种同心圆结构的带钢芯多层复合不锈钢件制备方法，以解决现有花纹钢制作工艺设备要求高、制备工艺复杂且成形率低的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种同心圆结构的带钢芯多层复合不锈钢件制备方法，该方法包括如下步骤：
[0008]S1、将至少两种不同成分的不锈钢粉
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单体混合物按预设次数交替浇注到离心成形模具中，每一次浇注时，所述离心成形模具均按预设时间绕其中心轴线旋转，以利用离心力将待浇注的所述不锈钢粉
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单体混合物铺设到模具内壁上，直至多次浇注并旋转后在离心成形模具的内壁上形成多层复合不锈钢粉凝胶，所述多层复合不锈钢粉凝胶中心有圆柱形空腔；
[0009]S2、将任意一种所述不锈钢粉
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单体混合物浇注到所述圆柱形空腔中，静置预设时间获得实心的多层复合不锈钢粉凝胶坯；
[0010]S3、将所述多层复合不锈钢粉凝胶坯加热至预设温度后保温预设时间，制成多层复合不锈钢生坯；
[0011]S4、将所述多层不锈钢生坯在预设温度下烧结预设时间，以此获得同心圆结构的带钢芯的多层复合不锈钢件。
[0012]进一步的，所述离心成形模具为圆柱形模具或鼓形模具；优选的，所述圆柱形模具或鼓形模具的两个端面直径不同。
[0013]进一步的，所述离心成形模具在步骤S1中其中心轴线平行于水平面放置；优选的，所述离心成形模具在步骤S2中其中心轴线垂直于水平面放置；更进一步优选的，所述离心成形模具的转速为200转/分钟
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500转/分钟。
[0014]进一步的，步骤S1中，离心成形模具的旋转时间优选为30分钟
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60分钟。
[0015]进一步的，步骤S2中，静置时间优选为30分钟
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60分钟。
[0016]进一步的，步骤S3中，所述多层复合不锈钢粉凝胶坯的加热温度优选为60℃
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80℃，保温时间优选为5小时
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10小时。
[0017]进一步的，步骤S4中，所述多层不锈钢生坯的烧结温度优选为1200～1400℃，烧结时间优选为2小时
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6小时。
[0018]进一步的,在步骤S1实施前，先制备所述不锈钢粉
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单体混合物，制备步骤包括：
[0019]S101、以重量份数计，将预设份数的甲基丙稀酸羟乙酯与预设份数的三缩四乙二醇双丙稀酸酯混合，制成混合物；
[0020]S102、以重量份数计，在预设份数的去离子水中加入预设份数的所述混合物、预设份数的聚丙烯酰胺、预设份数的四甲基乙二胺和预设份数的过硫酸胺，制成单体溶液；
[0021]S103、以重量份数计，将至少两种预设份数的不锈钢粉末分别加入预设份数的所
述单体溶液中，制成不同种类的所述不锈钢粉
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单体混合物。
[0022]更进一步的，所述不锈钢粉末的材质优选为20Cr13、30Cr13、40Cr13、50Cr15MoV、70Cr17MoV或90Cr18MoV中的至少2种。
[0023]更进一步的，步骤S101中，所述甲基丙稀酸羟乙酯与所述三缩四乙二醇双丙稀酸酯的重量份数比为1
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3:10；步骤S102中，所述混合物与所述去离子水的重量份数比为1
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2:10，所述聚丙烯酰胺与所述去离子水的重量份数比为1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同心圆结构的带钢芯多层复合不锈钢件制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1、将至少两种不同成分的不锈钢粉
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单体混合物按预设次数交替浇注到离心成形模具中，每一次浇注时，所述离心成形模具均按预设时间绕其中心轴线旋转，以利用离心力将待浇注的所述不锈钢粉
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单体混合物铺设到模具内壁上，直至多次浇注并旋转后在离心成形模具的内壁上形成多层复合不锈钢粉凝胶，所述多层复合不锈钢粉凝胶中心有圆柱形空腔；S2、将任意一种所述不锈钢粉
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单体混合物浇注到所述圆柱形空腔中，静置预设时间获得实心的多层复合不锈钢粉凝胶坯；S3、将所述多层复合不锈钢粉凝胶坯加热至预设温度后保温预设时间，制成多层复合不锈钢生坯；S4、将所述多层不锈钢生坯在预设温度下烧结预设时间，以此获得同心圆结构的带钢芯的多层复合不锈钢件。2.根据权利要求1所述的一种同心圆结构的带钢芯多层复合不锈钢件制备方法，其特征在于，所述离心成形模具为圆柱形模具或鼓形模具；优选的，所述圆柱形模具或鼓形模具的两个端面直径不同。3.根据权利要求1所述的一种同心圆结构的带钢芯多层复合不锈钢件制备方法，其特征在于，所述离心成形模具在步骤S1中其中心轴线平行于水平面放置；优选的，所述离心成形模具在步骤S2中其中心轴线垂直于水平面放置；更进一步优选的，所述离心成形模具的转速为200转/分钟
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500转/分钟。4.根据权利要求1所述的一种同心圆结构的带钢芯多层复合不锈钢件制备方法，其特征在于，步骤S1中，离心成形模具的旋转时间优选为30分钟
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60分钟。5.根据权利要求1所述的一种同心圆结构的带钢芯多层复合不锈钢件制备方法，其特征在于，步骤S2中，静置时间优选为30分钟
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60分钟。6.根据权利要求1所述的一种同心圆结构的带钢芯多层复合不锈钢件制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述多层复合不锈钢粉凝胶坯的加热温度优选为60℃
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80℃，保温时间优选为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：车晓舟，
申请(专利权)人：华南理工大学阳江研究院，
类型：发明
国别省市：