高硬度高耐磨粉末冶金高速钢制造技术

本发明专利技术涉及一种高性能高速钢，尤其是一种采用粉末冶金方法制造的含Ａｌ的高硬度高耐磨粉末冶金高速钢。该高速钢由Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｌ及铁和杂质组成。采用本技术方案制备的高速钢，淬回火硬度在６７．５ＨＲＣ以上，红硬性及耐磨性较好，抗弯强度较强，成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高性能高速钢，尤其是一种采用粉末冶金方法制造的含A1的高硬度高耐磨粉末冶金髙速钢。
技术介绍
粉末冶金高速钢的研究开发始于1965年，并于20世纪70年代由美国 Crucible厂和瑞典Stora厂(现属法国Erasteel公司)相继投入工业性生 产，主要工艺路线釆用的是"气雾化制粉+HIP热等静压成型+精锻"技术。 粉末冶金工艺生产的高速钢可去除钢中几乎所有杂质，进一步提高材料軔 性，显著改善刀具的抗崩刃能力，其不仅解决了传统冶金工艺中存在的碳 化物组织粗大问题，而且还开辟了一条一般铸锻工艺难于或不可能生产的 超高合金含量的高速钢的新途径。目前，国外有代表性的粉末冶金高速钢 生产企业有3~5家，处于领先水平的生产厂有法囯Erasteel和奥地利 Bohler公司，其代表性产品有法国Erasteel公司的ASP2030、 ASP2060、 ASP2080和奥地利Bohler公司的S390、 S290等。在国内"六五"期间钢铁研究总院曾研制了 T15粉末冶金高速钢钢锭， 使我国在粉末冶金高速钢生产方面取得一定进展，后来也有不少研究单位 进行了粉末高速钢的研究工作，但性能还是达不到相应要求。随着我国工 业现代化技术的迅猛发展，尤其在航空、航天、轮船、汽轮机、汽车等制 造业在加工制造方面不仅需要大型的、整体性和复杂形状的刀具，而且不 断发展的高速切削技术和曰益增多的难加工特种材料，对刀具材料的性能 等也提出了愈来愈高的要求。由于粉末冶金高速钢中碳化物颗粒细小且分布均匀，因此与碳化物含 量相同的普通高速钢相比，其强韌性大大提高。凭借这一优势，粉末冶金 高速钢刀具非常适合用于切削冲击大和金属切除率高的加工场合(如挠曲 切削、断续切削等)。此外，由于粉末冶金高速钢的强軔性不会因金属碳化物含量的增加而削弱，因此钢材生产商可以在钢中添加大量合金元素，以 提高刀具材料的性能。中国专利技术专利ZL98121315. 4 (公告号为CN1215091 )公开了一种高硬 度粉末冶金高速钢件，该钢件的基本组成以重量％包括2.4-3.9的碳、 0.8以下的锰、0.8以下的珪、3.75~4.75的铬、9.0~11.5的鸽、4. 75 ~ 10. 75的钼、4. 0 ~ 10. 0的钒和8. 5 ~ 16. 0的钴以及任选的2. 0 ~ 4. 0的铌， 釆用该技术方案，使生产的高速钢件具有高硬度和高耐磨性，但由于本技 术方案中，釆用了高含量的贵金属元素钴(8.5-16. 0% )，使得该钢件的成本大幅提高，因此，导致该粉末冶金高速钢价格较贵， 一般约为普通高 速钢的2 5倍，因此，该类似技术的粉末冶金高速钢还得不到全面推广。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种在充分利用资源、 有效的降低成本基础上，具有高硬度、高耐磨性的粉末冶金高速钢。为实现上述专利技术目的，本专利技术的高硬度高耐磨粉末冶金高速钢，其通 过粉末冶金法制备，其具有下列的化学组分，以重量％计，含有C:l~2. 5， Si:0~1.2, Cr:3.5~4. 5, Mo:2~5, V:2~5, W:6~12, Nb:0~l， Mn:O-O. 8, Co:0~5, Al:O. 2~1.5，佘量为铁和杂质。作为上述方案的化学组分优选配比，所述的化学组分以重量％计，含有C: 1. 7 ~ 1. 9， Si: 0. 9 ~ 1. 1， Cr: 3. 8 ~ 4. 2， Mo: 2. 5 ~ 3. 5， V: 2. 5 ~ 4. 9， W: 11 — 12, Nb:O. 4~0. 8, Mn: 0 — 0.8， Co: 0 — 5.0, Al:O. 4~1.4，余量为铁和杂质。上述的Al所占优选重量百分比为0. 7 ~ 1. 3。 上述的Al所占最佳重量百分比为1.2。釆用上述技术方案，其效果如下1、钴、铝都是非碳化物形成元素，都能提高钢的相变点及在回火时析 出弥散碳化物的量，对钢的耐热性有非常明显的作用。但钴会降低钢的冷、热塑性而增加脆性，并且价格昂贵，所以在本专利技术中加入部分A1用于完全 或部分替代昂贵的CO以降低成本，同时会对钢的冷、热塑性及軔性有利。 铝增加了碳在奥氏体中的活度，从而有利于碳原子的偏聚，进而增加了碳 化物的形核率，提高了钢在回火时析出的弥散碳化物的数量，最终提高二 次硬化效果，另一方面铝与铁及合金元素有较强的交互作用，可降低W、 Mo、Cr、 V等合金元素在奥氏体中的活度，从而降低合金元素在奥氏体中的扩散系数，也就降低了碳化物的长大速度，阻止了碳化物的长大，最终提高了钢的红硬性。但铝的加入也不能过量，过多的4吕会增加钢的混晶倾向性同时增多游离铁素体，从而影响到钢的最终组织降低了刀具的使用寿命。因此，基于上述考虑，本专利技术中铝含量在0.2~1.5%,优选重量百分比含量为 0. 7~1. 3%，最佳重量百分比含量为1.2%;2、 钨、钼都是高速钢形成碳化物的主要元素，其主要作用是形成一定 数量难以溶解的一次碳化物，使钢可接受近熔点的高温淬火，并且提高钢 的耐磨性，并形成足够量的二次碳化物，通过高温固溶淬火获得高W (Mo)的 马氏体，后者回火时，W (Mo)所形成的M2C及M C的脱溶是二次硬化和红 硬性的主要因素。但钨、钼有着各自的特点，本专利利用钨钢较高熔点及 碳化钨较高硬度，选择较高钨含量来提高本钢种的过热敏感性、抗脱碳性、 红硬性及耐磨性，选择较低的钼含量，在增加钢的淬透性的同时，可降低 Mo对钢的过热敏感性和脱碳倾向性。因此，基于上述考虑，本专利技术中锡含 量在6~12%、钼含量在2. 5~3. 5%，优选锡含量在11~12%。3、 钒、铌在高速钢中都形成非常稳定的碳化物，其主要作用是提高了 钢的耐磨性、红硬性，改善回火稳定性并产生二次硬化作用。普通铸锻高 速钢钒一般在1—3%，而用粉末冶金方法制造的高速钢钒(或钒+铌)含量可 到5%也不太影响可磨削性，基于上述考虑，本专利技术中钒含量在2~5%,优 选含量在4~5%。而铌及铌的碳化物熔点较钒及钒的碳化物高，加入少量 的铌除可以提高耐磨性，还能阻止晶粒长大，因此，本专利技术中铌含量在0 1.0%,优选含量为0. 4~0. 8%。4、 铬在本专利技术的高速钢中，主要是提高淬透性和回火硬度，以及增加 抗氧化及抗腐蚀能力，但其也会降低高速钢热塑性、冷塑性和热处理后的抗弯强度。因此，本专利技术铬含量3. 5~4. 5%。5、 碳为高速钢中的基本元素，对其性能的影响极为显著。它和高速钢 中的碳化物形成元素形成各种合金碳化物，而赋予高速钢各项性能最基本 的影响。当高速钢中含碳量过低时，会出现一定数量的铁素体，使钢硬度 大大降低，碳量不足时，碳化物数量也相应减少，使钢的耐磨性能和切削 性能都要降低。反之含碳量过高，则会使钢的塑性、韧性降低，锻造性能 变坏，而且使淬火加热时，易产生各种不良组织，造成钢的各项性能下降。 所以碳含量的选择应根据碳化物形成元素含量进行选择，即根据合金化原 理，C=0. 033W+0. 063Mo+0. 060Cr+0. 2V+0. 13Nb,进行碳含量控制，有效的 发挥合金元素的作用，如本专利技术的一个优选实施方案中，碳含量在1.7~ 1. 9%。本专利技术的高硬度高耐磨粉末冶金高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高硬度高耐磨粉末冶金高速钢，其通过粉末冶金法制备，其特征在于其具有下列的化学组分，以重量％计，含有：　Ｃ：１～２．５，Ｓｉ：０～１．２，Ｃｒ：３．５～４．５，Ｍｏ：２～５，Ｖ：２～５，Ｗ：６～１２，Ｎｂ：０～１，Ｍｎ：０～０．８， Ｃｏ：０～５，Ａｌ：０．２～１．５，余量为铁和杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴立志，郑伟，方玉诚，金成海，
申请(专利权)人：河冶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]