一种粉末冶金高速钢丝材的制备方法技术

本发明专利技术涉及粉末冶金技术领域，公开了一种粉末冶金高速钢丝材的制备方法，该粉末冶金高速钢丝材包含以下重量百分比的组分：C：1.5~1.8%，Mn：0.28~0.38%，Si：0.6~0.75%，Cr：3.8~4.5%，V或者Nb+V：2.8~3.2%，W：5.8~6.5%，Mo：4.8~5.5%，Co：7.8~8.5%，Ti：1.8~2.3%，Re：1~3%，S：<0.03%，P：<0.05%，O+N+H：<0.005%，其余为Fe。本发明专利技术制备的粉末冶金高速钢组织细小、碳化物均匀、有害杂质量少，抗弯强度、韧性和耐磨性明显提升。提升。提升。

【技术实现步骤摘要】
一种粉末冶金高速钢丝材的制备方法
[0001]分案说明
[0002]本专利技术为申请日为2022年06月02日，申请号为2022106182756，专利技术名称为“粉末冶金高速钢丝材及其制备方法”的分案申请。


[0003]本专利技术涉及粉末冶金
，特别涉及一种粉末冶金高速钢丝材的制备方法。

技术介绍

[0004]高速钢具有高硬度、高强度、耐磨性好的特点，广泛应用于精密刀具制作以及模具制造业。相比于传统的铸造高速钢，利用粉末冶金法制备得到的高速钢显著地改善了显微组织当中碳化物偏析的问题，极大地提升了材料的力学性能以及工作时的稳定性。目前商用的粉末冶金高速钢主要由气雾化合金粉－热等静压联合法进行制备，得到的高速钢具有明显的细晶组织，碳化物均匀分布，强度性能均在3500MPa以上，部分牌号性能可以达到4000MPa以上，但是由于生产所耗成本居高不下，严重限制了其大规模应用。有研究报道，利用商业M2合金粉掺杂氮化钒粉末通过球磨活化与冷压烧结的方式，在1160℃可以基本实现材料的致密化，相对密度高达99.4％，强度性能也能够维持在2500～3000MPa左右，并极大地降低了生产成本。因此，本专利技术旨在公开一种冷压烧结法制备低成本、高性能的粉末冶金高速钢的方法。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对高速钢材料寿命低的问题，本专利技术提供一种粉末冶金高速钢丝材的制备方法，制备的粉末冶金高速钢组织细小、碳化物均匀、有害杂质量少，抗弯强度、韧性和耐磨性明显提升。
[0006]技术方案：本专利技术提供了一种粉末冶金高速钢丝材，包含以下重量百分比的组分：C：1.5～1.8％，Mn：0.28～0.38％，Si：0.6～0.75％，Cr：3.8～4.5％，V或者Nb+V：2.8～3.2％，W：5.8～6.5％，Mo：4.8～5.5％，Co：7.8～8.5％，Ti：1.8～2.3％，Re：1～3％，S：<0.03％，P：<0.05％，O+N+H：<0.005％，其余为Fe。
[0007]本专利技术还提供了一种粉末冶金高速钢丝材的制备方法，包括以下步骤：S1：熔炼母合金：按配比取用原料Fe的纯金属，W、Mo、Co、V、Nb、Cr各自的纯金属或中间合金，以及C
‑
Fe、Si
‑
Fe、Mn
‑
Fe、Ti
‑
C、Re
‑
M的中间合金，并对所有原料进行干燥处理；在真空度10
‑5～103Pa的条件下熔炼母合金；首先在1380～1580℃熔化Fe、W、Mo、Co、V、Nb、Cr中的纯金属，保温10～15min；其次在1280～1580℃加入W、Mo、Co、V、Nb、Cr的中间合金以及C
‑
Fe、Si
‑
Fe、Mn
‑
Fe的中间合金，保温10～15min，搅拌均匀后除渣；再次在1280～1580℃加入由Ti
‑
C粉末压制成的块体料，保温15～35min；然后在1280～1480℃加入Re
‑
M的中间合金，保温3～5min，保温过程一直电磁搅拌；最后真空炉内浇铸出炉，得母合金；S2：电渣提纯：对S1制备的母合金进行电渣重熔，电渣的渣系为CaF2‑
CaO
‑
Al2O3‑
TiO2，含量分别为65～70％、10～15％、10～15、5
～10％；S3：制粉：将S2电渣提纯后的母合金进行制粉，得到合金粉末；S4：退火压坯：对合金粉末依次进行还原退火和粉末压坯，制备成粉末块体坯料；S5：烧结：对S4所得粉末块体坯料进行烧结；S6：热处理：对S5所得烧结后的粉末块体坯料进行分级热处理；S7：变形：对所述S6所得粉末块体坯料进行锻造和/或挤压、轧制、拉拔处理，得到φ1
‑
3mm的丝材；S8：热处理：对S7所得丝材再次进行分级热处理。
[0008]优选地，在所述S2中，在所述电渣重熔的过程中，采取结晶器出料口加强冷却、侧壁适当保温的手段控制熔池的温度梯度，使凝固方向与熔池的侧壁的夹角的锐角部分区间为0～30
°
，得到净化后的母合金熔体。
[0009]优选地，在所述S3中，将S2电渣提纯后的母合金转入保护性气氛保护、炉膛内壁镀有保护层的中间炉，然后在中间炉直接制粉，得到所述合金粉末。
[0010]进一步地，在所述S3中，所述制粉的方式为气雾化制粉，采用氩气雾化，氩气纯度99.9％，雾化压力10～30MPa，制备出来的合金粉末的D50为20～60μm；或者，所述制粉的方式为水、气联合雾化制粉，采用的气体为氩气，纯度为99.9％，雾化压力10～30MPa，水压8～50MPa，制备出来的合金粉末的D50为8～20μm；或者，所述制粉的方式为球磨制粉，制备出来的合金粉末的D50为8～50μm；或者，所述制粉的方式为旋转电离制粉，制备出来的合金粉末的D50为30～70μm。
[0011]优选地，在所述S4中，所述还原退火的工艺如下：在真空炉内进行，炉内成真空状态或惰性气体保护状态，将粉末平铺在基板上，厚度为5～10mm，多层基板叠加放置，相邻基板间距30～100mm，温度400～680℃，保温时间60～300min，随炉冷却到室温后取出。过程中检测炉内气氛氧含量，使氧含量小于10ppm。
[0012]进一步地，在所述S4中，所述粉末压坯的工艺为非HIP压坯：将经还原退火后的合金粉末称重后放入压坯模具中，将粉末双向模压制成块体坯料；压力500～1200MPa。
[0013]进一步地，在所述S5中，所述烧结的方式为常压保护性气氛烧结：(1)烧结炉内冲入保护性惰性气体，排出氧气，使烧结炉内的氧含量小于1ppm；(2)以6～10℃/min的速度升温至650～850℃，保温时间t＝3～5min/cm
×
d，；(3)以8～10℃/min的速度升温至1180～1260℃，保温时间t＝10～30min/cm
×
d；(4)随炉冷却至室温；其中，d为样品的最大壁厚，单位cm。
[0014]优选地，在所述S6和/或S8中，所述分级热处理的工艺如下：(1)预热：以5～10℃/min的升温速度加热至580～620℃，保温时间t＝3～5min/cm
×
d；(2)二次预热：紧接着以5～10℃/min的升温速度加热至840～860℃，保温时间t＝2～4min/cm
×
d；(3)淬火保温：紧接着以5～10℃/min的升温速度加热至1170～1260℃，保温时间t＝2～4min/cm
×
d；(4)淬火冷却：紧接着，当d≥10时，首先以103～105℃/s的降温速度降温至300～500℃，保温时间t＝0.1～1.5min/cm
×
d，然后以103～105℃/s的降温速度降温至20～40℃，保温时间t＝0.1～1.5min/cm
×
d；当10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种粉末冶金高速钢丝材的制备方法，其特征在于，该粉末冶金高速钢丝材包含以下重量百分比的组分： C：1.5~1.8%，Mn：0.28~0.38%，Si：0.6~0.75%，Cr：3.8~4.5%，V或者Nb+V：2.8~3.2%，W：5.8~6.5%，Mo：4.8~5.5%，Co：7.8~8.5%，Ti：1.8~2.3%，RE：1~3%，S：<0.03%，P：<0.05%，O+N+H：<0.005%，其余为Fe；其制备方法包括以下步骤：S1：按配比取用原料Fe的纯金属，W、Mo、Co、V、Nb、Cr各自的纯金属或中间合金，以及C
‑
Fe、Si
‑
Fe、Mn
‑
Fe、Ti
‑
C、RE
‑
M的中间合金，并对所有原料进行干燥处理；在真空度10
‑5~103Pa的条件下，采用真空感应熔炼技术熔炼母合金；首先在1380~1580℃熔化Fe、W、Mo、Co、V、Nb、Cr中的纯金属，保温10~15min；其次在1280~1580
º
C加入W、Mo、Co、V、Nb、Cr的中间合金以及C
‑
Fe、Si
‑
Fe、Mn
‑
Fe的中间合金，保温10~15min，搅拌均匀后除渣；再次在1280~1580
º
C加入由Ti
‑
C粉末压制成的块体料，保温15~35min；然后在1280~1480
º
C加入RE
‑
M的中间合金，保温3~5min，保温过程一直电磁搅拌；最后真空炉内浇铸出炉，得母合金；S2：对S1制备的母合金进行电渣重熔；S3：将S2电渣重熔后的母合金在保护性气氛中滴铸到铜模内，得到滴铸的铸锭；S4：将S3的铸锭破碎，并球磨制粉；S5：对S4合金粉末依次进行还原退火和粉末压坯，制备成粉末块体坯料；S6：对S5所得粉末块体坯料进行烧结；S7：对S6所得烧结后的粉末块体坯料进行分级热处理；S8：对所述S7所得粉末块体坯料进行锻造和/或挤压、轧制、拉拔处理，得到φ1
‑
3mm的丝材；S9：对S8所得丝材再次进行分级热处理。2.根据权利要求1所述的粉末冶金高速钢丝材的制备方法，其特征在于，在S4中，所述球磨制粉的工艺如下：S4
‑
1：将S3得到的滴铸铸锭破碎至0.1~1mm；S4
‑
2：用行星球磨机将粉末混合到酒精中，球与粉的重量比为3~6：1，磨粉时间24~72小时；S4
‑
3：将碾磨后的混合料浆在75~80℃下干燥5~10h，过筛后转入低氧分压的干燥室进行一定预氧化；S4
‑
4：将S4
‑
3获得的合金粉末密封封存。3. 根据权利要求1所述的粉末冶金高速钢丝材的制备方法，其特征在于，在所述球磨制粉的过程还加入TiC、VN 、WC、Mo2C、Cr3C2、VC、NbC粉末中的一种或其组合。4.根据权利要求1所述的粉末冶金高速钢丝材的制备方法，其特征在于，在所述S7和/或S9中，所述分级热处理的工艺如下：（1）预热：以5~10℃/min的升温速度加热至580~6...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈业高，彭凌剑，潘海成，邵国友，
申请(专利权)人：江苏应用元素科技有限公司，
类型：发明
国别省市：