CN101736286A - 一种含有镝的等离子表面低合金高速钢 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含有镝的等离子表面低合金高速钢及其制备方法，它是先在低、中碳钢或低、中碳合金钢表面利用等离子渗金属技术进行钨、钼、铬、钒和镝金属共渗，接着渗碳、淬火、回火处理制成，这种含有镝的等离子表面低合金高速钢，合金元素用量少，原料易得，成本低，表面硬度高，使用寿命长。

Description

一种含有镝的等离子表面低合金高速钢

技术领域

本发明涉及低合金高速钢，具体是一种含有镝的等离子表面低合金高速钢及其制备方法。

背景技术

公知，整体冶金高速钢具有高硬度、高耐磨的特点，是较好的工业耐磨材料，随着工业的发展，对整体冶金高速钢的需求量也越来越多，但是整体冶金高速钢存在着以下不足：(1)合金元素的消耗量大，一般整体冶金高速钢中合金元素含量大于16％，即使是低合金高速钢，其合金元素含量也大于12％，我国两院院士师昌绪先生指出：世界上合金元素的储存量仅够使用40-60年，加上潜在的储存量，最多使用100年；(2)价格昂贵，整体冶金高速钢的价格是一般碳钢材料的数倍至十倍以上；(3)整体冶金高速钢还存在以下突出问题：

①存在共晶莱氏体碳化物，且分布非常不均匀；

②必须增加塑性加工工序和采用较大的压缩比才能改善共晶莱氏体碳化物的分布；

③塑性变形抗力大，易开裂，工艺复杂。

为此，整体冶金高速钢的使用，受到了极大的限制，产量和数量不能大幅度增加，在许多方面使得工业化生产受到影响。

发明内容

为克服现有整体冶金钢制造工艺复杂，合金元素消耗量大，价格昂贵，应用受到限制的不足，而结合我国富有钨、钼、铬、钒和特色稀土资源镝的优势，本发明提供了一种制备工艺简单，可节约合金元素，硬度高、耐磨，使用寿命长，成本低的，含有镝的等离子表面低合金高速钢及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：

一种含有镝的等离子表面低合金高速钢，包括低、中碳钢或低、中碳合金钢本体，其特征在于：采用等离子渗金属技术在本体表面先渗钨、钼、铬、钒和镝金属元素，然后渗碳、淬火、回火处理制成，表面元素成分含量按重量计为：钨2-4％，钼2-4％，铬3-5％，钒0.5-2％，镝0.5-2％，碳0.9-2.5％的表面低合金高速钢层。

本发明一种含有镝的等离子表面低合金高速钢的制备方法，含有如下步骤：

(1)在低、中碳钢或低、中碳合金钢表面采用等离子渗金属常规方法，渗入钨、钼、铬、钒和镝的金属元素，用料重量比为：钨∶钼∶铬∶钒∶镝＝3∶2∶3∶1∶1，渗金属工艺主要参数为：阴极电压-800～-1100V，温度800～1200℃，气压20-30Pa，时间4～10小时，合金层按重量比为钨2-4％、钼2-4％、铬3-5％、钒0.5-2％、镝0.5-2％；

(2)对已渗入合金元素的材料采用气体渗碳、液体渗碳或固体渗碳的常规方法进行渗碳，渗碳温度为800-1100℃，渗碳时间4-6小时，表面0.1mm渗碳层内平均含碳量0.9-2.5％，渗碳深度≥0.5mm；

(3)对步骤(2)进行渗碳后的材料进行淬火，淬火温度为955-1150℃；

(4)回火：回火温度为150-650℃即成。

渗金属时，采用的等离子设备，所涉及的高压电源可以是高压直流电源和高压脉冲电源，电压的可调范围0-1500V。

本发明经测试，含有镝的低合金高速钢0.02mm层深内，平均成分达到钨2-4％，钼2-4％，铬3-5％，钒0.5-2％，镝0.5-2％，碳0.9-2.5，经过淬火和回火，在≤200℃回火条件下，表面硬度≥900HV，在600℃×4h回火条件下，表面红硬性≥600HV。

本发明的积极效果是：采用等离子表面改性技术结合我国的富有元素钨、钼、铬、钒和特色稀土资源镝的优势，形成低合金高速钢，较大幅度的提高材料的表面性能，硬度高，耐磨性好，且节约合金元素，降低材料生产成本，将整体冶金高速钢使用的价格门槛值降低。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明。

实施例1

本发明利用等离子辉光放电中的空心阴极效应首先进行渗金属。先将30μm的W、Mo、Cr和Dy粉，按重量份为钨∶钼∶铬∶钒∶镝＝3∶2∶3∶1∶1的比例，均匀混合36小时，放在预先制备好的模具中加压成型，然后进行真空烧结，制成尺寸为50mm×100mm×5mm板状，将W-Mo-Cr-Dy板和25mm×80mm×3mm的20钢试样置于真空容器内设置有阴极和阳极的阴极上，抽真空到小于5Pa时，阴极的电压为-900V以上，利用阴极溅射现象，将W-Mo-Cr-Dy板和试样升到1000℃，并保温5小时。此过程中源源不断的被溅射出的W、Mo、Cr、Dy离子、原子及的粒子团，迁移并吸附在相对而置的20钢试样板上，在高温下扩散进入试样内部，形成一定厚度的W、Mo、Cr、Dy合金层，保温结束后，随炉缓冷到室温，随后对合金层进行固体渗碳，将已经渗金属的20钢试样装入填充好的新旧渗碳剂比为1∶3的铁罐中，密封好盖子，置入950℃的箱式炉中，保温5小时出炉入油中，将渗金属+渗碳的20钢试样的淬火是在盐浴炉中加热到1020℃，保温3分钟，出炉淬入油中，最后在箱式炉中进行回火，回火温度480℃，回火时间2h。

通过上述工艺过程形成的表面高速钢0.02mm层深内，合金元素平均含量为钨：3.8％；钼：3％；铬：3.6％；钒：1.7％；镝：1.6％；碳：1.5％，表面硬度980HV(≤200℃)，表面红硬性620HV(≤600℃×4h)。

实施例2

按照实施例1的方法步骤，不同的是：固体渗碳工艺为800℃×6h，盐浴淬火温度为1100℃×2分钟，回火温度200℃×1h，产品经测试，表面硬度1030HV(≤200℃)。

实施例3

按照实施例1的方法步骤，不同的是：固体渗碳工艺为1100℃×5.5h，回火工艺650℃×4h，经测试，表面红硬性650HV(≤600℃×4h)。

Claims (5)

1.一种含有镝的等离子表面低合金高速钢，包括低、中碳钢或低、中碳合金钢本体，其特征在于：在该本体表面先渗有钨、钼、铬、钒和镝金属元素，然后渗碳、淬火、回火处理制成，表面成分按重量为：钨2-4％，钼2-4％，铬3-5％，钒0.5-2％，镝0.5-2％，碳0.9-2.5％的表面低合金高速钢层。

2.权利要求1所述的高速钢的制备方法，包括等离子渗金属、渗碳、淬火、回火工艺，其特征在于：含有如下步骤：

(1)在低、中碳钢或低、中碳合金钢表面采用等离子渗金属常规方法，渗入钨、钼、铬、钒和镝的金属元素，渗金属工艺主要参数为：阴极电压-800～-1100V，温度800～1200℃，气压20-30Pa，时间4～10小时；

(2)对已渗入合金元素的材料采用气体渗碳、液体渗碳或固体渗碳的常规方法进行渗碳，渗碳温度为800-1100℃，渗碳时间4-6小时，表面0.1mm渗碳层内平均含碳量0.9-2.5％，渗碳深度≥0.5mm；

(3)对步骤(2)进行渗碳后的材料进行淬火，淬火温度为955-1150℃；

(4)回火：回火温度为150-650℃。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述渗入钨、钼、铬、钒和镝的用料重量比为：钨∶钼∶铬∶钒∶镝＝3∶2∶3∶1∶1。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述渗金属工艺中阴极电压为-900V，温度为1000℃，保温5小时。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述淬火温度为950℃×保温5小时，回火温度为500℃×保温2小时。