CN102398028B - 一种真空热动态金属粉末除气包套方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于粉末冶金领域，涉及一种真空热动态金属粉末除气包套方法。本发明是将粉末除气和包套的两个工序结合起来，实现了粉末真空热动态除气和振动包套一步完成，所得包套经热等静压处理后可得到致密的粉末冶金锭坯。该工艺操作简单，除气效果好，避免二次污染，所得材料致密度高、气体含量低、碳化物细小均匀，可以显著改善材料的性能。

Description

一种真空热动态金属粉末除气包套方法

.技术领域

本发明属于粉末冶金领域，涉及一种真空热动态金属粉末除气包套方法。

.背景技术

高速钢自1900年问世以来，生产大多采用传统冶金方法，即铸锭-锻轧工艺。由于钢的合金量高，化学成分复杂，铸锭尺寸大，冷却速率缓慢等原因，因此在凝固时不可避免地产生粗大的莱氏体碳化物偏析组织，偏析的存在不仅给钢的锻、轧等热加工造成困难，而且还明显地损害了钢的各种性能，限制了高速钢合金含量的增加，影响了高速钢的发展。

20世纪60年代以来，惰性气体雾化粉末制备技术和冷、热等静压机的问世和应用，使粉末冶金工艺生产高性能合金材料成为可能。粉末冶金工艺不仅解决了传统冶金工艺中存在的一次碳化物粗大和偏析问题，而且还开辟和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。粉末冶金高速钢改变了传统的高速钢浇铸与成锭工艺，采用了雾化制粉及压力加工成形。国际上较先进的粉末高速钢制造基本工艺是将冶炼完、符合化学成分要求的钢水经强力高压氮气雾化，细小液滴瞬间迅速凝固成合金粉末颗粒，形成了极快冷凝固制粉。雾化制粉完成后，合金粉末颗粒经筛分、装包套、摇实、抽真空脱气等工序，再经冷、热等压力加工成锭。与传统的铸锻工艺相比，粉末冶金高速钢具有无偏析，晶粒细小，组织均匀，热处理变形小及良好的硬度均匀性，高韧性和良好的耐磨性等诸多优点。因此，粉末高速钢作为一种新型钢类在高速钢中占有重要的地位。

粉末冶金高速钢广泛用于制造难加工材料的切削工具，特别适合制作大型拉刀、立铣刀、滚刀和剃齿刀。目前国外已发展第三代粉末冶金高速钢，美国Crucible、瑞典B-U集团、法国Erasteel以及乌克兰DSS等国外公司相继实现了粉末冶金高速钢的产业化。而我国在上世纪80年代初，已有几个科研院所研制成功了粉末冶金高速钢，但由于用户认识不够，机械工业不够景气、价格昂贵和质量不够稳定等原因，后来完全停顿下来。目前我国粉末冶金高速钢刀具主要依赖进口。

目前粉末固结前主要包括粉末筛分、真空除气和包套等工序。对于高速钢等金属粉末，在空气等气氛下，容易吸附氧、氮和水分。大气下筛分目前的工艺在固结加热时，吸附气体可能会在颗粒边界上发生反应和生成氧化物或氮化物层，可能以孔隙状保存下来，妨碍致密化，直接影响到粉末制品的力学性能。因此，粉末在包套之前一般采用真空除气处理。

粉末除气分为冷静态、冷动态、热静态、热动态、电动态除气五种。目前高速钢粉末多采用热静态除气，即在大气中边装粉边振动，使粉末在包套内振实，然后加热包套400-500℃，进行抽真空，这种工艺除气时间较长，而且除气效果不好。

发明内容

本发明的目的是提出一种除气效果好的真空热动态金属粉末除气包套方法。

本发明的技术方案是通过以下步骤实现的：

1)根据不同的产品，筛分金属粉末；

2)连接除气装置：装置包括粉罐、真空球阀、真空计、真空机组、包套、环形加热器、振动器及输送管道，粉罐依次通过输送管道和第一真空球阀及第二真空球阀与包套连接，在两个真空球阀之间用三通管道依次通过真空计和第三真空球阀与真空机组连接；包套置于振动器上，并在包套周围安装环形加热器，将筛分过的金属粉末装入粉罐中，并保证所有阀门处于关闭状态；

3)抽真空：启动真空机组，打开第三真空球阀和第二真空球阀，对包套进行抽真空操作，同时，启动环形加热器进行包套加热；

4)包套振动：当真空压力稳定小于10^-2Pa、环形加热器温度达到300～550℃，保温时间为1小时后，开启振动器；

5)粉末的输送和除气：关闭第二真空球阀，开启第一真空球阀1，间断进行粉末输送，当真空压力大于10Pa时，停止粉末输送；

6)关闭第一真空球阀1，开启第二真空球阀，再次对包套进行抽真空，当真空压力稳定小于10^-2Pa，关闭第二真空球阀，开启第一真空球阀，开始粉末输送，当真空压力大于10Pa时，停止粉末输送；

7)反复步骤6)的操作，直至将包套充满粉末，关闭振动器；

8)当包套充满粉末后，将包套从环形加热器中取出，进行封焊密封；

9)将封焊好的包套进行热等静压处理。

所述的环形加热器温度为450～500℃，保温时间为1小时。

所述的环形加热器，为电阻加热，内层为耐火材料炉衬，中间为加热电炉丝，外层采用保温棉和炉壳进行保温和绝缘。

本发明具有的优点和有益效果，本发明是将金属粉末在真空状态下热动态除气和包套封焊结合在一起，实现了粉末真空热动态除气和振动包套一步完成，经热等静压处理后可得到完全致密的粉末高速钢锭坯。该工艺操作简单，除气效果好，避免二次污染，所得材料的致密度高、气体含量低、碳化物细小均匀，可以显著改善材料的性能。

附图说明

图1是本发明除气装置结构示意图。

具体实施方式

本实施方式(参见附图)的技术方案时通过以下步骤实现的：

1)根据不同的产品，筛分金属粉末；2)连接除气装置：装置包括粉罐4、真空球阀1、2、3、真空计6、真空机组5、包套9、环形加热器8、振动器10及输送管道，粉罐依次通过输送管道和第一真空球阀1及第二真空球阀2与包套9连接，在两个真空球阀之间用三通管道依次通过真空计6和第三真空球阀3与真空机组5连接；包套9置于振动器10上，并在包套9周围安装环形加热器8，将筛分过的金属粉末装入粉罐4中，并保证真空阀门1、2、3处于关闭状态；3)抽真空：启动真空机组5，打开第三真空球阀3和第二真空球阀2，对包套9进行抽真空操作，同时，启动环形加热器8加热包套9；4)包套振动：当真空压力稳定小于10^-2Pa、环形加热器8温度达到350～550℃，保温时间为1小时后，开启振动器10；5)粉末的输送和除气：关闭第二真空球阀2，开启第一真空球阀1，间断进行粉末输送，当真空压力大于10Pa时，停止粉末输送；6)关闭第一真空球阀1，开启第二真空球阀2，再次对包套9进行抽真空，当真空压力稳定小于10^-2Pa，关闭第二真空球阀2，开启第一真空球阀1，开始粉末输送，当真空压力大于10Pa时，停止粉末输送；7)反复步骤6)的操作，直至将包套9充满粉末，关闭振动器10；8)当包套9充满粉末后，从环形加热器8中取出，进行封焊密封；9)将封焊好的包套9进行热等静压处理。

实施例一

1)高速钢粉末，筛分后使粉末颗粒尺寸小于150微米；2)连接除气装置：装置包括粉罐、真空球阀、真空计、真空机组、包套、环形加热器、振动器及输送管道，粉罐依次通过输送管道和第一真空球阀及第二真空球阀与包套连接，在两个真空球阀之间用三通管道依次通过真空计和第三真空球阀与真空机组连接；包套置于振动器上，并在包套周围安装环形加热器，将筛分过的金属粉末装入粉罐中，并保证所有阀门处于关闭状态；3)抽真空：启动真空机组，打开第三真空球阀和第二真空球阀，对包套进行抽真空操作，同时，启动环形加热器进行包套加热；4)包套振动：当真空压力稳定小于10^-2Pa、环形加热器温度达到480℃，保温时间为1小时后，开启振动器；5)粉末的输送和除气：关闭第二真空球阀，开启第一真空球阀1，间断进行粉末输送，当真空压力大于10Pa时，停止粉末输送；6)关闭第一真空球阀1，开启第二真空球阀，再次对包套进行抽真空，当真空压力稳定小于10^-2Pa，关闭第二真空球阀，开启第一真空球阀，开始粉末输送，当真空压力大于10Pa时，停止粉末输送；7)反复步骤6)的操作，直至将包套充满粉末，关闭振动器；8)当包套充满粉末后，将包套从环形加热器中取出，进行封焊密封；9)将封焊好的包套进行热等静压处理。

实施例二

1)钛合金粉末，筛分后使粉末颗粒尺寸小于250微米；2)连接装置：将高速钢粉末装入粉罐中，按附图连接装置，保证所有阀门处于关闭状态；3)抽真空：启动真空机组，打开真空球阀2和3，对包套进行抽真空操作；4)包套加热：启动环形加热炉对包套进行加热；5)包套振动：当真空度小于10^-2Pa，在500℃保温1小时后，开启振动器；6)粉末的输送和除气：关闭真空球阀3，开启真空球阀1，进行输送粉末，每次根据时间控制送粉量；然后对包套进行抽真空，当真空度再次稳定小于10^-2Pa，重复输送粉末；7)当包套充满粉末后，将其取出进行氩弧焊封焊密封。8)将封焊好的包套进行热等静压处理。

实施例三

1)镍基高温合金粉末，筛分后使粉末颗粒尺寸小于75微米；2)连接装置：将高速钢粉末装入粉罐中，按附图连接装置，保证所有阀门处于关闭状态；3)抽真空：启动真空机组，打开真空球阀2和3，对包套进行抽真空操作；4)包套加热：启动环形加热炉对包套进行加热；5)包套振动：当真空度小于10^-2Pa，在450℃保温1小时后，开启振动器；6)粉末的输送和除气：关闭真空球阀3，开启真空球阀1，进行输送粉末，每次根据时间控制送粉量；然后对包套进行抽真空，当真空度再次稳定小于10^-2Pa，重复输送粉末；7)当包套充满粉末后，将其取出进行氩弧焊封焊密封。8)将封焊好的包套进行热等静压处理。

Claims (3)

1.一种真空热动态金属粉末除气包套方法，其特征在于，

1)根据不同的产品，筛分金属粉末；

2)连接除气装置：装置包括粉罐、真空球阀、真空计、真空机组、包套、环形加热器、振动器及输送管道，粉罐依次通过输送管道和第一真空球阀及第二真空球阀与包套连接，在两个真空球阀之间用三通管道依次通过真空计和第三真空球阀与真空机组连接；包套置于振动器上，并在包套周围安装环形加热器，将筛分过的金属粉末装入粉罐中，并保证所有阀门处于关闭状态；

3)抽真空：启动真空机组，打开第三真空球阀和第二真空球阀，对包套进行抽真空操作，同时，启动环形加热器进行包套加热；

4)包套振动：当真空压力稳定小于10^-2Pa、环形加热器温度达到300～550℃，保温时间为1小时后，开启振动器；

5)粉末的输送和除气：关闭第二真空球阀，开启第一真空球阀(1)，间断进行粉末输送，当真空压力大于10Pa时，停止粉末输送；

6)关闭第一真空球阀(1)，开启第二真空球阀，再次对包套进行抽真空，当真空压力稳定小于10^-2Pa，关闭第二真空球阀，开启第一真空球阀，开始粉末输送，当真空压力大于10Pa时，停止粉末输送；

7)反复步骤6)的操作，直至将包套充满粉末，关闭振动器；

8)当包套充满粉末后，将包套从环形加热器中取出，进行封焊密封；

9)将封焊好的包套进行热等静压处理。

2.根据权利要求1所述的一种真空热动态金属粉末除气包套方法，其特征是：所述的环形加热器温度为450～500℃，保温时间为1小时。

3.根据权利要求1所述的一种真空热动态金属粉末除气包套方法，其特征是：所述的环形加热器，为电阻加热，内层为耐火材料炉衬，中间为加热电炉丝，外层采用保温棉和炉壳进行保温和绝缘。 

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