CN102879413B - 一种粉末冶金工模具钢非金属夹杂物的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种粉末冶金工模具钢非金属夹杂物的检测方法，本方法充分利用电子束熔炼炉高能量、无污染的特点，结合粉末冶金工模具钢非金属夹杂物含量较低的特点，制备粉末冶金工模具材料纽扣锭，进一步进行图像分析，通过后续纽扣锭的分析，对钢材的纯洁度水平进行检测。采用本发明的工模具钢夹杂物的检测方法改善现有常规金相法检测工模具钢非金属夹杂物含量时间长、效率低且结果分析不准确等问题。

Description

一种粉末冶金工模具钢非金属夹杂物的检测方法

技术领域

本发明是一种粉末冶金工模具钢非金属夹杂物的检测方法，属于检测技术领域。

背景技术

我国的汽车、航空、航天及装备制造等产业正处于高速发展阶段，正逐步由制造大国向制造强国转变。先进航空、航天、汽车产品要求零部件具有更优异性能、更低成本更高环保性，而加工工艺要求具有更快加工速度、更高可靠性、高重复精度可再现性。粉末冶金工模具钢无碳化物偏析且碳化物细小，抗弯强度是传统高速钢的2倍以上，耐磨性和高温硬度均大幅度提高，广泛用于大模数重载切削滚刀等关键刀具、模具和关键部件。我国是世界上工模具钢生产大国，但包括粉末冶金工模具钢在内的高性能工模具钢生产工艺技术与国际先进水平存在明显差距，还主要依赖于进口,价格较高。粉末冶金工模具钢是目前国外生产高性能、大尺寸复杂工模具的主体选材，其主要技术就是粉末冶金工艺。但是，从粉末冶金工模具钢在国外的发展情况来看，随着加工制造业向中国的转移，以及国内自身在加工装备技术方面的发展，粉末冶金工模具钢工模具的应用市场也会加速向中国集中和发展，行业预测的年需求增长率将在15～30％之间。国内粉末冶金工模具钢的研制明显落后于国外。国内外对于粉末钢的纯净度检测，主要是采用最坏视野法（ASTM E45－A）检测，这种方法主要采用金相试样切面磨光后，在光学显微镜下通过目测对比标准图谱进行检测，随着粉末冶金工模具钢夹杂物越来越少，这种检测方法存在不确定性和随机性，不能有效反映粉末工模具钢的真实纯洁度水平。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种粉末冶金工模具钢非金属夹杂物的检测方法，其目的是准确检测粉末冶金工模具钢中较低非金属夹杂物的含量。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种粉末冶金工模具钢非金属夹杂物的检测方法，其特征在于：该方法的步骤是：

（1）装料；将机加扒皮后的粉末冶金工模具钢合金锭装入电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中，料重1.3~2kg；

（2）熔炼室和电子枪室抽真空；对电子束熔炼炉的熔炼室抽真空，真空度＜5×10^-2Pa，对电子枪室抽真空，真空度＜2×10^-2Pa；

（3）熔炼；采用圆形电子束波加热熔化粉末冶金工模具钢，圆形波半径30~40mm，合金熔炼化清后，改为螺旋波扫描，扫描时间10~30s；

（4）凝固；螺旋波扫描结束后，改为30mm圆形波扫描并逐渐降低熔炼功率，熔炼功率的降低速率在0.2kw/s和0.5kw/s之间，合金液体从水冷铜坩埚底部向上开始顺序凝固，至完全凝固；

（5）冷却；完全凝固后，停止加热，保持电子束熔炼炉的熔炼室的真空度持续＜5×10^-2Pa，冷却30min以上，然后，随炉冷至室温；

（6）分析；将冷却后的粉末冶金工模具钢纽扣锭，在扫描电镜及金相显微镜下进行非金属夹杂物的检测。

本发明方案中粉末冶金工模具钢装料重量选取在1.3~2kg范围内，通过对比实验，该装料重量能够真实、准确地反映出合金的纯洁度水平。

熔炼过程中，采用圆形电子束和螺旋电子束两种波形结合熔炼，圆形波适于集中熔炼，而螺旋波适合将金属液充分搅拌，有利于合金液中的非金属夹杂物上浮。

本发明技术方案的优点是通过电子束的高能量及水冷铜坩埚的无污染的熔炼，利用非金属夹杂物密度轻于钢液的物理特性，采用顺序凝固原理，较为准确的分析粉末冶金工模具钢的纯洁度。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

实施例

（1）选择一种牌号的粉末工模具钢，成分及重量百分比为；C：2.3%，Cr：4.00%，Co：8.00%，Mo：3.50%，Nb：3.50%，W：3.50%，余量为Fe；

（2）装料；把机加工扒皮后的粉末冶金工模具钢料装入电子束熔炼炉的水冷铜坩埚内，料重1.5kg；

（3）熔炼室和电子枪室抽真空；采用机械泵，罗茨泵和增压泵三级系统把电子束熔炼炉的熔炼室抽真空，真空度＜5×10-2Pa；采用机械泵和分子泵二级系统把电子枪室抽真空，真空度＜2×10-2Pa；

（4）熔炼；选用半径30~40mm，圆形波，下电子束，缓慢增加电子束功率，合金熔炼化清后，改为螺旋波扫描，扫描时间10~30s；

（5）凝固；改为30mm圆形波扫描并降低熔炼功率，熔炼功率的降低速率在0.2kw/s和0.5kw/s之间，合金液体从水冷铜坩埚底部向上开始顺序凝固，至完全凝固；

（6）冷却；完全凝固后，停止加热，保持电子束熔炼炉的熔炼室的真空度持续＜5×10-2Pa，冷却30min以上，然后，随炉冷至室温；

（7）分析；将冷却后的粉末冶金工模具钢纽扣锭，在扫描电镜及金相显微镜下进行非金属夹杂物的检测。

与现有技术相比，采用本发明的非金属夹杂物检测工艺（一）避免了金相切面的不确定性，能够将一块料的非金属夹杂物都反映出来，而不是试样的某一个切面的非金属夹杂物来代替整块料的纯洁度水平；（二）提高了非金属夹杂物检测的真实性，水冷铜坩埚避免了外来非金属夹杂物的进入，电子束高能量结合顺序凝固的方式，能有效提高非金属夹杂物的检出效率。

Claims (1)

1.一种粉末冶金工模具钢非金属夹杂物的检测方法，其特征在于：该方法的步骤是：

（1）装料；将机加扒皮后的粉末冶金工模具钢合金锭装入电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中，料重1.3~2kg；

（2）熔炼室和电子枪室抽真空；对电子束熔炼炉的熔炼室抽真空，真空度＜5×10^-2Pa，对电子枪室抽真空，真空度＜2×10^-2Pa；

（3）熔炼；采用圆形电子束波加热熔化粉末冶金工模具钢，圆形波半径30~40mm，合金熔炼化清后，改为螺旋波扫描，扫描时间10~30s；

（4）凝固；螺旋波扫描结束后，改为30mm圆形波扫描并逐渐降低熔炼功率，熔炼功率的降低速率在0.2kw/s和0.5kw/s之间，合金液体从水冷铜坩埚底部向上开始顺序凝固，至完全凝固；

（5）冷却；完全凝固后，停止加热，保持电子束熔炼炉的熔炼室的真空度持续＜5×10^-2Pa，冷却30min以上，然后，随炉冷至室温；

（6）分析；将冷却后的粉末冶金工模具钢纽扣锭，在扫描电镜及金相显微镜下进行非金属夹杂物的检测。