CN103131929A - 一种粉末高速钢材料的制备方法 - Google Patents

一种粉末高速钢材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103131929A
CN103131929A CN2013100723434A CN201310072343A CN103131929A CN 103131929 A CN103131929 A CN 103131929A CN 2013100723434 A CN2013100723434 A CN 2013100723434A CN 201310072343 A CN201310072343 A CN 201310072343A CN 103131929 A CN103131929 A CN 103131929A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sintering
powder
tempering
temperature
speed steel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013100723434A
Other languages
English (en)
Inventor
周瑞
孙桂芳
张满奎
冯爱新
王昆
丁吉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN2013100723434A priority Critical patent/CN103131929A/zh
Publication of CN103131929A publication Critical patent/CN103131929A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明提供一种放电等离子烧结制备粉末高速钢结构件的方法。本发明制备高速钢的过程中通过碳粉添加和等离子的活化作用降低了高速钢的烧结温度，利用等离子体的活化作用缩短了保温时间，烧结温度为870-890℃，烧结温度范围为20℃，烧结时间为10分钟，工艺易于控制。本发明解决了高速钢的偏析问题，细化了晶粒，提高了的高速钢的力学性能。

Description

一种粉末高速钢材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种粉末高速钢材料的制备方法。
背景技术
应用于机械制造行业的高速钢，采用粉末烧结工艺生产，其工艺简单易行，相对于传统的铸锻加切削加工工艺，材料利用率有很大的提高，可由40-50%提高到95%以上。与普通高速钢相比，由于粉末烧结工艺具有碳化物颗粒可控、分布均匀，无偏析等优点，粉末工艺可制备出更优异的强韧性能的高速钢产品。粉末相关的凝固组织、烧结行为、断裂机制等理论还未充分建立，寻找更适合的高速钢烧结的生产工艺，探索提高高速钢力学性能的途径，是众多烧结高速钢研究者的目标。
现有的制备粉末高速钢材料主要制备的方法中，模压烧结高速钢由于烧结温度高，使其碳化物粗化，弯曲强度降低，硬度同铸锻高速钢相同，但烧结高速钢的弯曲强度相对铸锻高速钢的弯曲强度低，同时其烧结温度范围窄，工艺难于控制。喷射成形工艺可实现粉末成形和烧结在一步工序中完成，但雾化气体产生的气孔问题限制了力学性能的进一步提高。注射成型的工艺利用小尺寸高速钢粉末成形，粉末成本高。热等静压工艺由于烧结温度较低，可生产出硬度值却明显高于烧结方法生产的合金，但获得高性能合金的工艺复杂，设备成本高。
SPS是近年新开发并不断发展的粉末烧结工艺，它加热均匀，升温迅速,烧结温度低，保温时间短，所得产品可获得组织细小均匀，致密度高的材料及复杂工件，且装置简单，操作灵活，可用于制备金属、陶瓷、复合材料及功能材料等。
发明内容
针对传统模压烧结工艺，烧结温度高，烧结温度范围扩大的同时力学性能下降，而热等静压烧结工艺烧结工艺复杂，成本较高的问题，本发明提供一种制备粉末高速钢材料的方法，本发明提供的方法采用脉冲活化和碳粉活化烧结的方法降低烧结温度，利用脉冲形成等离子体活化烧结缩短烧结时间，因而可获得无偏析或少偏析，晶粒细小均匀的组织，提高高速钢力学性能。
一种粉末高速钢材料的制备方法，是将母合金粉末和用量相对母合金总量为0.15～0.25wt%的添加剂碳粉置于行星式混料机中在120转/分的转速下混合8小时，然后混合粉末采用放电等离子烧结设备施加30MPa的压力后，在870～890℃烧结10分钟，再经回火热处理即得到烧结高速钢材料；
或者是：将母合金粉末置于行星式混料机中在120转/分的转速下混合8小时，然后粉末采用放电等离子设备以30MPa的压力模压后，在890～910℃放电等离子烧结10分钟，再经回火热处理即得到烧结高速钢材料；
其中，所述母合金为质量合格的低含碳量的M3:2高速钢粉末，成分为0.95－1.05wt％C，0.2－0.4wt％Si，3.75－4.5wt％Cr，4.75－6.5wt％Mo，5.5－6.75wt％W，2.75－3.25wt％V，其余为Fe。
上述方法中，放电等离子烧结后，可先经过淬火步骤再回火热处理。
上述方法中，放电等离子烧结后，也可直接置于箱式回火炉中回火，回火时间为1小时，回火次数3次，回火冷却方式为空冷，回火温度选择为550℃。冷却时还可以以0.04MPa的压力充入氮气加速冷却。
具体地，所述放电等离子烧结的步骤为：①对粉末施加30MPa压力后，抽真空使真空度低于10Pa后，以平均20℃/min的升温速率升温至500℃；②以10℃/min的升温速率升温至烧结温度；③在烧结温度保温10分钟；④随炉冷却至室温。
淬火加回火热处理步骤可以为：淬火采用450℃和850℃二次预热；淬火加热温度为1200℃，保温时间30分钟；回火温度为550℃，回火次数三次，回火温度持续时间1小时，冷却方式为空冷；淬火预热，加热及回火均采用箱式热处理炉。
一个具体的实例中，本发明制备粉末高速钢材料按如下步骤进行：将母合金粉末和添加剂粉末置于行星式混料机中在120转/分的转速下混合8小时，之后粉末装入高纯石墨模具中，模具与粉末用石墨纸或BN粉末隔离，烧结工艺为烧结温度870～890℃，烧结速率为两阶段，500℃以前为20℃/min；500℃以后为10℃/min，脉冲为直流脉冲，开关时间为12ms/2ms，烧结后随炉冷却。烧结前开始施加压力，压力为30MPa。烧结后淬火回火热处理后即得到烧结高速钢材料；其中母合金为低含碳量的M3:2高速钢粉末，成分为0.95－1.05wt％C，0.2－0.4wt％Si，3.75－4.5wt％Cr，4.75－6.5wt％Mo，5.5－6.75wt％W，2.75－3.25wt％V，其余为Fe。添加剂为碳粉，其用量相对母合金总量分别为：碳粉0.15～0.25 wt%。其中碳粉粒度在300目以下, 纯度为质量分数≥99.03%。
本发明具有以下优点：
1、提高了高速钢的综合力学性能。充分结合放电等离子烧结技术优势。本发明发挥了放电等离子烧结短时快速烧结的特点，能够制备偏析小、组织均匀细小的等轴晶组织，生产出综合力学性能高的烧结高速钢材料：具有高硬度（63～66HRC）、高强度（1900～2100MPa）、良好的耐磨性。
2、工艺易于控制：烧结温度处于870-890℃。烧结温度范围为20℃。
3、采用了在混粉阶段调整碳含量的方法，使烧结得到活化的同时扩大了烧结温度范围。
综上所述，本发明是通过新型的放电等离子烧结设备来制备粉末烧结高速钢材料的，能够制备出偏析小、组织均匀细小的等轴晶，适量碳粉添加又使高速钢的烧结温度范围扩大，烧结温度降低，工艺易于控制；同时，制备出的烧结高速钢材料的性能可完全满足目前切削刀具和耐磨结构件对烧结高速钢材料要求。因而本发明方法可在较低的烧结温度，以易于控制的工艺制备出综合性能高的烧结高速钢产品。
附图说明
图1为放电等离子烧结高速钢的物相XRD分析；
图2为烧结高速钢的光学组织形貌；
图3为温度对硬度和抗弯强度的影响。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的阐述：
实施例一：本实施例制备粉末高速钢按如下步骤进行：
（1）将母合金粉末和添加剂置于行星式混料机中在120转/分的转速下混合8小时。其中母合金为低含碳量的M3:2高速钢粉末；添加剂为碳粉，以质量百分比计，其相对母合金的含量为：碳粉0.15～0.25wt%。
（2）高速钢粉末在放电等离子烧结炉内870～890℃的烧结温度真空烧结10分钟。真空烧结工艺分四个阶段：①对粉末施加30MPa压力后，抽真空使真空度低于10Pa后，以较快的升温速率（平均20℃/min）升温至500℃；②以10℃/min的升温速率升温至烧结温度；③在烧结温度保温10分钟（烧结炉在烧结温度下的允许的温度变化在±10℃之内）；④随炉冷却至室温。
（4）烧结后高速钢材料采用淬火加回火热处理，即得到粉末烧结高速钢材料。高速钢淬火采用450℃和850℃二次预热；淬火加热温度为1200℃，保温时间30分钟；回火温度为550℃，回火次数三次，回火温度持续时间1小时，冷却方式为空冷。淬火预热，加热及回火均采用箱式热处理炉。
在碳粉添加量为0.15～0.25wt%时，烧结后制备出的高速钢材料，经致密性测试得到8.0～8.05g/cm3的密度。这说明添加了碳粉的高速钢在870～890℃进行烧结就可以达到98.2～98.7%的相对密度（相对理论密度8.15g/cm3）。。同时高速钢烧结态的物相XRD分析及显微组织结果表明（图1，图2），出现马氏体奥氏体加碳化物的组织，为典型的烧结态高速钢组织。以上结果说明本实施方式制备的烧结高速钢材料保持了高速钢的组织特征。同目前同成分高速钢模压成型的方法相比，其弯曲强度明显提高，由1.2～1.3GPa提高到1.9～2.1GPa，同时保持了较高的硬度（图3）。
实施例二：本实施例与实施例一的不同点为：无碳粉添加，烧结温度为890～910℃。其它与实施例一相同。
实施例三：本实施例与实施例一的不同点为：高速钢烧结后直接置于箱式回火炉中回火，省略淬火热处理工序；回火时间为1小时，回火次数3次，空冷，回火温度选择为550℃。其它与实施例一相同。该实施硬度降为59～62HRC。实施例四：本实施例与实施例三的不同点为：随炉冷却时以0.04MPa的压力充入氮气加速冷却。其它与实施例三相同。

Claims (6)

1.一种粉末高速钢材料的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：
将母合金粉末和用量相对母合金总量为0.15~0.25 wt%的添加剂碳粉置于行星式混料机中在120转/分的转速下混合8小时，然后混合粉末采用放电等离子烧结设备施加30MPa 的压力后，在870~890℃烧结10分钟，再经回火热处理即得到烧结高速钢材料；
或者是：将母合金粉末置于行星式混料机中在120转/分的转速下混合8小时，然后粉末采用放电等离子设备以30MPa的压力模压后，在890~910℃放电等离子烧结10分钟，再经回火热处理即得到烧结高速钢材料；
其中，所述母合金为质量合格的低含碳量的M3:2高速钢粉末，成分为0.95－1.05wt％C，0.2－0.4wt％Si，3.75－4.5wt％Cr，4.75－6.5wt％Mo，5.5－6.75wt％W，2.75－3.25wt％V，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种粉末高速钢材料的制备方法，其特征在于放电等离子烧结后，直接置于箱式回火炉中回火，回火时间为1小时，回火次数3次，回火冷却方式为空冷，回火温度选择为550℃。
3.根据权利要求2所述的一种粉末高速钢材料的制备方法，其特征在于冷却时以0.04 MPa的压力充入氮气加速冷却。
4.根据权利要求1所述的一种粉末高速钢材料的制备方法，其特征在于：所述放电等离子烧结的步骤为：①对粉末施加30MPa压力后，抽真空使真空度低于10Pa后，以平均20 ℃/min的升温速率升温至500 ℃；②以10 ℃/min的升温速率升温至烧结温度；③在烧结温度保温10分钟；④随炉冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的一种粉末高速钢材料的制备方法，其特征在于：放电等离子烧结后，经过淬火再回火热处理。
6.根据权利要求5所述的一种粉末高速钢材料的制备方法，其特征在于：淬火加回火热处理步骤为：淬火采用450℃和850℃二次预热；淬火加热温度为1200℃，保温时间30分钟；回火温度为550℃，回火次数三次，回火温度持续时间1小时，冷却方式为空冷；淬火预热，加热及回火均采用箱式热处理炉。
CN2013100723434A 2013-03-07 2013-03-07 一种粉末高速钢材料的制备方法 Pending CN103131929A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100723434A CN103131929A (zh) 2013-03-07 2013-03-07 一种粉末高速钢材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100723434A CN103131929A (zh) 2013-03-07 2013-03-07 一种粉末高速钢材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103131929A true CN103131929A (zh) 2013-06-05

Family

ID=48492375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013100723434A Pending CN103131929A (zh) 2013-03-07 2013-03-07 一种粉末高速钢材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103131929A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104889430A (zh) * 2015-05-29 2015-09-09 苏州亚思科精密数控有限公司 一种数控机床用刀具
CN105154768A (zh) * 2015-09-10 2015-12-16 苏州莱特复合材料有限公司 一种含油轴承用粉末冶金材料及其制备方法
CN106048172A (zh) * 2016-07-20 2016-10-26 柳州科尔特锻造机械有限公司 一种合金钢的微波烧结工艺
CN107695496A (zh) * 2017-08-28 2018-02-16 内蒙古机集团瑞特精密工模具有限公司 一种等离子粉末堆焊技术制造高速钢圆剪刀的方法
CN107828944A (zh) * 2017-11-28 2018-03-23 湖北工程职业学院 一种铬钼冲模钢精密零件的热处理淬火工艺
CN109550934A (zh) * 2018-12-12 2019-04-02 浙江精瑞工模具有限公司 一种高强度粉末高速钢的制备方法
CN111136276A (zh) * 2019-12-12 2020-05-12 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 一种高速钢刀具的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102071360A (zh) * 2011-01-14 2011-05-25 华南理工大学 一种碳化钨颗粒增强的铁基粉末冶金材料及其制备方法
CN102676941A (zh) * 2012-04-25 2012-09-19 李小强 一种碳化钨颗粒增强的耐磨耐蚀不锈钢及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102071360A (zh) * 2011-01-14 2011-05-25 华南理工大学 一种碳化钨颗粒增强的铁基粉末冶金材料及其制备方法
CN102676941A (zh) * 2012-04-25 2012-09-19 李小强 一种碳化钨颗粒增强的耐磨耐蚀不锈钢及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周瑞: "粉末冶金M3：2高速钢烧结行为及力学性能研究", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *
文小浩等: "M42高速钢粉末球磨工艺优化及其SPS烧结", 《粉末冶金技术》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104889430A (zh) * 2015-05-29 2015-09-09 苏州亚思科精密数控有限公司 一种数控机床用刀具
CN105154768A (zh) * 2015-09-10 2015-12-16 苏州莱特复合材料有限公司 一种含油轴承用粉末冶金材料及其制备方法
CN106048172A (zh) * 2016-07-20 2016-10-26 柳州科尔特锻造机械有限公司 一种合金钢的微波烧结工艺
CN107695496A (zh) * 2017-08-28 2018-02-16 内蒙古机集团瑞特精密工模具有限公司 一种等离子粉末堆焊技术制造高速钢圆剪刀的方法
CN107828944A (zh) * 2017-11-28 2018-03-23 湖北工程职业学院 一种铬钼冲模钢精密零件的热处理淬火工艺
CN109550934A (zh) * 2018-12-12 2019-04-02 浙江精瑞工模具有限公司 一种高强度粉末高速钢的制备方法
CN109550934B (zh) * 2018-12-12 2021-08-06 浙江精瑞工模具有限公司 一种高强度粉末高速钢的制备方法
CN111136276A (zh) * 2019-12-12 2020-05-12 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 一种高速钢刀具的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103131929A (zh) 一种粉末高速钢材料的制备方法
CN103143708B (zh) 一种硬质合金预制体的制备方法及采用该硬质合金预制体制备复合耐磨件的方法
CN102605263B (zh) 一种超高硬高韧可锻喷射成形高速钢及制备方法
CN109338172A (zh) 一种高熵合金增强的2024铝基复合材料及其制备方法
CN102392147A (zh) 超细晶镍基粉末高温合金的制备方法
CN104404365B (zh) 一种铁基复合材料的制备方法、及铁基复合材料
CN101914714A (zh) 无磁硬质合金及制备方法
CN111945089A (zh) 一种增材制造钛制件及其热处理工艺
CN101397613B (zh) 一种钼-硅-硼合金的制备方法
CN102773482B (zh) 一种粉末冶金制蝶阀阀杆的方法
CN101691300A (zh) 大规格中粗颗粒石墨材料及其生产工艺
CN109182874A (zh) 一种添加石墨烯的Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法
CN101575678B (zh) 一种提高高密度钨合金力学性能的钨合金生产工艺
CN108018500B (zh) 冷热兼作模具钢及其制造工艺
CN104372227A (zh) 热作模具用硬质合金及其生产方法
CN114635069A (zh) 一种高强韧性中熵合金粘结相Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法
CN109576546A (zh) 一种高强韧性无磁Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法
CN114959406A (zh) 一种振荡压力烧结超高温中熵陶瓷增强难熔细晶中熵合金复合材料
Yin et al. Improvement in microstructure and mechanical properties of Ti (C, N) cermet prepared by two-step spark plasma sintering
CN108620586B (zh) 3d打印高致密度钛-硼化钛的复合材料及其制备方法
CN102672180A (zh) 一种粉末冶金的成品工艺
CN113278858B (zh) 一种Y2(Zr)O3增硬增韧WC-Co硬质合金材料及其制备方法
RU2010132192A (ru) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ, ПОЛУЧАЕМЫХ СПЕКАНИЕМ СПЛАВОВ Co-Cr-Мo, ИМЕЮЩИХ УЛУЧШЕННУЮ ПЛАСТИЧНОСТЬ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
RU2631548C1 (ru) Способ получения изделий из твердого сплава на основе карбида вольфрама
CN102896320A (zh) 粉末冶金的温压工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C05 Deemed withdrawal (patent law before 1993)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130605