CN104962831A - 一种热作钢粉末合金材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热作钢粉末合金材料，其包括铁92wt％-94wt％；钛0.011wt％-0.0013wt％；钴0.001wt％-0.003wt％；白铜0.005wt％-0.008wt％；锰0.2wt％-0.5wt％；钼1.0wt％-1.75wt％；硅0.8wt％-1.2wt％；铬1.35wt％-1.65wt％；碳0.32wt％-0.45wt％；钒0.8wt％-1.2wt％；磷0.02wt％-0.04wt％；硫0.02wt％-0.04wt％；镍0.02wt％-0.06wt％；添加剂0.8wt％-1.5wt％，该产品具有良好的机械性能。

Description

一种热作钢粉末合金材料

技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，具体涉及到一种热作钢粉末合金材料。

背景技术

现代工业中，制造业仍然在我们工业发展中占据重要的地位，热作钢作为制造业中重要的常用材质，占据着非常重要的地位，而我国的热作钢目前可以分为低合金热作钢、中合金热作钢和高合金热作钢，其主要在Fe-C合金中加入不同的合金元素，改变整个钢结构的组织结构，从而改变该钢结构的各种性能。

随着经济的前进，对热作钢的发展提出越来越高的要求，一般热作钢的工作条件较为恶劣，其应具备以下特点：1)、在工作温度下具有高热强性；2)具有较好综合机械性能，如韧性、硬度、抗疲劳性能；3)具有一定的抗氧化性；4)较长的使用寿命。

热作钢工作特点是具有间歇性，每次使热态金属成形后都要用水、油、空气等介质冷却，因此，热作钢的工作状态是反复受热和冷却，从而使其表面产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉压应力作用，其结果引起该钢表面结构出现龟裂，称为热疲劳现象，由此，对热作钢提出了另外一个使用性能要求，即具有高的热疲劳抗力。

而影响该热作钢的热疲劳性能因素主要有钢的导热性和钢的临界点，而该两个因素却又受各种合金的组分影响。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种热作钢粉末合金材料，其具有良好的耐冲击性、机械强度、抗磨损性、抗腐蚀性及耐高温等优良特性。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：提供一种热作钢粉末合金材料，其包括下述重量的组分：

所述热作钢粉末合金中主要成分为铁组分，与其相辅相成的为碳组分，Fe-C合金作为整个热作钢的主要组分，构成整个结构的基本形态，在其内加入各个合金组分，用以改善整个钢结构的各种性能。

所述钛和钒是热作钢中优良的脱氧剂，它能使钢的内部组织致密，细化晶粒，降低时效敏感性和冷脆性，改善其焊接性能；

所述钴在热作钢淬火时可以减缓应力和降低晶格畸变，其可以配合热作钢中其它合金元素起到弥散析出强化作用而提高热作钢的热强性，增加其导热性；

所述白铜在热作钢中可以提高其强度和韧性，特别是大气腐蚀性能，但其含量超过0.5wt％时整个钢结构塑性显著降低；

所述锰在热作钢中为良好的脱氧剂和脱硫剂，其可提高热作钢的强度、硬度、淬性，改善热作钢的热加工性能，但其含量太高，会减弱钢的抗腐蚀能力和焊接性能；

所述钼可以使热作钢的晶粒细化，提高淬透性和热强度；

所述硅和铬有助于提高在高温回火过程中析出特殊碳化物的弥散度，可以提高热作钢的回火性能，提高其临界点，改善热作钢的抗氧化性和耐腐蚀性；

所述磷和硫为热作钢中的有害元素，增加钢的脆性，破坏焊接性能，降低塑性等，所以一般希望其含量越少越好；

所述镍可以提高热作钢的强度，而又能保持良好的塑性和韧性，在高温下有防锈和耐热能力，但其为稀缺元素，成本较高；

所述添加剂主要用于提高各组分的相溶性。

优选的，提供一种热作钢粉末合金材料，其包括下述重量的组分：

优选的，所述添加剂包括石墨、抗磨剂和润滑剂三种组分，热作钢粉末合金材料中添加剂各组分的重量为：

石墨           0.1wt％-0.3wt％；

抗磨剂         0.6wt％-0.9wt％；

润滑剂         0.1wt％-0.3wt％。

所述石墨和润滑剂都是高溶性产品，可以降低组分之间的磨损，所述抗磨剂可以提高整个热作钢的耐磨性。

优选的，所述添加剂中各组分的重量为：

石墨            0.2wt％；

抗磨剂          0.8wt％；

润滑剂          0.2wt％。

优选的，所述抗磨剂包括磷酸酯、二硫化钼、聚四氟乙烯中的一种；

所述润滑剂包括聚乙烯蜡和/或BN单质。

优选的，所述润滑剂中聚乙烯蜡和BN单质重量百分比为1:1。

优选的，所述组分铁、钛、钴、白铜、锰、钼、硅、铬、碳、钒、磷、硫、镍均为粉末颗粒物，所述各粉末颗粒物粒度为100-200目。

进一步，提供一种制备上述热作钢粉末合金材料的方法，该方法包括以下步骤：

S01、粉末退火：将铁、钴、白铜、锰、银、钛、钼、硅、铬、镍每种粉末单个进行退火；

S02、粉末分级：将退火后的粉末每种单个采用标准筛网对其进行分级处理；

S03、粉末混合：将分级后粉末采用机械式干混法进行混合；

S04、制粒：将混合后的粉末采用振动筛或辊筒制粒机进行制粒；

S05、成形：将制作好的颗粒采用模压法制成所需形状及尺寸。

本发明所述的技术方案带来的有益效果为：由本发明各个组分组成的热作钢粉末合金材料，其根据各个组分的性能并采用特定的比例关系，形成一种新型的热作钢粉末合金材料，使得整个产品最终具有良好的机械性能，高热强度、热疲劳性、抗氧化性及较长的使用寿命。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

如下所述，提供一种热作钢粉末合金材料，其由表一所示各组分组成：

表一

上述表中，组分铁、钛、钴、白铜、锰、钼、硅、铬、碳、钒、磷、硫、镍均为粉末颗粒物，所述各粉末颗粒物粒度为100-200目，抗磨剂为磷酸酯组成，润滑剂由聚乙烯蜡组成。

该实施例所采用的制备方法为：包括下述步骤：

S01、粉末退火：将铁、钴、白铜、锰、银、钛、钼、硅、铬、镍每种粉末单个进行退火；

S02、粉末分级：将退火后的粉末每种单个采用标准筛网对其进行分级处理；

S03、粉末混合：将分级后粉末采用机械式干混法进行混合；

S04、制粒：将混合后的粉末采用振动筛或辊筒制粒机进行制粒；

S05、成形：将制作好的颗粒采用模压法制成所需形状及尺寸。

实施例1制备得到的热作钢粉末合金材料，其屈服强度为390Mpa；抗拉强度为620Mpa；硬度为60HRC；抗氧化速度为0.08g/m²*h；其整体机械性能优，其中屈服强度比较高，表明该产品抵抗变形的能力较强，抗拉强度比较高，表明其塑性抗变形的抗力较强，硬度高，表明其具有良好的耐磨损性能，抗氧化速度＜1.0g/m²*h，表明该材料具有非常强的抗氧化性，整体上表明该产品具有非常优异的机械性能。

实施例2

如下所述，提供一种热作钢粉末合金材料，其由表二所示各组分组成：

表二

上述表中，组分铁、钛、钴、白铜、锰、钼、硅、铬、碳、钒、磷、硫、镍均为粉末颗粒物，所述各粉末颗粒物粒度为100-200目，抗磨剂为磷酸酯和二硫化钼组成，润滑剂由BN单质组成。

该实施例所采用的制备方法为：包括下述步骤

S01、粉末退火：将铁、钴、白铜、锰、银、钛、钼、硅、铬、镍每种粉末单个进行退火；

S02、粉末分级：将退火后的粉末每种单个采用标准筛网对其进行分级处理；

S03、粉末混合：将分级后粉末采用机械式干混法进行混合；

S04、制粒：将混合后的粉末采用振动筛或辊筒制粒机进行制粒；

S05、成形：将制作好的颗粒采用模压法制成所需形状及尺寸。

由实施例2制备得到的热作钢粉末合金材料，其屈服强度为360Mpa；抗拉强度为600Mpa；硬度为53HRC；抗氧化速度为0.2g/m²*h；其整体机械性能优，其中屈服强度比较高，表明该产品抵抗变形的能力较强，抗拉强度比较高，表明其塑性抗变形的抗力较强，硬度较高，表明其具有良好的耐磨损性能，抗氧化速度为＜1.0g/m²*h，表明该材料具有非常好的抗氧化性，整体上表明该产品具有非常优异的机械性能。

实施例3

如下所述，提供一种热作钢粉末合金材料，其由表三所示各组分组成：

表三

上述表中，组分铁、钛、钴、白铜、锰、钼、硅、铬、碳、钒、磷、硫、镍均为粉末颗粒物，所述各粉末颗粒物粒度为100-200目，抗磨剂为磷酸酯、二硫化钼两种物质组成，润滑剂由0.1wt％聚乙烯蜡和0.1wt％BN单质组成。

该实施例所采用的制备方法为：包括下述步骤

S01、粉末退火：将铁、钴、白铜、锰、银、钛、钼、硅、铬、镍每种粉末单个进行退火；

S02、粉末分级：将退火后的粉末每种单个采用标准筛网对其进行分级处理；

S03、粉末混合：将分级后粉末采用机械式干混法进行混合；

S04、制粒：将混合后的粉末采用振动筛或辊筒制粒机进行制粒；

S05、成形：将制作好的颗粒采用模压法制成所需形状及尺寸。

由实施例3制备得到的热作钢粉末合金材料，其屈服强度为300Mpa；抗拉强度为560Mpa；硬度为50HRC；抗氧化速度为1.0g/m²*h；其整体机械性能优。其中屈服强度较高，表明该产品抵抗变形的能力较强，抗拉强度比较高，表明其塑性抗变形的抗力较强，硬度较高，表明其具有良好的耐磨损性能，抗氧化速度为1.0g/m²*h，表明该材料具有良好的抗氧化性，整体上表明该产品具有非常优异的机械性能。

实施例4

如下所述，提供一种热作钢粉末合金材料，其由表四所示各组分组成：

表四

上述表中，组分铁、钛、钴、白铜、锰、钼、硅、铬、碳、钒、磷、硫、镍均为粉末颗粒物，所述各粉末颗粒物粒度为100-200目，抗磨剂为二硫化钼和聚四氟乙烯两种物质组成，润滑剂由0.1wt％聚乙烯蜡和0.1wt％BN单质组成。

该实施例所采用的制备方法为：包括下述步骤

S01、粉末退火：将铁、钴、白铜、锰、银、钛、钼、硅、铬、镍每种粉末单个进行退火；

S02、粉末分级：将退火后的粉末每种单个采用标准筛网对其进行分级处理；

S03、粉末混合：将分级后粉末采用机械式干混法进行混合；

S04、制粒：将混合后的粉末采用振动筛或辊筒制粒机进行制粒；

S05、成形：将制作好的颗粒采用模压法制成所需形状及尺寸。

由实施例4制备得到的热作钢粉末合金材料，其屈服强度为260Mpa；抗拉强度为540Mpa；硬度为45HRC；抗氧化速度为1.0g/m²*h；其整体机械性能优。其中屈服强度和抗拉强度比实施例1-3偏低，但比常规合金钢(屈服强度一般﹤240Mpa,抗拉强度＜500Mpa)要高，表面该产品具有良好的抗变形能力，其硬度较高，表面其具有良好的耐磨损性能，抗氧化速度为1.0g/m²*h，表明该材料具有良好的抗氧化性，整体上表明该产品具有非常优异的机械性能。

实施例5

如下所述，提供一种热作钢粉末合金材料，其由表五所示各组分组成：

表五

上述表中，组分铁、钛、钴、白铜、锰、钼、硅、铬、碳、钒、磷、硫、镍均为粉末颗粒物，所述各粉末颗粒物粒度为100-200目，抗磨剂为磷酸酯、二硫化钼和聚四氟乙烯三种物质组成，润滑剂由聚乙烯蜡和单质按照1:1重量百分比组成。

该实施例所采用的制备方法为：包括下述步骤

S01、粉末退火：将铁、钴、白铜、锰、银、钛、钼、硅、铬、镍每种粉末单个进行退火；

S02、粉末分级：将退火后的粉末每种单个采用标准筛网对其进行分级处理；

S03、粉末混合：将分级后粉末采用机械式干混法进行混合；

S04、制粒：将混合后的粉末采用振动筛或辊筒制粒机进行制粒；

S05、成形：将制作好的颗粒采用模压法制成所需形状及尺寸。

由实施例5制备得到的热作钢粉末合金材料，其屈服强度为220Mpa；抗拉强度为490Mpa；硬度为40HRC；抗氧化速度为2.0g/m²*h；其整体机械性能良好，其各项性能指标参数接近常规合金钢性能，满足常规需求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种热作钢粉末合金材料，其特征在于：包括下述重量含量的组分：

2.根据权利要求1所述的热作钢粉末合金材料，其特征在于：包括下述重量含量的组分：

3.根据权利要求1或2所述的热作钢粉末合金材料，其特征在于：所述添加剂包括石墨、抗磨剂和润滑剂三种组分，热作钢粉末合金材料中添加剂各组分的重量含量为：

石墨    0.1wt％-0.3wt％；

抗磨剂  0.6wt％-0.9wt％；

润滑剂  0.1wt％-0.3wt％。

4.根据权利要求3所述的热作钢粉末合金材料，其特征在于：所述添加剂中各组分的重量含量为：

石墨    0.2wt％；

抗磨剂  0.8wt％；

润滑剂  0.2wt％。

5.根据权利要求3或4所述的热作钢粉末合金材料，其特征在于：

所述抗磨剂包括磷酸酯、二硫化钼、聚四氟乙烯中的一种或几种；

所述润滑剂包括聚乙烯蜡和/或BN单质。

6.根据权利要求5所述的热作钢粉末合金材料，其特征在于：所述润滑剂中聚乙烯蜡和BN单质重量百分比为1:1。

7.根据权利要求1所述的热作钢粉末合金材料，其特征在于：所述组分铁、钛、钴、白铜、锰、钼、硅、铬、碳、钒、磷、硫、镍均为粉末颗粒物，所述各粉末颗粒物粒度为100-200目。