CN106735191B - 一种制备粉末高速钢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备粉末高速钢的方法，属于高速钢制造技术领域。通过在粉末高速钢冷等静压预成型坯表面涂挂、熔覆玻璃粉末；或通过玻璃丝材3D打印直接近终成形高速钢制品的玻璃原型，填充高速钢粉末后抽真空密封，最后将熔覆玻璃粉的预成型坯和填充高速钢粉末的玻璃原型制品进行热等静压致密化，使熔融的玻璃粉末或者玻璃原型软化，对坯体和粉末传递压力，使坯体和粉末实现全致密化。本发明工艺简单，操作方便，熔覆玻璃粉和玻璃原型取材方便、制作简单、成本低，适合高性能高速钢产品的批量生产。

Description

一种制备粉末高速钢的方法
技术领域
本发明属于高速钢制造技术领域，特别提供了一种快速高效制备高性能粉末高速钢的方法。
技术背景
高速钢是一种高碳、高合金莱氏体钢，是常用的工模具材料，被广泛应用于加工制造行业。现代工业和制造业的飞速发展，对高速钢材料要求性能更好、更稳定，对加工技术也向着材料利用率更高、精度更高的方向发展。由于高速钢合金元素种类多、含量大，使得合金的共晶点与高速钢的熔点非常接近，传统铸锻高速钢碳化物粗大、组织偏析严重，为改善组织均匀性，锻打改性工序多、工艺复杂。为解决铸锻高速钢所面临的难题，诞生了粉末高速钢。粉末高速钢的主要工艺包括压制烧结和粉末包套热等静压。对于粉末压制烧结，为达到致密化往往要选用最佳的烧结温度，由于高速钢烧结窗口较窄，尺寸较大的制品很容易出现局部温度过高，一方面，若温度达到合金熔点则会产生液相，一旦产生液相量较大则很难保证制品原有形状，破坏了制品的成型性；另一方面，过高的烧结温度往往导致生成的碳化物粗大，从而导致制品组织不均匀，使得制品性能变差。粉末热等静压高速钢性能优异，是高性能高速钢生产的终极手段，但是钢包套从制作到封焊，周期较长，钢材成形变形困难，不利于形状复杂的异形件生产。
本发明就是针对上述问题，解决钢包套在热等静压制备过程中，包套变形困难、包套制作周期长的难题，提供了一种快速高效制备得到高性能粉末高速钢的致密化技术。本发明是利用粉末冶金方法，通过将高速钢粉末制备成预成型坯或装入3D打印的玻璃原型，熔覆玻璃粉末或真空封装玻璃原型，最后进行热等静压致密化处理，即可获得高速钢近终型产品。
发明内容
本发明主要针对热等静压制备高速钢过程中，钢包套的制作变形困难、制作封焊时间较长等问题，采用在高速钢预成型坯表面熔覆玻璃粉末，或利用3D打印制备玻璃原型填充高速钢粉末的方法，提供了一种快速、高效制备高性能粉末高速钢的方法。其具体制备工艺如下：
a、高速钢预成型坯熔覆玻璃粉及热等静压致密化
(1)预成型坯制备：将高速钢粉末经冷等静压制备预成型坯，冷等静压压力50～200MPa，保温保压1～30min；
(2)预成型坯表面熔覆玻璃粉末：将玻璃粉末与粘结剂混合均匀，涂覆于预成型坯表面，涂覆厚度为1～5mm；然后在马弗炉中加热，使玻璃粉末呈液态均匀包覆整个坯体，随炉冷却至室温；
(3)热等静压致密化：将熔覆玻璃粉末的预成型坯进行热等静压致密化，热等静压温度为900～1200℃，先升温，达到玻璃软化点，再升压至50～200MPa，保温保压0.5～5h。
b、玻璃原型填充高速钢粉末及热等静压致密化
(1)玻璃原型制备：通过玻璃丝材3D打印成形具有高速钢制品轮廓形状的玻璃原型；
(2)装粉与真空密封：将高速钢粉末填充玻璃原型，填充好后进行真空封装以保证玻璃原型的气密性，真空度达到10-3～10-5Pa；
(3)热等静压致密化：将填充高速钢粉末的玻璃原型进行热等静压，热等静压温度为900～1200℃，先升温，达到玻璃软化点，再升压至50～200MPa，保温保压0.5～5h。
优选的，所述预成型坯所用高速钢粉末选用水雾化粉末，其平均粒度为10～60μm；玻璃原型填充高速钢粉末选用气雾化粉末，其平均粒度为30～100μm。
优选的，所述选用的熔融玻璃粉末和成型玻璃原型所用的玻璃软化点为900～1200℃，其中，玻璃粉平均粒度为10～100μm。
采用以上技术方案，本发明的有益效果在于：
1、工艺简单，生产周期短，能够快速高效地生产高性能粉末高速钢制品。
2、玻璃粉末以及3D打印玻璃原型所用材料选材方便、成本低、成型方便。
3、易于短流程获得复杂形状高性能粉末高速钢制品。
具体实施方案
实施例1
选用平均粒度为60μm的水雾化M2高速钢粉末，在80MPa压力下进行冷等静压成型制备预成型坯。在预成型坯表面均匀地涂覆玻璃粉末(软化点为1100℃，平均粒度为100μm)与水玻璃的均匀混合物，涂覆厚度为1mm。然后置于马弗炉中加热，待其均匀熔覆后冷却至室温取出，放入热等静压炉中，升温至1100℃，再升压至100MPa，保温保压2h。热等静压完成后，脱除玻璃外壳即得高性能粉末高速钢制品。
实施例2
选用平均粒度为10μm的水雾化M42高速钢粉末，在180MPa压力下进行冷等静压成型制备预成型坯。在预成型坯表面均匀地涂覆玻璃粉末(软化点为950℃，平均粒度为10μm)与水玻璃的均匀混合物，涂覆厚度为5mm。然后置于马弗炉中加热，待其均匀熔覆后冷却至室温取出，放入热等静压炉中，升温至950℃，再升压至160MPa，保温保压4h。热等静压完成后，脱除玻璃外壳即得高性能粉末高速钢制品。
实施例3
根据高速钢制品轮廓形状尺寸采用3D打印技术制作玻璃原型(软化点为1050℃)，将粒平均度为50μm的气雾化M2高速钢粉末装入玻璃原型内，真空密封使玻璃原型内部真空度达10-5Pa，然后置于热等静压炉中，升温至1050℃，再升压至120MPa，保温保压3h。热等静压完成后，脱除玻璃外壳即得高性能粉末高速钢制品。
实施例4
根据高速钢制品轮廓形状尺寸采用3D打印技术制作玻璃原型(软化点为1000℃)，将粒平均度为80μm的气雾化M42高速钢粉末装入玻璃原型内，真空密封使玻璃原型内部真空度达10-4Pa，然后置于热等静压炉中，升温至1000℃，再升压至150MPa，保温保压1h。热等静压完成后，脱除玻璃外壳即得高性能粉末高速钢制品。
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。对于本发明所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种制备粉末高速钢的方法，其特征在于：通过在粉末高速钢冷等静压预成型坯表面涂挂、熔覆玻璃粉；或者通过3D打印玻璃丝材直接近终成形高速钢制品的玻璃原型，填充高速钢粉末后抽真空密封，最后将熔覆有玻璃粉的预成型坯或填充高速钢粉末的玻璃原型制品进行热等静压致密化，使熔融的玻璃粉末或者玻璃原型软化，并对坯体和粉末传递压力，使坯体和粉末实现致密化；两种制备方式的步骤分别为：
a、高速钢预成型坯熔覆玻璃粉及热等静压致密化
(1)预成型坯制备：将高速钢粉末经冷等静压制备预成型坯，冷等静压压力50～200MPa，保温保压1～30min；
(2)预成型坯表面熔覆玻璃粉末：将玻璃粉末与粘结剂混合均匀，涂覆于预成型坯表面，涂覆厚度为1～5mm；然后在马弗炉中加热，使玻璃粉末呈液态均匀包覆整个坯体，随炉冷却至室温；
(3)热等静压致密化：将熔覆玻璃粉末的预成型坯进行热等静压致密化，热等静压温度为900～1200℃，先升温，达到玻璃软化点，再升压至50～200MPa，保温保压0.5～5h；
b、玻璃原型填充高速钢粉末及热等静压致密化
(1)玻璃原型制备：通过玻璃丝材3D打印成形具有高速钢制品轮廓形状的玻璃原型；
(2)装粉与真空密封：将高速钢粉末填充玻璃原型，填充好后进行真空封装以保证玻璃原型的气密性，真空度达到10‐3～10‐5Pa；
(3)热等静压致密化：将填充高速钢粉末的玻璃原型进行热等静压，热等静压温度为900～1200℃，先升温，达到玻璃软化点，再升压至50～200MPa，保温保压0.5～5h。
2.根据权利要求1所述的制备粉末高速钢的方法，其特征在于：预成型坯所用高速钢粉末选用水雾化粉末，其平均粒度为10～60μm；玻璃原型填充高速钢粉末选用气雾化粉末，其平均粒度为30～100μm。
3.根据权利要求1所述的制备粉末高速钢的方法，其特征在于：所选用的熔融玻璃粉末和成型玻璃原型所用的玻璃软化点为900～1200℃，其中，玻璃粉平均粒度为10～100μm。
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