CN110273097A - 一种vc/v10粉末高速钢复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种vc/v10粉末高速钢复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110273097A
CN110273097A CN201910572803.7A CN201910572803A CN110273097A CN 110273097 A CN110273097 A CN 110273097A CN 201910572803 A CN201910572803 A CN 201910572803A CN 110273097 A CN110273097 A CN 110273097A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
composite material
speed
gas
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.)
Granted
Application number
CN201910572803.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110273097B (zh
Inventor
康磊
廖相巍
贾吉祥
李广帮
尚德礼
郭庆涛
唐雪峰
康伟
王超逸
赵亮
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.)
Angang Steel Co Ltd
Original Assignee
Angang Steel Co Ltd
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 Angang Steel Co Ltd filed Critical Angang Steel Co Ltd
Priority to CN201910572803.7A priority Critical patent/CN110273097B/zh
Publication of CN110273097A publication Critical patent/CN110273097A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110273097B publication Critical patent/CN110273097B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/006—Making ferrous alloys compositions used for making ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0207—Using a mixture of prealloyed powders or a master alloy
    • C22C33/0228—Using a mixture of prealloyed powders or a master alloy comprising other non-metallic compounds or more than 5% of graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
    • C22C33/0285—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
    • C22C33/0292—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with more than 5% preformed carbides, nitrides or borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/36—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.7% by weight of carbon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及一种VC/V10粉末高速钢复合材料及其制备方法，所述复合材料相对密度＞99％，硬度为67.8～69.6HRC；复合材料的基体为V10粉末高速钢，VC粉末作为外加质点均匀弥散分布于基体中，VC粉末的添加量质量分数为3％～15％，复合材料中质量百分含量为：C：2.50～5.50％；Mo1.20～1.30％；Cr：5.25～5.50％；V：10～20％。制备过程中在高压雾化气体雾化10V钢液时，采用超声波分散气体输送将VC粉末由发送罐均匀输送到雾化器的喷嘴处，在喷嘴处高压雾化气体和VC粉末混合形成气粉雾化介质，气粉雾化击碎10V钢液制得预合金化的VC/V10高速钢复合粉末；本发明工艺简单，生产周期短，能够快速高效低成本生产高性能的高钒粉末高速钢。

Description

一种VC/V10粉末高速钢复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术，具体是指一种VC/V10粉末高速钢复合材料及其制备方法。
背景技术
高钒高速钢硬度高、韧性好，具有优良的耐磨性，广泛应用于冷作模具、高速钢复合轧辊、矿山机械等领域，碳化物尺寸和形态是影响其性能的主要因素。传统的熔炼工艺制备的高钒高速钢碳化物粗大，钢的韧性低、耐磨性相对较差。粉末冶金技术可以很好地克服这些问题，美国crucible公司开发的粉末高钒高速钢CPMl0V，钒含量达到9.75％，组织均匀，碳化物细小，大大提高了耐磨性和韧性，是理想的冷作模具和塑料模具的耐磨部件材料。
近年来，为进一步提高高钒高速钢的硬度和耐磨性，高速钢中钒含量有不断增加的趋势。提高钒含量则合金体系熔炼温度上升，而常规气雾化设备能够承受的温度上限约1800℃，这使得粉末冶金生产高钒高速钢受限于熔炼过程。当钢液的过热度不足时，气雾化过程钢液中析出的一次碳化物容易堵塞气雾化喷嘴，或者因为钢液粘度的增大使雾化的合金粉末参数不可控，因此，粉末冶金高钒高速钢中添加钒的质量分数不超过12.0％。
为了突破合金化限制，现有技术专利(申请号CN106756599A)“cBN-高速钢复合材料及cBN-高速钢复合材料制备方法”和文献“新型高性能粉末冶金高速钢及其近净成形制备技术”提供了一种无熔炼制备粉末高速钢的新工艺，采用碳化物、铁粉、钴粉为原料，通过机械球磨+真空烧结制备粉末高速钢，但机械球磨工艺碳化物粉末易偏析、金属粉末表面氧化、引入球磨介质杂质以及球磨时间长耗时耗电等缺点。专利申请号CN106756599A“cBN-高速钢复合材料及cBN-高速钢复合材料制备方法”制备cBN-高速钢复合材料的高速钢前躯体粉末混合物，所述高速钢前躯体粉末混合物包括质量分数为3～15％的Co粉、32～75％的Fe粉、20～50％的选自元素周期表第4族、第5族和第6族的金属的碳化物粉、0～2％的C粉。cBN-高速钢复合材料包括质量分数为1～30％的cBN、2.7～13.5％的Co、1.7～5.4％的C、14～45％的选自元素周期表第4族、第5族和第6族的金属、40.6～67.5％的Fe。通过采用非雾化的粉末代替雾化粉末，可避免出现的局部共晶液相，防止局部共晶液相对cBN产生侵蚀，使cBN保持稳定，从而提升最终cBN-高速钢复合材料的使用性能。
文献“新型高性能粉末冶金高速钢及其近净成形制备技术”研究无熔炼制备高性能近净成形粉末冶金高速钢的新工艺(SAP工艺)。方法以铁粉、钴粉和碳化物粉末为原料，通过机械球磨和真空活化烧结制备SAP6031粉末冶金高速钢。研究结果球磨后的原料粉末具有较高的烧结活性，结合后续活化烧结过程中的碳氧反应，使烧结坯在远低于液相线温度下实现烧结致密化(＞99.5％)，材料力学性能优异，且杂质含量远低于标准值。结论是SAP工艺具有合金成分易调节、工艺流程短、生产能耗低、近净成形等优点，在特种粉末高速钢开发、异形件和非标件的灵活生产上具有显著优势。
由以上查阅的文献可知，高碳高合金粉末高速钢中的优点是材料具有高硬度，同时其还有很好的抗弯性能，缺点是常规气雾化设备能够承受的温度上限约为1800℃，当合金元素含量提高时，合金体系熔炼温度随之上升；当接近设备承受的温度极限，会使钢液的过热度不足，气雾化过程钢液中析出的一次碳化物容易堵塞气雾化喷嘴，或者因为钢液粘度的增大使雾化的合金粉末参数不可控。现有技术中都是采用球磨工艺使得碳化物和铁粉实现合金化，再经后续的成型和热处理工艺制得粉末高速钢。球磨工艺的缺点是粉末表面氧化、引入球磨介质杂质元素和球磨时间长。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种VC/V10粉末高速钢复合材料及其制备方法。一方面突破熔炼过程的合金化限制，另一方面减少设备投入、降低生产能耗、提高材料利用率等方式降低材料成本，以实现高碳高钒粉末高速钢的市场化。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种VC/V10粉末高速钢复合材料，所述复合材料相对密度＞99％，硬度为67.8～69.6HRC；复合材料的基体为V10粉末高速钢，VC粉末作为外加质点均匀弥散分布于基体中，VC粉末的添加量质量分数为3％～15％，复合材料中质量百分含量为：C：2.50～5.50％；Mo1.20～1.30％；Cr：5.25～5.50％；V：10～20％。
一种VC/V10粉末高速钢复合材料制备方法，具体包括：
(1)10V高速钢熔炼
在真空感应炉内熔炼10V高速钢，其成分质量分数为：2.40％～2.50％C，5.00％～5.50％Cr，9.50％～10.50％V，1.25％～1.35％Mo，熔炼成分合格后将钢水终点温度控制为出钢温度1640℃～1680℃；
(2)VC/10V复合高速钢粉末制备
将VC粉末预先装入独立发送罐，在高压雾化气体雾化10V钢液时，采用超声波分散气体输送将VC粉末由发送罐均匀输送到雾化器的喷嘴处，在喷嘴处高压雾化气体和VC粉末混合形成气粉雾化介质，气粉雾化击碎10V钢液制得预合金化的VC/V10高速钢复合粉末；
(3)复合高速钢粉末成型
采用冷等静压成型将上述复合粉末压坯，其中橡胶汽油为粘结剂，用量为0.1～0.3wt％，冷等静压成型压力为150～350MPa，保压时间为10～20min；
(4)真空烧结
复合粉末压坯在真空条件下烧结，真空度为小于2Pa，以80～120℃/min的升温速率将烧结温度升至1150℃～1180℃并保温30～60min，然后以200～250℃/min的降温速率降温至室温后出炉；
(5)热处理
采用850℃～880℃退火，3～4h炉冷作为预备处理。淬火温度1150℃～1180℃，5～15min油焠。回火温度540℃～580℃，回火3次，每次空冷1～1.5h。
所述的步骤(2)中VC粉末平均粒度D50≤2μm，粉末中粒度≤200nm颗粒体积分数为5％～10％。
所述的步骤(2)中10V钢液的雾化温度为1600℃～1640℃；
所述的步骤(2)中输送气体为N2或Ar，输送压力为1～2MPa，超声震荡频率为20～25KHz，高压雾化气体是N2或Ar，其压力为2～4Mpa；
所述的步骤(2)中VC粉末流量为2.0～4.0kg/min。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1)工艺简单，生产周期短，能够快速高效低成本生产高性能的高钒粉末高速钢。
2)采用常规的熔炼和雾化设备就可以完成3％～15％wt.VC复合粉末制备，并有利于提高金属粉末的细粉收得率。
3)该方法VC粒度、含量调节极为方便，以获得优良综合力学性能的粉末高速钢，有利于机械制造业的广泛应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明：
以下实施例对本发明进行详细描述。这些实施例仅是对本发明的最佳实施方案进行描述，并不对本发明的范围进行限制。
实施例1
一种VC/V10粉末高速钢复合材料制备方法，具体包括：
(1)真空熔炼V10合金
合金在200kg真空感应炉熔炼V10合金。为了提高钒铁的收得率，熔炼后期采用0.1％wt.纯铝脱氧后加入钒铁，其余合金熔炼前期加入。出钢时，考虑到后期雾化喷粉过程VC粉末带来的温降，出钢温度提高50℃，出钢温度为1650℃。合金的主要化学成分(质量分数，％)2.44C、5.43Cr、1.3Mo和9.98V。
(2)VC/10V复合高速钢粉末制备
在独立发送罐内，预先装入VC粉末，在钢液雾化开始前，同时开启预先设置在罐内的超声波装置和N2输入气体阀门，在罐内利用超声波技术将VC粉末(D50≤2μm)均匀分散于N2输送气体中，粉末中粒度≤200nm颗粒体积分数为8％，超声分散频率23Hz，输送气体压力1.2Mpa。钢液雾化开始时，开启阀门，输送气体将粉末输送到雾化室的喷嘴处，与高压雾化N2相遇形成气粉混合雾化介质，VC粉末流量为2.0kg/min，雾化温度为1600℃，雾化气体压力3MPa。气粉混合雾化V10合金液制得VC颗粒弥散分布的复合粉末，其中VC颗粒含量(质量分数)为3％，200目以下细粉收得率达到95％，比纯气体雾化细粉收得率提高了20％。
上述制备复合粉末方法通过向雾化气体中分散碳化物粉末，再利用气粉混合雾化制备高碳高钒高速钢粉末。一方面突破合金化限制，增加粉末高速钢中的碳、钒含量，材料在保证材料的强度和韧性前提下，获得高硬度。另一方面可避免钢水过热度不够引起的一次碳化物阻塞雾化喷嘴。再者提高雾化介质的密度进而提高高速钢粉末细粉收得率。与传统添加碳化物粉末冶金高速钢制备工艺相比，还有就是VC粉末含量调节极为方便，有利于机械制造业的广泛应用
(3)冷等静压成型
采用0.2wt％橡胶汽油为粘结剂，对步骤(2)制备的复合粉末进行造粒，然后装入橡胶模具中在冷等静压机压坯成型。冷等静压成型压力为200MPa，保压时间为15min。采用冷等静压成型结合真空烧结代替热等静压成型，省去了包套成本和大型热等静压设备的成本。
(4)真空烧结
复合粉末压坯在真空条件下烧结，真空度为小于2Pa，以100℃/min的升温速率将烧结温度升至1160℃并保温45min，然后以220℃/min的降温速率降温至室温后出炉。
(5)热处理
采用850℃退火(3h炉冷)作为预备处理。淬火温度1160℃，8min油焠。回火温度560℃，回火3次，每次空冷1h。
实施例2
一种VC/V10粉末高速钢复合材料制备方法，具体包括：
(1)真空熔炼V10合金
合金在200kg真空感应炉熔炼V10合金。为了提高钒铁的收得率，熔炼后期采用0.1％wt.纯铝脱氧后加入钒铁，其余合金熔炼前期加入。出钢时，考虑到后期雾化喷粉过程VC粉末带来的温降，出钢温度提高58℃，出钢温度为1658℃。合金的主要化学成分(质量分数，％)2.45C、5.46Cr、1.33Mo和9.92V。
(2)VC/10V复合高速钢粉末制备
在独立发送罐内，预先装入VC粉末，在钢液雾化开始前，同时开启预先设置在罐内的超声波装置和N2输入气体阀门，在罐内利用超声波技术将VC粉末(D50≤2μm)均匀分散于N2输送气体中，粉末中粒度≤200nm颗粒体积分数为8％，超声分散频率23Hz，输送气体压力1.2Mpa。钢液雾化开始时，开启阀门，输送气体将粉末输送到雾化室的喷嘴处，与高压雾化N2相遇形成气粉混合雾化介质，VC粉末流量为2.5kg/min，雾化温度为1610℃，雾化气体压力3MPa。气粉混合雾化V10合金液制得VC颗粒弥散分布的复合粉末，其中VC颗粒含量(质量分数)为8％，200目以下细粉收得率达到95.5％，比纯气体雾化细粉收得率提高了20.5％。
(3)冷等静压成型
采用0.2wt％橡胶汽油为粘结剂，对步骤(2)制备的复合粉末进行造粒，然后装入橡胶模具中在冷等静压机压坯成型。冷等静压成型设备为常规设备，冷等静压成型压力为200MPa，保压时间为15min。
(4)真空烧结
复合粉末压坯在真空条件下烧结，真空度为小于2Pa，以100℃/min的升温速率将烧结温度升至1160℃并保温45min，然后以220℃/min的降温速率降温至室温后出炉。
(5)热处理
采用850℃退火(3h炉冷)作为预备处理。淬火温度1160℃，8min油焠。回火温度560℃，回火3次，每次空冷1h。
实施例3
一种VC/V10粉末高速钢复合材料制备方法，具体包括：
(1)真空熔炼V10合金
合金在200kg真空感应炉熔炼V10合金。为了提高钒铁的收得率，熔炼后期采用0.1％wt.纯铝脱氧后加入钒铁，其余合金熔炼前期加入。出钢时，考虑到后期雾化喷粉过程VC粉末带来的温降，出钢温度提高65℃，出钢温度为1665℃。合金的主要化学成分(质量分数，％)2.44C、5.48Cr、1.35Mo和9.99V。
(2)VC/10V复合高速钢粉末制备
在独立发送罐内，预先装入VC粉末，在钢液雾化开始前，同时开启预先设置在罐内的超声波装置和N2输入气体阀门，在罐内利用超声波技术将VC粉末(D50≤2μm)均匀分散于N2输送气体中，粉末中粒度≤200nm颗粒体积分数为8％，超声分散频率23Hz，输送气体压力1.2Mpa。钢液雾化开始时，开启阀门，输送气体将粉末输送到雾化室的喷嘴处，与高压雾化N2相遇形成气粉混合雾化介质，VC粉末流量为3.0kg/min，雾化温度为1623℃，雾化气体压力3MPa。气粉混合雾化V10合金液制得VC颗粒弥散分布的复合粉末，其中VC颗粒含量(质量分数)为12％，200目以下细粉收得率达到96.2％，比纯气体雾化细粉收得率提高了21.2％。
(3)冷等静压成型
采用0.2wt％橡胶汽油为粘结剂，对步骤(2)制备的复合粉末进行造粒，然后装入橡胶模具中在冷等静压机压坯成型。冷等静压成型设备为常规设备，冷等静压成型压力为200MPa，保压时间为15min。
(4)真空烧结
复合粉末压坯在真空条件下烧结，真空度为小于2Pa，以100℃/min的升温速率将烧结温度升至1160℃并保温45min，然后以220℃/min的降温速率降温至室温后出炉。
(5)热处理
采用850℃退火(3h炉冷)作为预备处理。淬火温度1160℃，8min油焠。回火温度560℃，回火3次，每次空冷1h。
实施例4
一种VC/V10粉末高速钢复合材料制备方法，具体包括：
(1)真空熔炼V10合金
合金在200kg真空感应炉熔炼V10合金。为了提高钒铁的收得率，熔炼后期采用0.1％wt.纯铝脱氧后加入钒铁，其余合金熔炼前期加入。出钢时，考虑到后期雾化喷粉过程VC粉末带来的温降，出钢温度提高70℃，出钢温度为1670℃。合金的主要化学成分(质量分数，％)2.46C、5.47Cr、1.32Mo和10.03V。
(2)VC/10V复合高速钢粉末制备
在独立发送罐内，预先装入VC粉末，在钢液雾化开始前，同时开启预先设置在罐内的超声波装置和N2输入气体阀门，在罐内利用超声波技术将VC粉末(D50≤2μm)均匀分散于N2输送气体中，粉末中粒度≤200nm颗粒体积分数为8％，超声分散频率23Hz，输送气体压力1.2Mpa。钢液雾化开始时，开启阀门，输送气体将粉末输送到雾化室的喷嘴处，与高压雾化N2相遇形成气粉混合雾化介质，VC粉末流量为4.0kg/min，雾化温度为1640℃，雾化气体压力3MPa。气粉混合雾化V10合金液制得VC颗粒弥散分布的复合粉末，其中VC颗粒含量(质量分数)为15％，200目以下细粉收得率达到96.8％，比纯气体雾化细粉收得率提高了21.8％。
(3)冷等静压成型
采用0.2wt％橡胶汽油为粘结剂，对步骤(2)制备的复合粉末进行造粒，然后装入橡胶模具中在冷等静压机压坯成型。冷等静压成型设备为常规设备，冷等静压成型压力为200MPa，保压时间为15min。
(4)真空烧结
复合粉末压坯在真空条件下烧结，真空度为小于2Pa，以100℃/min的升温速率将烧结温度升至1160℃并保温45min，然后以220℃/min的降温速率降温至室温后出炉。
(5)热处理
采用850℃退火(3h炉冷)作为预备处理。淬火温度1160℃，8min油焠。回火温度560℃，回火3次，每次空冷1h。
实施例的粉末高速钢的化学成分见表1。
表1：粉末高速钢的化学成分(质量分数，％)
VC加入量 C Mo Cr V Fe
实施例1 3％ 2.68 1.28 5.42 12.02 Bal.
实施例2 8％ 3.27 1.25 5.38 14.88 Bal.
实施例3 12％ 4.28 1.23 5.33 17.78 Bal.
实施例4 15％ 5.27 1.22 5.30 19.96 Bal.
实施例获得的粉末高速钢，分别热处理后晶粒尺寸和力学性能进行检测分析，具体数据见表2。
表2：热处理后粉末高速钢碳化物和力学性能
碳化物尺寸/μm 硬度/HRC 抗弯强度/MPa 冲击韧性/J·cm<sup>-2</sup>
实施例1 2.5 67.8 2997 18
实施例2 2.3 68.1 3885 20
实施例3 2.0 69.4 4450 24
实施例4 2.5 69.6 3776 20
由表1和表2可知，本发明的粉末冶金高速钢制备方法可以通过调节雾化介质中VC粉末的喷入量实现对材料硬度、抗弯强度调整，并能保持材料良好的冲击韧性，获得优异的综合力学性能的高碳高钒粉末高速钢。其原因是微细的VC颗粒以弥散相质点的形式存在于材料中，在提高材料硬度的同时，细小的VC颗粒在相变时细化析出一次碳化物，又对位错起钉扎作用，增大了位错运动的阻碍，起到了弥散强化的作用，进而提高了粉末高速钢的强度和韧性。

Claims (6)

1.一种VC/V10粉末高速钢复合材料，其特征在于，所述复合材料相对密度＞99％，硬度为67.8～69.6HRC；复合材料的基体为V10粉末高速钢，VC粉末作为外加质点均匀弥散分布于基体中，VC粉末的添加量质量分数为3％～15％，复合材料中质量百分含量为：C：2.50～5.50％；Mo1.20～1.30％；Cr：5.25～5.50％；V：10～20％。
2.一种根据权利要求1所述的VC/V10粉末高速钢复合材料制备方法，其特征在于，具体包括：
(1)10V高速钢熔炼
在真空感应炉内熔炼10V高速钢，其成分质量分数为：2.40％～2.50％C，5.00％～5.50％Cr，9.50％～10.50％V，1.25％～1.35％Mo，熔炼成分合格后将钢水终点温度控制为出钢温度1640℃～1680℃；
(2)VC/10V复合高速钢粉末制备
将VC粉末预先装入独立发送罐，在高压雾化气体雾化10V钢液时，采用超声波分散气体输送将VC粉末由发送罐均匀输送到雾化器的喷嘴处，在喷嘴处高压雾化气体和VC粉末混合形成气粉雾化介质，气粉雾化击碎10V钢液制得预合金化的VC/V10高速钢复合粉末；
(3)复合高速钢粉末成型
采用冷等静压成型将上述复合粉末压坯，其中橡胶汽油为粘结剂，用量为0.1～0.3wt％，冷等静压成型压力为150～350MPa，保压时间为10～20min；
(4)真空烧结
复合粉末压坯在真空条件下烧结，真空度为小于2Pa，以80～120℃/min的升温速率将烧结温度升至1150℃～1180℃并保温30～60min，然后以200～250℃/min的降温速率降温至室温后出炉；
(5)热处理
采用850℃～880℃退火，3～4h炉冷作为预备处理。淬火温度1150℃～1180℃，5～15min油焠。回火温度540℃～580℃，回火3次，每次空冷1～1.5h。
3.根据权利要求2所述的VC/V10粉末高速钢复合材料制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中VC粉末平均粒度D50≤2μm，粉末中粒度≤200nm颗粒体积分数为5％～10％。
4.根据权利要求2所述的VC/V10粉末高速钢复合材料制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中10V钢液的雾化温度为1600℃～1640℃。
5.根据权利要求2所述的VC/V10粉末高速钢复合材料制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中输送气体为N2或Ar，输送压力为1～2MPa，超声震荡频率为20～25KHz，高压雾化气体是N2或Ar，其压力为2～4Mpa。
6.根据权利要求2所述的VC/V10粉末高速钢复合材料制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中VC粉末流量为2.0～4.0kg/min。
CN201910572803.7A 2019-06-28 2019-06-28 一种vc/v10粉末高速钢复合材料及其制备方法 Active CN110273097B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910572803.7A CN110273097B (zh) 2019-06-28 2019-06-28 一种vc/v10粉末高速钢复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910572803.7A CN110273097B (zh) 2019-06-28 2019-06-28 一种vc/v10粉末高速钢复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110273097A true CN110273097A (zh) 2019-09-24
CN110273097B CN110273097B (zh) 2021-02-23

Family

ID=67962578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910572803.7A Active CN110273097B (zh) 2019-06-28 2019-06-28 一种vc/v10粉末高速钢复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110273097B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110695365A (zh) * 2019-11-19 2020-01-17 西北工业大学 一种采用气固两相雾化制备金属型包覆粉的方法及装置
CN113981331A (zh) * 2021-11-16 2022-01-28 山东瑞尔达科技集团股份有限公司 一种用于刀具的粉末冶金高速钢材料
CN115041690A (zh) * 2022-06-13 2022-09-13 中机新材料研究院(郑州)有限公司 一种刀具高速钢的制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03193848A (ja) * 1989-12-25 1991-08-23 Hitachi Metals Ltd 耐摩耗性ロール及びその製造法
JPH07188859A (ja) * 1993-12-28 1995-07-25 Daido Steel Co Ltd 粉末ハイス鋼
CN101724788A (zh) * 2009-12-18 2010-06-09 北京科技大学 一种高钒钢耐磨材料及其制备方法
CN105177390A (zh) * 2015-08-28 2015-12-23 北京科技大学 一种金属陶瓷及其制备方法
CN105755364A (zh) * 2016-05-13 2016-07-13 湖南化工职业技术学院 一种VCp增强复合耐磨合金材料及其制备方法
CN106756599A (zh) * 2016-12-28 2017-05-31 长沙市萨普新材料有限公司 cBN‑高速钢复合材料及cBN‑高速钢复合材料的制备方法
CN108746647A (zh) * 2018-06-27 2018-11-06 北京金物科技发展有限公司 一种粉末高速钢的制备方法及粉末高速钢

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03193848A (ja) * 1989-12-25 1991-08-23 Hitachi Metals Ltd 耐摩耗性ロール及びその製造法
JPH07188859A (ja) * 1993-12-28 1995-07-25 Daido Steel Co Ltd 粉末ハイス鋼
CN101724788A (zh) * 2009-12-18 2010-06-09 北京科技大学 一种高钒钢耐磨材料及其制备方法
CN105177390A (zh) * 2015-08-28 2015-12-23 北京科技大学 一种金属陶瓷及其制备方法
CN105755364A (zh) * 2016-05-13 2016-07-13 湖南化工职业技术学院 一种VCp增强复合耐磨合金材料及其制备方法
CN106756599A (zh) * 2016-12-28 2017-05-31 长沙市萨普新材料有限公司 cBN‑高速钢复合材料及cBN‑高速钢复合材料的制备方法
CN108746647A (zh) * 2018-06-27 2018-11-06 北京金物科技发展有限公司 一种粉末高速钢的制备方法及粉末高速钢

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110695365A (zh) * 2019-11-19 2020-01-17 西北工业大学 一种采用气固两相雾化制备金属型包覆粉的方法及装置
CN113981331A (zh) * 2021-11-16 2022-01-28 山东瑞尔达科技集团股份有限公司 一种用于刀具的粉末冶金高速钢材料
CN115041690A (zh) * 2022-06-13 2022-09-13 中机新材料研究院(郑州)有限公司 一种刀具高速钢的制备方法
CN115041690B (zh) * 2022-06-13 2023-08-04 中机新材料研究院(郑州)有限公司 一种刀具高速钢的制备方法及配套的雾化装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110273097B (zh) 2021-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109877311B (zh) 一种mim注射成型高端刀具、金属粉末及其制备方法
CN110273097A (zh) 一种vc/v10粉末高速钢复合材料及其制备方法
CN100567548C (zh) 一种高钒高钴高速钢的制造方法
CN111500942B (zh) 一种高氮含量无磁不锈钢粉末及其制备方法
CN102605263B (zh) 一种超高硬高韧可锻喷射成形高速钢及制备方法
CN112111693B (zh) Mim用420不锈钢粉末及其水气联合雾化制粉方法
CN110257688A (zh) 一种含硼化物粉末高速钢及其制备方法
CN102528016B (zh) 金属注射成形用合金钢粉及其制备方法
CN1260841A (zh) 不锈钢粉末
CN103194685A (zh) 粉末冶金高耐磨高韧性冷作模具钢及其制备方法
JP6249774B2 (ja) 鉄系粉末の製造方法
CN108660378A (zh) 一种高氮合金钢及其制备方法
CN108746647A (zh) 一种粉末高速钢的制备方法及粉末高速钢
CN102773483B (zh) 一种粉末冶金制截止阀阀座的方法
CN111014704B (zh) 一种粉末冶金工模具钢的制备方法
CN113414397B (zh) 一种铁基金属粉末的真空气雾化连续制备方法
CN112981231A (zh) 一种高锰氮奥氏体不锈钢粉末及其制备方法
US3687654A (en) Method of making alloy steel powder
CN114318135A (zh) 耐磨损高速钢
CN109550934A (zh) 一种高强度粉末高速钢的制备方法
CN111519087B (zh) 一种TiC颗粒增强高铬铸铁合金材料的制备方法
CN109136788B (zh) 一种高碳高合金非晶预合金粉末及其制备方法
CN113174523B (zh) 一种纳米改性Ti基金属陶瓷刀具材料及其制备方法
CN110273096B (zh) 一种SiC/M2粉末高速钢复合材料及其制备方法
CN114645205A (zh) 一种用于钻孔制锁的石墨基粉末冶金材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant