CN111057953A - 粉末高速钢的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了粉末高速钢的热处理工艺，对粉末高速钢进行了组分调整优化，并相应的进行了淬火分阶处理，并结合真空炉内的压力设置，在满足粉末高速钢超高硬度的同时还能兼顾韧性，同时具备高温稳定性，极大地提高了粉末高速钢的综合性能。具备较优的红硬性和出色的耐磨性，使用寿命得到显著提升。通过特定热处理工艺的设定，五阶分段式热处理及冷却步骤能保障粉末高速钢心部应力稳定，工件变形量极小，同时配合多道相交叉深冷与回火工艺，满足工件形态稳定性需求。

Description

粉末高速钢的热处理工艺
技术领域
本发明涉及粉末高速钢的热处理工艺，属于钢材热处理工艺的技术领域。
背景技术
粉末高速钢是合金粉末的制成技术，在冶金技术较先进国家发展研发距今已逾二十五年历史，经过不断的改良及突破，研发出高质量的粉末合金高速钢，简称粉末高速钢，而粉末高速钢有ASP23、、ELMAX等产品。
粉末冶金高速工具钢由于其制造工艺的独特性，与铸锻高速钢比较，具有一系列优异性能：无偏析，晶粒细小，碳化物细小；热加工性好；可磨削性好；热处理变形小；力学性能(韧性,硬度,高温硬度)佳；扩大了高速钢合金含量,创造了新的超硬高速钢；扩大了使用领域。因此，粉冶高速钢作为一种新型钢类在高速钢中占有重要的地位。
本案涉及钢号为ASP2023钢种的热处理，现有技术中粉末冶金高速热处理一般为淬火回火热处理工艺，或者等温淬火低温回火处理工艺，而淬火阶段对粉末冶金高速的物理性能尤为重要，目前淬火阶段工艺均较为粗糙，直接升温至奥氏体化温度并进行保温，组织成分得不到充分均匀化，而也存在分段式淬火工艺，但是划分较为粗糙，针对性较差，得到的高速钢物理性能不理想，另外传统地ASP2023钢种中添加合金成份存在较大差异，对热处理后成型精度及韧性等物理特性存在较大影响。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，针对传统粉末高速钢热处理工艺及成份差异导致物理特性存在缺陷的问题，提出粉末高速钢的热处理工艺。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
粉末高速钢的热处理工艺，
所述粉末高速钢按照化学成分重量百分含量为：
C：1.1～2.5％，
Cr：3.8～4.3％，
Mo：4.9～5.2％，
W：6.2～6.5％，
V：2.9～3.2％，
Mn：0.3～0.36％，
Ni：0.01～0.2％，
Si：0.3～0.44％，
Cs：0.2～0.32％，
Co：0.15～0.22％，
S≤0.005％，
P≤0.005％，
余量为Fe及不可避免杂质；
对粉末高速钢的热处理工艺包括以下步骤：
S1一阶加热升温及保温步骤，
以一阶升温速率6～6.5℃/min升温至455±2℃，并进行一阶保温，一阶保温时间为60±10min；
S2二阶加热升温及保温步骤，
以二阶升温速率7～7.5℃/min升温至675±2℃，并进行二阶保温，二阶保温时间为60±10min；
S3三阶加热升温及保温步骤，
以三阶升温速率6.5～7℃/min升温至847±2℃，并进行三阶保温，三阶保温时间为60±10min；
S4四阶加热升温及保温步骤，
以四阶升温速率12～13℃/min升温至1035±1℃，并进行四阶保温，四阶保温时间为10±2min；
S5五阶加热升温及保温步骤，
以五阶升温速率7～7.5℃/min升温至1147±1℃，并进行五阶保温，五阶保温时间为45±2min；
S6冷却步骤，
炉内压力8bar保持5min，降温至504℃维持7～8min，再以3bar保持60～70min，最后零压力自然冷却；
S7深冷步骤，
在60min内降温至-80℃并维持20min，再在10min内降温至-120℃维持20min，最后在10min内降温至-160℃维持120min，出炉至室温；
S8回火步骤，
随炉至565℃保温3h，出炉空冷至室温；
S9二次深冷步骤，
在60min内降温至-80℃并维持20min，再在10min内降温至-120℃维持20min，最后在10min内降温至-160℃维持120min，出炉空冷至室温；
S10二次回火步骤，
随炉至565℃保温3h，出炉空冷至室温；
S11三次回火步骤，
随炉至560～575℃保温3h，出炉空冷至室温；
S12安定化处理步骤，
随炉至400℃保温3h，出炉空冷至室温。
优选地，所述粉末高速钢按照化学成分重量百分含量为：
C：1.11％，
Cr：3.85％，
Mo：4.9％，
W：6.2％，
V：2.95％，
Mn：0.32％，
Ni：0.01％，
Si：0.35％，
Cs：0.21％，
Co：0.2％，
余量为Fe及不可避免杂质。
优选地，所述粉末高速钢按照化学成分重量百分含量为：
C：1.25％，
Cr：4.2％，
Mo：5.2％，
W：6.4％，
V：3％，
Mn：0.35％，
Ni：0.09％，
Si：0.41％，
Cs：0.31％，
Co：0.16％，
S：0.001％，
余量为Fe及不可避免杂质。
本发明的有益效果主要体现在：
1.对粉末高速钢进行了组分调整优化，并相应的进行了淬火分阶处理，并结合真空炉内的压力设置，在满足粉末高速钢超高硬度的同时还能兼顾韧性，同时具备高温稳定性，极大地提高了粉末高速钢的综合性能。
2.具备较优的红硬性和出色的耐磨性，使用寿命得到显著提升。
3.通过特定热处理工艺的设定，五阶分段式热处理及冷却步骤能保障粉末高速钢心部应力稳定，工件变形量极小，同时配合多道相交叉深冷与回火工艺，满足工件形态稳定性需求。
附图说明
图1是本发明实施例一的100倍金相组织照片。
图2是本发明实施例一的200倍金相组织照片。
图3是本发明实施例一的500倍金相组织照片。
具体实施方式
本发明提供粉末高速钢的热处理工艺。以下结合附图对本发明技术方案进行详细描述，以使其更易于理解和掌握。
粉末高速钢的热处理工艺，粉末高速钢按照化学成分重量百分含量为：
C：1.1～2.5％，
Cr：3.8～4.3％，
Mo：4.9～5.2％，
W：6.2～6.5％，
V：2.9～3.2％，
Mn：0.3～0.36％，
Ni：0.01～0.2％，
Si：0.3～0.44％，
Cs：0.2～0.32％，
Co：0.15～0.22％，
S≤0.005％，
P≤0.005％，
余量为Fe及不可避免杂质；
对粉末高速钢的热处理工艺包括以下步骤：
S1一阶加热升温及保温步骤，
以一阶升温速率6～6.5℃/min升温至455±2℃，并进行一阶保温，一阶保温时间为60±10min；
S2二阶加热升温及保温步骤，
以二阶升温速率7～7.5℃/min升温至675±2℃，并进行二阶保温，二阶保温时间为60±10min；
S3三阶加热升温及保温步骤，
以三阶升温速率6.5～7℃/min升温至847±2℃，并进行三阶保温，三阶保温时间为60±10min；
S4四阶加热升温及保温步骤，
以四阶升温速率12～13℃/min升温至1035±1℃，并进行四阶保温，四阶保温时间为10±2min；
S5五阶加热升温及保温步骤，
以五阶升温速率7～7.5℃/min升温至1147±1℃，并进行五阶保温，五阶保温时间为45±2min；
S6冷却步骤，
炉内压力8bar保持5min，降温至504℃维持7～8min，再以3bar保持60～70min，最后零压力自然冷却；
S7深冷步骤，
在60min内降温至-80℃并维持20min，再在10min内降温至-120℃维持20min，最后在10min内降温至-160℃维持120min，出炉至室温；
S8回火步骤，
随炉至565℃保温3h，出炉空冷至室温；
S9二次深冷步骤，
在60min内降温至-80℃并维持20min，再在10min内降温至-120℃维持20min，最后在10min内降温至-160℃维持120min，出炉空冷至室温；
S10二次回火步骤，
随炉至565℃保温3h，出炉空冷至室温；
S11三次回火步骤，
随炉至560～575℃保温3h，出炉空冷至室温；
S12安定化处理步骤，
随炉至400℃保温3h，出炉空冷至室温。
实施例一
粉末高速钢按照化学成分重量百分含量为：C：1.11％，Cr：3.85％，Mo：4.9％，W：6.2％，V：2.95％，Mn：0.32％，Ni：0.01％，Si：0.35％，Cs：0.21％，Co：0.2％，余量为Fe及不可避免杂质。
对粉末高速钢的热处理工艺包括以下步骤：以一阶升温速率6.5℃/min升温至455℃，并进行一阶保温，一阶保温时间为60min；以二阶升温速率7.5℃/min升温至675℃，并进行二阶保温，二阶保温时间为60min；以三阶升温速率6.5℃/min升温至847℃，并进行三阶保温，三阶保温时间为60min；以四阶升温速率12.5℃/min升温至1035℃，并进行四阶保温，四阶保温时间为10min；以五阶升温速率7.5℃/min升温至1147℃，并进行五阶保温，五阶保温时间为45min；炉内压力8bar保持5min，降温至504℃维持7min，再以3bar保持60min，最后零压力自然冷却；在60min内降温至-80℃并维持20min，再在10min内降温至-120℃维持20min，最后在10min内降温至-160℃维持120min，出炉至室温；随炉至565℃保温3h，出炉空冷至室温；在60min内降温至-80℃并维持20min，再在10min内降温至-120℃维持20min，最后在10min内降温至-160℃维持120min，出炉空冷至室温；随炉至565℃保温3h，出炉空冷至室温；随炉至569℃保温3h，出炉空冷至室温；随炉至400℃保温3h，出炉空冷至室温。得到实施例一的样品。
实施例二
粉末高速钢按照化学成分重量百分含量为：C：1.25％，Cr：4.2％，Mo：5.2％，W：6.4％，V：3％，Mn：0.35％，Ni：0.09％，Si：0.41％，Cs：0.31％，Co：0.16％，S：0.001％，余量为Fe及不可避免杂质。
对粉末高速钢的热处理工艺包括以下步骤：以一阶升温速率6.5℃/min升温至455℃，并进行一阶保温，一阶保温时间为60min；以二阶升温速率7.5℃/min升温至675℃，并进行二阶保温，二阶保温时间为60min；以三阶升温速率6.5℃/min升温至847℃，并进行三阶保温，三阶保温时间为60min；以四阶升温速率12.5℃/min升温至1035℃，并进行四阶保温，四阶保温时间为10min；以五阶升温速率7.5℃/min升温至1147℃，并进行五阶保温，五阶保温时间为45min；炉内压力8bar保持5min，降温至504℃维持7min，再以3bar保持60min，最后零压力自然冷却；在60min内降温至-80℃并维持20min，再在10min内降温至-120℃维持20min，最后在10min内降温至-160℃维持120min，出炉至室温；随炉至565℃保温3h，出炉空冷至室温；在60min内降温至-80℃并维持20min，再在10min内降温至-120℃维持20min，最后在10min内降温至-160℃维持120min，出炉空冷至室温；随炉至565℃保温3h，出炉空冷至室温；随炉至569℃保温3h，出炉空冷至室温；随炉至400℃保温3h，出炉空冷至室温。得到实施例二的样品。
实施例一所制得的粉末高速钢的硬度值/HRC为63.5；626℃红硬性/HRC为61.2；冲击韧度ακ/J·cm-2为45.3，20℃的密度为8.1g/cm3、弹性模数为240kN/mm2、导热系数为26W/m℃，400℃的密度为8.1g/cm3、弹性模数为220kN/mm2、导热系数为28W/m℃、以20℃为基准的膨胀率为9.2*10-6，600℃的密度为8.1g/cm3、弹性模数为196kN/mm2、导热系数为28W/m℃、以20℃为基准的膨胀率为10.4*10-6。
通过以上描述可以发现，本发明粉末高速钢的热处理工艺，对粉末高速钢进行了组分调整优化，并相应的进行了淬火分阶处理，并结合真空炉内的压力设置，在满足粉末高速钢超高硬度的同时还能兼顾韧性，同时具备高温稳定性，极大地提高了粉末高速钢的综合性能。具备较优的红硬性和出色的耐磨性，使用寿命得到显著提升。通过特定热处理工艺的设定，五阶分段式热处理及冷却步骤能保障粉末高速钢心部应力稳定，工件变形量极小，同时配合多道相交叉深冷与回火工艺，满足工件形态稳定性需求。
以上对本发明的技术方案进行了充分描述，需要说明的是，本发明的具体实施方式并不受上述描述的限制，本领域的普通技术人员依据本发明的精神实质在结构、方法或功能等方面采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.粉末高速钢的热处理工艺，其特征在于，
所述粉末高速钢按照化学成分重量百分含量为：
C：1.1～2.5％，
Cr：3.8～4.3％，
Mo：4.9～5.2％，
W：6.2～6.5％，
V：2.9～3.2％，
Mn：0.3～0.36％，
Ni：0.01～0.2％，
Si：0.3～0.44％，
Cs：0.2～0.32％，
Co：0.15～0.22％，
S≤0.005％，
P≤0.005％，
余量为Fe及不可避免杂质；
对粉末高速钢的热处理工艺包括以下步骤：
S1一阶加热升温及保温步骤，
以一阶升温速率6～6.5℃/min升温至455±2℃，并进行一阶保温，一阶保温时间为60±10min；
S2二阶加热升温及保温步骤，
以二阶升温速率7～7.5℃/min升温至675±2℃，并进行二阶保温，二阶保温时间为60±10min；
S3三阶加热升温及保温步骤，
以三阶升温速率6.5～7℃/min升温至847±2℃，并进行三阶保温，三阶保温时间为60±10min；
S4四阶加热升温及保温步骤，
以四阶升温速率12～13℃/min升温至1035±1℃，并进行四阶保温，四阶保温时间为10±2min；
S5五阶加热升温及保温步骤，
以五阶升温速率7～7.5℃/min升温至1147±1℃，并进行五阶保温，五阶保温时间为45±2min；
S6冷却步骤，
炉内压力8bar保持5min，降温至504℃维持7～8min，再以3bar保持60～70min，最后零压力自然冷却；
S7深冷步骤，
在60min内降温至-80℃并维持20min，再在10min内降温至-120℃维持20min，最后在10min内降温至-160℃维持120min，出炉至室温；
S8回火步骤，
随炉至565℃保温3h，出炉空冷至室温；
S9二次深冷步骤，
在60min内降温至-80℃并维持20min，再在10min内降温至-120℃维持20min，最后在10min内降温至-160℃维持120min，出炉空冷至室温；
S10二次回火步骤，
随炉至565℃保温3h，出炉空冷至室温；
S11三次回火步骤，
随炉至560～575℃保温3h，出炉空冷至室温；
S12安定化处理步骤，
随炉至400℃保温3h，出炉空冷至室温。
2.根据权利要求1所述粉末高速钢的热处理工艺，其特征在于：
所述粉末高速钢按照化学成分重量百分含量为：
C：1.11％，
Cr：3.85％，
Mo：4.9％，
W：6.2％，
V：2.95％，
Mn：0.32％，
Ni：0.01％，
Si：0.35％，
Cs：0.21％，
Co：0.2％，
余量为Fe及不可避免杂质。
3.根据权利要求1所述粉末高速钢的热处理工艺，其特征在于：
所述粉末高速钢按照化学成分重量百分含量为：
C：1.25％，
Cr：4.2％，
Mo：5.2％，
W：6.4％，
V：3％，
Mn：0.35％，
Ni：0.09％，
Si：0.41％，
Cs：0.31％，
Co：0.16％，
S：0.001％，
余量为Fe及不可避免杂质。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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《化工百科全书》编委会: "《冶金和金属材料《化工百科全书》专业卷》", 31 January 2001 *
周开华 主编: "《简明精冲手册》", 31 January 2006 *
田庆华等: "《金属元素大探秘》", 31 March 2018, 北京冶金工业出版社 *

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