CN113118235A - 一种粉末冶金高速钢的成型方法 - Google Patents

一种粉末冶金高速钢的成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种粉末冶金高速钢的成型方法，包括以下步骤，粉末压坯→热挤压→旋锻锻造→热处理等加工工艺成型，其中旋锻锻造工艺通过对成型过程中的粉末冶金高速钢加热和变形，进而逐渐缩小了粉末冶金高速钢棒料的体积，增大粉末冶金高速钢的密度以及硬度等。本发明对粉末高速钢热挤压后进行了旋锻变形，旋锻后所得M32粉末高速钢的基体组织是体心立方马氏体组织，高速钢组织细小且均匀，无明显的碳化物偏析，碳化物呈颗粒状弥散分布在基体上，孔隙呈圆形或者椭圆形、大部分孔隙尺寸小于2μm，经过旋锻变形处理的粉末高速钢整体机械性能提高，密度大，硬度以及抗弯强度高，且加热后的红硬性值高，市场前景好。

Description

一种粉末冶金高速钢的成型方法
技术领域
本发明涉及高速钢加工技术领域，更具体地说，本发明涉及一种粉末冶金高速钢的成型方法。
背景技术
高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又称高速工具钢或锋钢，俗称白钢，高速钢的工艺性能好，强度和韧性配合好，因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷挤压模具等，除用熔炼方法生产的高速钢外，20世纪60年代以后又出现了粉末冶金高速钢，它的优点是避免了熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和热处理变形；
现有技术存在以下不足：粉末冶金高速钢通过挤压机挤压后，再通过热处理设备进行退火回火处理后成型，制造工艺简单，进而导致成型的粉末冶金高速钢工件整体硬度低，密度小，使用寿命短。
发明内容
本发明提供一种粉末冶金高速钢的成型方法，以解决粉末冶金高速钢通过挤压机挤压后，再通过热处理设备进行退火回火处理后成型，制造工艺简单，进而导致成型的粉末冶金高速钢工件整体硬度低，密度小，使用寿命短的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种粉末冶金高速钢的成型方法，包括以下步骤，
S1：粉末压坯
经还原退火后的M32高速钢水雾化粉末称重340±1kg，放入筒状模具中经挤压机挤压制成重Ф100×100mm的圆柱坯料；
S2：热挤压
将步骤S1中得到的坯料使用钢包套住后焊接封口，放入高温箱式炉烧结，烧结温度为1240℃，时间为1h，烧结后的坯料通过热挤压机热挤压制成直径为56mm的棒料；
S3：旋锻锻造
将步骤S2中得到的棒料放入旋锻机内加热后旋锻，加热温度为1100-1150℃，单次旋锻减径量为0.8-1mm，旋锻次数为8次，旋锻后得到直径为30-52mm的棒料。
S4：热处理
退火，将步骤S3中得到的棒料置于高温箱式炉中退火，退火时间2-4h，退火温度860-880℃；
预热，退火后的棒料放入中温箱式炉中预热，预热时间10-15min，预热温度650℃；
预热后棒料再次放入高温箱式炉中淬火，淬火温度为1210℃，淬火时间为1.5h，淬火后棒料放入机油箱油冷至室温，然后放入中温箱式炉中回火。
优选的，所述步骤S1中，压力机的参数设置为，压力1200MPa，保压10-20s，滑块运行速度为8-12mm/s。
优选的，所述步骤S2中，热挤压机参数设置为，滑块运行速度为12-15mm/s，挤压模具温度为300℃，挤压过程中，模具表面采用石墨乳润滑。
优选的，所述步骤S3中，旋锻机单次减径量为0.9mm，旋锻后得到直径为41mm的棒料。
优选的，所述步骤S4中，棒料放入中温箱式炉回火三次，回火温度为560℃，单次回火时间为1h。
本发明的技术效果和优点：
本发明对粉末高速钢热挤压后进行了旋锻变形，旋锻后所得M32粉末高速钢的基体组织是体心立方马氏体组织，高速钢组织细小且均匀，无明显的碳化物偏析，碳化物呈颗粒状弥散分布在基体上，孔隙呈圆形或者椭圆形、大部分孔隙尺寸小于2μm，经过旋锻变形处理的粉末高速钢整体机械性能提高，密度大，硬度以及抗弯强度高，且加热后的红硬性值高，市场前景好。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种粉末冶金高速钢的成型方法，包括以下步骤，
S1：粉末压坯
经还原退火后的M32高速钢水雾化粉末称重340±1kg，放入筒状模具中经挤压机挤压制成重Ф100×100mm的圆柱坯料，；
S2：热挤压
将步骤S1中得到的坯料使用钢包套住后焊接封口，放入高温箱式炉烧结，烧结温度为1240℃，时间为1h，烧结后的坯料通过热挤压机热挤压制成直径为56mm的棒料；
S3：旋锻锻造
将步骤S2中得到的棒料放入旋锻机内加热后旋锻，加热温度为1100-1150℃，单次旋锻减径量为0.8-1mm，旋锻次数为8次，旋锻后得到直径为30-52mm的棒料。
S4：热处理
退火，将步骤S3中得到的棒料置于高温箱式炉中退火，退火时间2-4h，退火温度860-880℃；
预热，退火后的棒料放入中温箱式炉中预热，预热时间10-15min，预热温度650℃；
预热后棒料再次放入高温箱式炉中淬火，淬火温度为1210℃，淬火时间为1.5h，淬火后棒料放入机油箱油冷至室温，然后放入中温箱式炉中回火。
实施例1：硬度检测，热处理后高速钢的硬度较高，通过线切割机从棒料上线切割截取的高度为5mm的圆柱块，采用洛式硬度试验机对圆柱块磨平抛光后进行硬度测定，测试压力为150kg，保压时间10s，对试样的测量面测定7个数据，去掉最高值和最低值，然后取平均值。
优选的，所述步骤S1中，压力机的参数设置为，压力1200MPa，保压10-20s，滑块运行速度为8-12mm/s。
优选的，所述步骤S2中，热挤压机参数设置为，滑块运行速度为12-15mm/s，挤压模具温度为300℃，挤压过程中，模具表面采用石墨乳润滑。
优选的，所述步骤S3中，旋锻机单次减径量为0.9mm，旋锻后得到直径为41mm的棒料。
优选的，所述步骤S4中，棒料放入中温箱式炉回火三次，回火温度为560℃，单次回火时间为1h。
实施例2：密度检测，通过线切割机切割棒料制成长为l0mm的试样，用砂纸将试样两头的线切割痕迹去除，然后进行实验，采用阿基米德排水法原理，空气中的重量用分析天平测量，然后在水中称重，精度达到1mg，挤压密
度计算公式为：
式中ρ为为试样的实际密度（g/cm3），ρh为实验所用水的密度（g/cm3），Ma为试样在空气中的称重（g），Mw为试样在水中的称重（g），将试样在酒精内洗净，重复测试7次，取平均值，每次水测后烘干在测试样在空气中的重量，试样的致密度dr的计算公式为：
ρt为M32粉末高速钢的理论密度（g/cm3）。
实施例3：抗弯强度检测，通过线切割机切割棒料制成尺寸为2（H）×4（W）×22（L）的方体试样，跨距为56mm，并通过抛光机对试样表面打磨抛光，采用标准的三点弯曲法对试样的抗弯强度进行测定，抗弯强度的计算公式为:
式中：L为跨距（mm），σf为抗弯强度或横向断裂强度（MPa），F为断裂载荷（N），W为试样宽度（mm），H为试样高度（mm）。
实施例4：红硬性检测，红硬性的测定原理是使工件在特定温度下，保特
定时间以后的硬度，使用中温箱式炉回火，温度设置为600℃，每次保温1h，连续进行四次以后使用压力机进行硬度检测。
实施例5：加工车床是由山东临沂金星机床有限公司生产的CQ136卧式车床，主轴通孔最大直径为38mm，无心磨床由江苏无锡市求精机械厂生产，型号为M1080，主要参数为：磨削直径5-80mm；可达到的最高精度：圆柱2μm，圆柱度3μm，粗糙度0.32μm，挤压机为江苏天开锻压科技开发有限公司生产的HP32-315型四柱液压机，最大公称力3150KN，滑块行程速度最大为25mm/s，压坯时压力1200MPa，速度8~12mm/s，热挤压时速度为12-15mm/s，粉末称重采用的是上海岑达天平秤有限公司生产的金马牌JPT-10架盘天平，检定分度值0.1g，旋锻机为西安创新精密仪器研究所生产的CNC旋锻机，每道次变形量0.5-2mm，额定温度为1300℃，升温速度为200-250℃/h，高温箱式炉以及中温箱式炉均为烟台富野热处理有限公司制造，高温箱式炉使用温度0-1600℃，所连接温度控制器是可控硅温度控制器，能实现全部自动化控制及显示，精度为±5℃，升温速度200-250℃/h，中温箱式炉使用温度0-1000℃，具有PID调节和自整定功能，精度为±5℃，升温速度200-250℃/h。
根据实施例1-4对成型粉末高速钢试样的各项性能检测，检测结果如表1所示：
表1：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
由表1可知，本申请对粉末高速钢热挤压后进行了旋锻变形，旋锻后所得M32粉末高速钢的基体组织是体心立方马氏体组织，高速钢组织细小且均匀，无明显的碳化物偏析，碳化物呈颗粒状弥散分布在基体上，孔隙呈圆形或者椭圆形、大部分孔隙尺寸小于2μm，经过旋锻变形处理的粉末高速钢整体机械性能提高，密度大，硬度以及抗弯强度高，且加热后的红硬性值高，市场前景好。
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
其次：本发明公开实施例，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种粉末冶金高速钢的成型方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1：粉末压坯
经还原退火后的M32高速钢水雾化粉末称重340±1kg，放入筒状模具中经挤压机挤压制成重Ф100×100mm的圆柱坯料；
S2：热挤压
将步骤S1中得到的坯料使用钢包套住后焊接封口，放入高温箱式炉烧结，烧结温度为1240℃，时间为1h，烧结后的坯料通过热挤压机热挤压制成直径为56mm的棒料；
S3：旋锻锻造
将步骤S2中得到的棒料放入旋锻机内加热后旋锻，加热温度为1100-1150℃，单次旋锻减径量为0.8-1mm，旋锻次数为8次，旋锻后得到直径为30-52mm的棒料；
S4：热处理
退火，将步骤S3中得到的棒料置于高温箱式炉中退火，退火时间2-4h，退火温度860-880℃；
预热，退火后的棒料放入中温箱式炉中预热，预热时间10-15min，预热温度650℃；
预热后棒料再次放入高温箱式炉中淬火，淬火温度为1210℃，淬火时间为1.5h，淬火后棒料放入机油箱油冷至室温，然后放入中温箱式炉中回火。
2.根据权利要求1所述的一种粉末冶金高速钢的成型方法，其特征在于：所述步骤S1中，压力机的参数设置为，压力1200MPa，保压10-20s，滑块运行速度为8-12mm/s。
3.根据权利要求1所述的一种粉末冶金高速钢的成型方法，其特征在于：所述步骤S2中，热挤压机参数设置为，滑块运行速度为12-15mm/s，挤压模具温度为300℃，挤压过程中，模具表面采用石墨乳润滑。
4.根据权利要求1所述的一种粉末冶金高速钢的成型方法，其特征在于：所述步骤S3中，旋锻机单次减径量为0.9mm，旋锻后得到直径为41mm的棒料。
5.根据权利要求1所述的一种粉末冶金高速钢的成型方法，其特征在于：所述步骤S4中，棒料放入中温箱式炉回火三次，回火温度为560℃，单次回火时间为1h。
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