CN114457291A - 一种复合成分粉末高速钢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合成分粉末高速钢，所述高速钢主料包括占高速钢总质量0.99%的C、5.97%的W、5.70%的Mo、4.17%的Cr、3.13%的V以及80.04%的铁，辅料包括体积份数为4‑8vol%的TiC颗粒以及0.7vol%的硬脂酸锌，主料与辅料的配合比为1：0.5‑1，热等静压温度为1160‑1200℃，压力为150MPa，将辅料通过凝胶溶胶法添加到主料中，通过热等静压的办法制成钢锭。本发明通过对粉末高速钢添加TiC颗粒增强高速钢的耐磨性能，当TiC颗粒的体积份数为6vol%，主料与辅料的热等静压温度为1180℃时，粉末高速钢的硬度、磨损失重量以及摩擦系数最小，粉末高速钢内添加适量的TiC颗粒，可以获得内部组织均匀的TiC颗粒增强粉末高速钢材料，具有较好的耐磨性能，具有潜在的开发价值。

Description

一种复合成分粉末高速钢
技术领域
本发明涉及高速钢技术领域，更具体地说，本发明涉及一种复合成分粉末高速钢。
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：高速钢主要以追求高强度性能为主，进而导致高速钢的耐磨性能差，当高速钢受到磨损使自身尺寸以及质量减少时，高速钢既不在适合设备使用，使用寿命短。
发明内容
本发明提供一种复合成分粉末高速钢，通过对粉末高速钢添加TiC颗粒增强高速钢的耐磨性能，当TiC颗粒的体积份数为6vol％，主料与辅料的热等静压温度为1180℃时，粉末高速钢的硬度、磨损失重量以及摩擦系数最小，粉末高速钢内添加适量的TiC颗粒，可以获得内部组织均匀的TiC颗粒增强粉末高速钢材料，具有较好的耐磨性能，具有潜在的开发价值，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种复合成分粉末高速钢，所述高速钢主料包括占高速钢总质量0.99％的C、5.97％的W、5.70％的Mo、4.17％的Cr、3.13％的V以及80.04％的铁，辅料包括体积份数为4-8vol％的TiC颗粒以及0.7vol％的硬脂酸锌，主料与辅料的配合比为1：0.5-1；
热等静压温度为1160-1200℃，压力为150MPa，将辅料通过凝胶溶胶法添加到主料中，通过热等静压的办法制成钢锭。
优选的，所述TiC颗粒的体积份数为4vol％，尺寸为3.3μm，纯度为99％，主料与辅料的配合比为1：0.5，热等静压温度为1160℃。
优选的，所述TiC颗粒的体积份数为6vol％，尺寸为3.3μm，纯度为99％，主料与辅料的配合比为1：0.75，热等静压温度为1180℃。
优选的，所述TiC颗粒的体积份数为8vol％，尺寸为3.3μm，纯度为99％，主料与辅料的配合比为1：1，热等静压温度为1200℃。
优选的，所述高速钢的摩擦理论包括表面凸峰间的机械啮合力及表面分子相互吸引力两个方面的阻力，二项式摩擦定理
F＝αA+βW
式中α是由摩擦表面的物理性质所决定的系数，β是由机械性质所决定的系数，由上式，可得摩擦系数为
f＝β+αAr/W
式中β为一定值，由高速钢纯机械啮合理论所确定的摩擦系数，αAr/W 是一个变量。
本发明的技术效果和优点：
本发明通过对粉末高速钢添加TiC颗粒增强高速钢的耐磨性能，当TiC 颗粒的体积份数为6vol％，主料与辅料的热等静压温度为1180℃时，粉末高速钢的硬度、磨损失重量以及摩擦系数最小，粉末高速钢内添加适量的TiC颗粒，可以获得内部组织均匀的TiC颗粒增强粉末高速钢材料，具有较好的耐磨性能，具有潜在的开发价值。
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。
实施例1
本发明提供了一种复合成分粉末高速钢，所述高速钢主料包括占高速钢总质量0.99％的C、5.97％的W、5.70％的Mo、4.17％的Cr、3.13％的V以及80.04％的铁，辅料包括体积份数为4-8vol％的TiC颗粒以及0.7vol％的硬脂酸锌，主料与辅料的配合比为1：0.5-1；
热等静压温度为1160-1200℃，压力为150MPa，将辅料通过凝胶溶胶法添加到主料中，通过热等静压的办法制成钢锭。
优选的，所述TiC颗粒的体积份数为4vol％，尺寸为3.3μm，纯度为99％，主料与辅料的配合比为1：0.5，热等静压温度为1160℃。
优选的，所述高速钢的摩擦理论包括表面凸峰间的机械啮合力及表面分子相互吸引力两个方面的阻力，二项式摩擦定理
F＝αA+βW
式中α是由摩擦表面的物理性质所决定的系数，β是由机械性质所决定的系数，由上式，可得摩擦系数为
f＝β+αAr/W
式中β为一定值，由高速钢纯机械啮合理论所确定的摩擦系数，αAr/W 是一个变量。
制备工艺：将上述粉末按比例配和，然后在混料机进行混料(为了促使材料混合均匀，购买尺寸为Ф6mm的小钢球混在材料中，混料前，小钢球先用酒精清洗，然后再用蒸馏水清洗干净，风干待用)，把以上混合好的各材料粉末采用700MPa下的压力下压制成Ф20X40mm的压坯(粉末料加入0.7vol％的硬脂酸锌作润滑剂)，压制好的试样在真空炉1160℃的温度下真空烧结1h，其中，真空炉的灵敏度为±0.5℃，真空度为10-3Pa；
烧结步骤为：
1、放入试样抽真空；
2、以1OK/min的速度升温到1100℃保温30min脱氧，促进碳的均匀化；
3、继续加热到热等静压温度保温1h；
4、以8-50K/min连续变化的冷却速度随炉冷却到室温；
5、将试样装入试样袋。
实施例2
本发明提供了一种复合成分粉末高速钢，所述高速钢主料包括占高速钢总质量0.99％的C、5.97％的W、5.70％的Mo、4.17％的Cr、3.13％的V以及80.04％的铁，辅料包括体积份数为4-8vol％的TiC颗粒以及0.7vol％的硬脂酸锌，主料与辅料的配合比为1：0.5-1；
热等静压温度为1160-1200℃，压力为150MPa，将辅料通过凝胶溶胶法添加到主料中，通过热等静压的办法制成钢锭。
优选的，所述TiC颗粒的体积份数为6vol％，尺寸为3.3μm，纯度为99％，主料与辅料的配合比为1：0.75，热等静压温度为1180℃。
优选的，所述高速钢的摩擦理论包括表面凸峰间的机械啮合力及表面分子相互吸引力两个方面的阻力，二项式摩擦定理
F＝αA+βW
式中α是由摩擦表面的物理性质所决定的系数，β是由机械性质所决定的系数，由上式，可得摩擦系数为
f＝β+αAr/W
式中β为一定值，由高速钢纯机械啮合理论所确定的摩擦系数，αAr/W 是一个变量。
制备工艺：将上述粉末按比例配和，然后在混料机进行混料(为了促使材料混合均匀，购买尺寸为Ф6mm的小钢球混在材料中，混料前，小钢球先用酒精清洗，然后再用蒸馏水清洗干净，风干待用)，把以上混合好的各材料粉末采用700MPa下的压力下压制成Ф20X40mm的压坯(粉末料加入0.7vol％的硬脂酸锌作润滑剂)，压制好的试样在真空炉1180℃的温度下真空烧结1h，其中，真空炉的灵敏度为±0.5℃，真空度为10-3Pa；
烧结步骤为：
1、放入试样抽真空；
2、以1OK/min的速度升温到1120℃保温30min脱氧，促进碳的均匀化；
3、继续加热到热等静压温度保温1h；
4、以8-50K/min连续变化的冷却速度随炉冷却到室温；
5、将试样装入试样袋。
实施例3
本发明提供了一种复合成分粉末高速钢，所述高速钢主料包括占高速钢总质量0.99％的C、5.97％的W、5.70％的Mo、4.17％的Cr、3.13％的V以及80.04％的铁，辅料包括体积份数为4-8vol％的TiC颗粒以及0.7vol％的硬脂酸锌，主料与辅料的配合比为1：0.5-1；
热等静压温度为1160-1200℃，压力为150MPa，将辅料通过凝胶溶胶法添加到主料中，通过热等静压的办法制成钢锭。
优选的，所述TiC颗粒的体积份数为8vol％，尺寸为3.3μm，纯度为99％，主料与辅料的配合比为1：1，热等静压温度为1200℃。
优选的，所述高速钢的摩擦理论包括表面凸峰间的机械啮合力及表面分子相互吸引力两个方面的阻力，二项式摩擦定理
F＝αA+βW
式中α是由摩擦表面的物理性质所决定的系数，β是由机械性质所决定的系数，由上式，可得摩擦系数为
f＝β+αAr/W
式中β为一定值，由高速钢纯机械啮合理论所确定的摩擦系数，αAr/W 是一个变量。
制备工艺：将上述粉末按比例配和，然后在混料机进行混料(为了促使材料混合均匀，购买尺寸为Ф6mm的小钢球混在材料中，混料前，小钢球先用酒精清洗，然后再用蒸馏水清洗干净，风干待用)，把以上混合好的各材料粉末采用700MPa下的压力下压制成Ф20X40mm的压坯(粉末料加入0.7vol％的硬脂酸锌作润滑剂)，压制好的试样在真空炉1200℃的温度下真空烧结1h，其中，真空炉的灵敏度为±0.5℃，真空度为10-3Pa；
烧结步骤为：
1、放入试样抽真空；
2、以1OK/min的速度升温到1140℃保温30min脱氧，促进碳的均匀化；
3、继续加热到热等静压温度保温1h；
4、以8-50K/min连续变化的冷却速度随炉冷却到室温；
5、将试样装入试样袋。
根据实施例1-3对粉末高速钢的各项性能检测，检测结果如表1所示：
表1：
Figure RE-GDA0002813261210000061
由表1可知，实施例2中原料配合比例适中，当TiC颗粒的体积份数为 6vol％，主料与辅料的热等静压温度为1180℃时，粉末高速钢的硬度、磨损失重量以及摩擦系数最小，粉末高速钢内添加适量的TiC颗粒，可以获得内部组织均匀的TiC颗粒增强粉末高速钢材料，具有较好的耐磨性能，具有潜在的开发价值。
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；
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)

1.一种复合成分粉末高速钢，其特征在于：所述高速钢主料包括占高速钢总质量0.99%的C、5.97%的W、5.70%的Mo、4.17%的Cr、3.13%的V以及80.04%的铁，辅料包括体积份数为4-8vol%的TiC颗粒以及0.7vol%的硬脂酸锌，主料与辅料的配合比为1：0.5-1；
热等静压温度为1160-1200℃，压力为150MPa，将辅料通过凝胶溶胶法添加到主料中，通过热等静压的办法制成钢锭。
2.根据权利要求1所述的一种复合成分粉末高速钢，其特征在于：所述TiC颗粒的体积份数为4vol%，尺寸为3.3μm，纯度为99%，主料与辅料的配合比为1：0.5，热等静压温度为1160℃。
3.根据权利要求1所述的一种复合成分粉末高速钢，其特征在于：所述TiC颗粒的体积份数为6vol%，尺寸为3.3μm，纯度为99%，主料与辅料的配合比为1：0.75，热等静压温度为1180℃。
4.根据权利要求1所述的一种复合成分粉末高速钢，其特征在于：所述TiC颗粒的体积份数为8vol%，尺寸为3.3μm，纯度为99%，主料与辅料的配合比为1：1，热等静压温度为1200℃。
5.根据权利要求1所述的一种复合成分粉末高速钢，其特征在于：所述高速钢的摩擦理论包括表面凸峰间的机械啮合力及表面分子相互吸引力两个方面的阻力，二项式摩擦定理
F=αA +βW
式中α是由摩擦表面的物理性质所决定的系数，β是由机械性质所决定的系数，由上式，可得摩擦系数为
f=β+αAr/W
式中β为一定值，由高速钢纯机械啮合理论所确定的摩擦系数，αAr/W是一个变量。
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