CN116000300A - 一种粉末冶金高速钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉末冶金高速钢的制备方法，包含以下步骤：(1)将粉末冶金钢锭缓慢加热至800～900℃等温，而后将钢锭加热至1180～1220℃等温，进行碳化物固溶处理；(2)将钢锭加热至1100～1150℃进行准静态开坯；而后在1000～1100℃进行“低频锻造‑停锻等温‑低频锻造”间歇低频锻造；最后在950～1000℃进行中温锻轧；(3)将锻坯加热至450～600℃进行碳富集处理，再升温至840～920℃进行奥氏体化，而后降温至700～800℃等温，冷却至室温。本发明大幅提升了粉末冶金高速钢二次碳化物数量，增加了其弥散度，改善了组织质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速钢的加工方法，尤其涉及一种粉末冶金高速钢的制备方法。
背景技术
高速钢具有高硬度、良好红硬性、高耐磨性等优点，广泛应用于制造高速切削刀具等。为保证性能要求，高速钢添加大量的碳和合金元素，形成大量的硬质、稳定的合金碳化物。传统高速钢生产工艺为铸锻工艺：冶炼→浇铸成电极棒→电渣重熔→高温开坯→锻造→轧制→退火。该工艺生产的高速钢容易产生一次碳化物粗大、分布不均匀、带状组织偏析等组织质量问题，无法满足高端精密刀具对组织质量的严格要求。
粉末冶金工艺通过液滴雾化，获得极快的冷却速度，能够有效抑制元素偏析问题。雾化粉末进一步通过热等静压成型为块体材料，进而利用热加工进一步提高材料的致密度。粉末冶金技术能够解决传统铸锻高速钢组织质量问题，适合制备高端精密刀具。由于粉末冶金制造工艺的特点，与铸锻高速钢相比，粉末冶金高速钢组织中以尺寸较大的一次碳化物为主，而尺寸细小的二次碳化物弥散度不足。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种可提升二次碳化物弥散度，改善粉末冶金高速钢组织质量的粉末冶金高速钢的制备方法。
技术方案：本发明所述的粉末冶金高速钢的制备方法，包含以下步骤：
(1)将粉末冶金钢锭缓慢加热至800～900℃等温，而后将钢锭加热至1180～1220℃等温，进行碳化物固溶处理；
(2)将钢锭加热至1100～1150℃进行准静态开坯；而后在1000～1100℃进行间歇低频锻造；所述间歇低频锻造的过程包括低频锻造-停锻等温-低频锻造；最后在950～1000℃进行中温锻轧；
(3)将锻坯加热至450～600℃进行碳富集处理，再升温至840～920℃进行奥氏体化，而后降温至700～800℃等温，冷却至室温。
其中，步骤(1)中800～900℃等温时间为2～5h，1180～1220℃等温时间为1～3h。
其中，步骤(2)中准静态开坯的应变速率为0.001～0.01s-1；间歇低频锻造的频度为15～90次/min；两次锻造之间的停锻等温时间为2～10s。
其中，步骤(3)中碳富集处理时间为30min～3h；奥氏体化时间为1～5h；其中，步骤(3)中700～800℃等温时间为1～8h。
发明原理：本发明旨在大幅提升粉末冶金高速钢二次碳化物数量，获得二次碳化物弥散分布的粉末冶金高速钢棒线材：通过将钢锭加热至1180～1220℃，使一次碳化物溶解，为后续二次碳化物析出提供必要的物质条件；通过温度梯度递减的分级变形，即准静态开坯、间歇低频锻造、中温锻轧，在塑性成型的同时，控制其微观组织结构，即诱发先共析碳化物、创造保留大量的形变缺陷，为后续调控二次碳化物析出创造必要的结构条件；利用三级退火，调控二次碳化物，使固溶的溶质原子在形变缺陷处脱溶，析出大量的二次碳化物，达到提升二次碳化物弥散度的目的。
有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：(1)通过对碳化物固溶处理、分级变形以及三级退火处理，大幅提升粉末冶金高速钢二次碳化物数量，增加其弥散度，使其细小、弥散、均匀分布，改善组织质量；(2)增加淬回火热处理后硬度，提高产品使用性能。
附图说明
图1为实施例1的高速钢组织的SEM图；
图2为实施例2的高速钢组织的SEM图；
图3为实施例3的高速钢组织的SEM图；
图4为对比例1的高速钢组织的SEM图；
图5为对比例2的高速钢组织的SEM图；
图6为对比例3的高速钢组织的SEM图；
图7为对比例4的高速钢组织的SEM图；
图8为对比例5的高速钢组织的SEM图；
图9为对比例6的高速钢组织的SEM图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种粉末冶金高速钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉末冶金M42钢锭缓慢加热至800℃等温5h，而后将钢锭加热至1180℃等温5h；
(2)将钢锭加热至1100℃进行开坯，应变速率0.01s-1；在1000℃对钢坯进行“低频锻造-停锻等温-低频锻造”间歇低频锻造，锻造频度为15次/min，两次锻造之间的停锻等温时间为2s；对上述钢坯在950℃进行中温锻轧，得到棒线材；
(3)将棒线材加热至450℃，保温3h；升温至840℃，保温5h；降温至700℃，等温8h，后冷却至室温。
从图1可以看出，粉末冶金M42钢组织均匀，二次碳化物细小、弥散，数量密度达到7.8×106个/cm2，1200℃淬火和560℃回火后硬度达67.6HRC。
实施例2
一种粉末冶金高速钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉末冶金M42钢锭缓慢加热至900℃等温2h，而后将钢锭加热至1220℃等温1h；
(2)将钢锭加热至1150℃进行开坯，应变速率0.001s-1；在1100℃对钢坯进行“低频锻造-停锻等温-低频锻造”间歇低频锻造，锻造频度为90次/min，两次锻造之间的停锻等温时间为10s；对上述钢坯在1000℃进行中温锻轧；
(3)将棒线材加热至600℃，保温30min；升温至920℃，保温1h；降温至800℃，等温1h，后冷却至室温。
从图2可以看出，粉末冶金M42钢组织均匀，二次碳化物细小、弥散，数量密度达到8.9×106个/cm2，1200℃淬火和560℃回火后硬度达67.9HRC。
实施例3
一种粉末冶金高速钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉末冶金M42钢锭缓慢加热至850℃等温4h，而后将钢锭加热至1200℃等温2h；
(2)将钢锭加热至1120℃进行开坯，应变速率0.005s-1；在1050℃对钢坯进行“低频锻造-停锻等温-低频锻造”间歇低频锻造，锻造频度为60次/min，两次锻造之间的停锻等温时间为5s；对上述钢坯在970℃进行中温锻轧；
(3)将棒线材加热至500℃，保温2h；升温至880℃，保温2h；降温至750℃，等温4h，后冷却至室温。
从图3可以看出，粉末冶金M42钢组织均匀，二次碳化物细小、弥散，数量密度达到8.5×106个/cm2，1200℃淬火和560℃回火后硬度达67.7HRC。
对比例1
一种粉末冶金高速钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉末冶金M42钢锭缓慢加热至800℃等温5h，而后将钢锭加热至1100℃等温5h；
(2)将钢锭加热至1100℃进行开坯，应变速率0.01s-1；在1000℃对钢坯进行间歇低频锻造，锻造频度为15次/min，两次锻造之间的停锻等温时间为2s；对上述钢坯在950℃进行中温锻轧；
(3)将棒线材加热至450℃，保温3h；升温至840℃，保温5h；降温至700℃，等温8h，后冷却至室温。
从图4可以看出，粉末冶金M42钢二次碳化物较少，数量密度为2.1×106个/cm2，1200℃淬火和560℃回火后硬度达66.7HRC。
对比例2
一种粉末冶金高速钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉末冶金M42钢锭缓慢加热至800℃等温5h，而后将钢锭加热至1180℃等温5h；
(2)将钢锭加热至1100℃后，直接进行开坯、锻造；
(3)将锻坯加热至450℃，保温3h；升温至840℃，保温5h；降温至700℃，等温8h，后冷却至室温。
从图5可以看出，粉末冶金M42钢二次碳化物较少，数量密度为2.4×106个/cm2，1200℃淬火和560℃回火后硬度达66.8HRC。
对比例3
一种粉末冶金高速钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉末冶金M42钢锭缓慢加热至800℃等温5h，而后将钢锭加热至1180℃等温5h；
(2)将钢锭加热至1100℃进行开坯，应变速率0.01s-1；在1000℃对钢坯进行“低频锻造-停锻等温-低频锻造”间歇低频锻造，锻造频度为15次/min，两次锻造之间的停锻等温时间为2s；对上述钢坯在950℃进行中温锻轧；
(3)将棒线材升温至840℃，保温5h，随炉缓慢冷却至室温。
从图6可以看出，粉末冶金M42钢二次碳化物较少，数量密度为2.6×106个/cm2，1200℃淬火和560℃回火后硬度达66.7HRC。
对比例4
一种粉末冶金高速钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉末冶金M42钢锭缓慢加热至800℃等温5h，而后将钢锭加热至1180℃等温5h；
(2)将钢锭加热至1100℃进行开坯，应变速率0.01s-1；在1000℃对钢坯进行“低频锻造-停锻等温-低频锻造”间歇低频锻造，锻造频度为15次/min，两次锻造之间的停锻等温时间为2s；对上述钢坯在950℃进行中温锻轧，得到棒线材；
(3)将棒线材升温至840℃，保温5h；降温至700℃，等温8h，后冷却至室温。
从图7可以看出，粉末冶金M42钢二次碳化物稀少，数量密度为1.8×106个/cm2，1200℃淬火和560℃回火后硬度达66.6HRC。
对比例5
一种粉末冶金高速钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉末冶金M42钢锭缓慢加热至800℃等温5h，而后将钢锭加热至1180℃等温5h；
(2)将钢锭加热至1100℃进行开坯，应变速率0.01s-1；在1000℃对钢坯进行锻造，锻造频度为100次/min，两次锻造之间的停锻等温时间为2s；对上述钢坯在950℃进行中温锻轧，得到棒线材；
(3)将棒线材加热至450℃，保温3h；升温至840℃，保温5h；降温至700℃，等温8h，后冷却至室温。
从图8可以看出，粉末冶金M42钢二次碳化物数量偏少，数量密度达到3.0×106个/cm2，1200℃淬火和560℃回火后硬度达66.8HRC。
对比例6
一种粉末冶金高速钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉末冶金M42钢锭缓慢加热至800℃等温5h，而后将钢锭加热至1180℃等温5h；
(2)将钢锭加热至1100℃进行开坯，应变速率0.01s-1；在1000℃对钢坯进行锻造，锻造频度为60次/min，两次锻造之间的停锻等温时间为15s；对上述钢坯在950℃进行中温锻轧，得到棒线材；
(3)将棒线材加热至450℃，保温3h；升温至840℃，保温5h；降温至700℃，等温8h，后冷却至室温。
从图9可以看出，粉末冶金M42钢二次碳化物数量偏少，数量密度达到2.8×106个/cm2，1200℃淬火和560℃回火后硬度达66.7HRC。
Claims (9)
1.一种粉末冶金高速钢的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将粉末冶金钢锭缓慢加热至800～900℃等温，而后将钢锭加热至1180～1220℃等温，进行碳化物固溶处理；
(2)将固溶处理后的钢锭加热至1100～1150℃进行准静态开坯；而后在1000～1100℃进行间歇低频锻造；所述间歇低频锻造的过程包括低频锻造-停锻等温-低频锻造；最后在950～1000℃进行中温锻轧；
(3)将步骤(2)得到的锻坯加热至450～600℃进行碳富集处理，再升温至840～920℃进行奥氏体化，而后降温至700～800℃等温，最后冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金高速钢的制备方法，其特征在于，步骤(1)中800～900℃等温时间为2～5h。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金高速钢的制备方法，其特征在于，步骤(1)中1180～1220℃等温时间为1～3h。
4.根据权利要求1所述的粉末冶金高速钢的制备方法，其特征在于，步骤(2)中间歇低频锻造的频度为15～90次/min。
5.根据权利要求1所述的粉末冶金高速钢的制备方法，其特征在于，步骤(2)中两次锻造之间的停锻等温时间为2～10s。
6.根据权利要求1所述的粉末冶金高速钢的制备方法，其特征在于，步骤(3)中碳富集处理时间为30min～3h。
7.根据权利要求1所述的粉末冶金高速钢的制备方法，其特征在于，步骤(3)中奥氏体化时间为1～5h。
8.根据权利要求1所述的粉末冶金高速钢的制备方法，其特征在于，步骤(3)中700～800℃等温时间为1～8h。
9.根据权利要求1所述的种粉末冶金高速钢的制备方法，其特征在于，步骤(2)中准静态开坯的应变速率为0.001～0.01s-1。
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