CN117773107A - 一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硬质合金技术领域，公开了一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，包括以下方法步骤：S1、准备适量的钨粉、碳粉和混配合金元素粉末；S2、将钨粉、碳粉和混配合金元素粉末按照设计配方进行混合；S3、将混合后的粉末放入模具中进行成型；S4、将成型后的坯料置于高温炉中进行烧结；S5、对经过烧结后的坯料进行热塑变形工艺；S6、对热塑变形后的钢材进行热处理；S7、对制备好的抗高温变形的超细晶粒钨钢进行物理、化学和机械性能测试，符合设计要求的出料为超细晶粒钨钢成品。通过调控原材料参数，同时对热塑变形后的钢材进行热处理，实现超细晶粒的有效形成，降低组织中的残余应力，改善塑性和韧性，提高了超细晶粒钨钢的物理性能。
Description
技术领域
本发明涉及硬质合金技术领域，具体为一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法。
背景技术
硬质合金是以碳化钨、碳化钛或二者形成复式碳化物为硬质相，以钴为粘结相，通过粉末冶金工艺高温液相烧结而成的一种合金材料，硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。
我国拥有丰富的钨资源，钨工业发展主要起于二十世纪三十年代，钨加工技术发展取得巨大成就，尤其是在钨的初加工及冶炼方面具有一定的技术优势，但在硬质合金类产品技术上，仍与国外有一定的差距，硬质合金生产技术中，主要以碳化钨与钴粉为原料，通过混合高温烧结辅以多种工艺制成，但是由于碳化钨与钴粉的粒度因素，及碳化钨与钴粉的配比不同，烧结出来的硬质合金性能也各不相同，同时由于钨钢的硬度较高，加工难度相对较大，需要采取特殊的工艺和设备进行加工，在一些情况下，钨钢未经适当处理或使用条件不当的情况下，会产生脆性较高的问题，并且在耐高温方面存在一定的不足。
因此，本发明旨在提供一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，以改善当前钨钢合金存在的不足之处。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，解决了目前的钨钢成品存在脆性普遍较高，并且在耐高温方面存在一定的不足的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，包括以下方法步骤：
S1、原料准备：准备适量的钨粉、碳粉和混配合金元素粉末；
S2、粉末混合：将钨粉、碳粉和混配合金元素粉末按照设计配方进行混合；
S3、成型：将混合后的粉末放入模具中进行成型，获得所需形状的坯料；
S4、烧结：将成型后的坯料置于高温炉中进行烧结，粉末颗粒结合形成致密的坯料；
S5、热塑变形：对经过烧结后的坯料进行热塑变形工艺，获得所需形状和微观组织结构；
S6、热处理：对热塑变形后的钢材进行热处理，使晶粒细化到所需的尺寸；
S7、性能测试：对制备好的抗高温变形的超细晶粒钨钢进行物理、化学和机械性能测试，符合设计要求的出料为超细晶粒钨钢成品。
优选的，所述S1步骤中，按质量份数计，钨粉为6～15份、碳粉为4～8份、混配合金元素粉末为5～10份。
优选的，所述S1步骤中，混配合金元素粉末由铝铁混合粉末、镍、钼、铬金属粉末按照2：1的比例混合而成。
优选的，所述铝铁混合粉末中铝和铁的比例为1：2～2.5，所述镍、钼、铬金属粉末的比例为1：3：2。
优选的，所述S3步骤中，混合后的粉末成型的方法采用压制成型、注射成型中的其中一种。
优选的，所述S4步骤中，烧结直线升温时间为30～50min，保温时间为1.5～3h，烧结直线降温时间为4～5h。
优选的，所述S4步骤中，烧结温度控制在1100～1350℃。
优选的，所述S4步骤中，烧结过程中通入惰性气氛防止氧化，所述惰性气氛为氮气、氩气的其中一种。
优选的，所述S6步骤中，热处理采用退火工艺，将热塑变形后的钢材加热到临界温度以上，然后经过一定时间的保温后缓慢冷却，实现超细晶粒的形成，降低组织中的残余应力，改善塑性和韧性。
本发明提供了一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法。具备以下有益效果：
1、本发明通过对热塑变形后的钢材进行热处理，使晶粒细化到所需的尺寸后，将热塑变形后的钢材加热到临界温度以上，然后经过一定时间的保温后缓慢冷却，实现超细晶粒的形成，降低组织中的残余应力，改善塑性和韧性，提高了超细晶粒钨钢的物理性能。
2、本发明通过优化原材料的配比以及调控制作工艺参数，优化了超细晶粒钨钢的物理组织和性能，提高了硬度、耐磨度和抗高温变形能力。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
本发明提供了一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，其主要包括以下方法步骤：
S1、原料准备：准备适量的钨粉、碳粉和混配合金元素粉末，在此步骤中，按照质量份数计算，钨粉的比例为6～15份，碳粉的比例为4～8份，混配合金元素粉末的比例为5～10份，混配合金元素粉末由铝铁混合粉末、镍、钼、铬金属粉末按照2：1的比例混合而成，具体来说，铝铁混合粉末中铝和铁的比例为1：2～2.5，而镍、钼、铬金属粉末的比例为1：3：2。
S2、粉末混合：将钨粉、碳粉和混配合金元素粉末按照设计配方进行混合。这一步骤的关键在于确保各种粉末能够均匀混合，以保证后续工艺步骤的均匀性和一致性。
S3、成型：将混合后的粉末放入模具中进行成型，获得所需形状的坯料。混合后的粉末成型的方法通常采用压制成型或注射成型中的其中一种，这一步骤对最终产品的形状和结构起着决定性的作用。
S4、烧结：将成型后的坯料置于高温炉中进行烧结，粉末颗粒结合形成致密的坯料。烧结温度通常控制在1100～1350℃，烧结直线升温时间为30～50min，保温时间为1.5～3h，烧结直线降温时间为4～5h，同时，在烧结过程中通入惰性气氛以防止氧化，惰性气氛通常选择氮气或氩气。
S5、热塑变形：对经过烧结后的坯料进行热塑变形工艺，以获得所需的形状和微观组织结构，这一步骤可以通过锻造、轧制等方式对坯料进行塑性变形，从而调整其形状和性能。
S6、热处理：对热塑变形后的钢材进行热处理，使晶粒细化到所需的尺寸。具体的热处理工艺通常采用退火工艺，将热塑变形后的钢材加热到临界温度以上，然后经过一定时间的保温后缓慢冷却，实现超细晶粒的形成，降低组织中的残余应力，改善塑性和韧性。
S7、性能测试：对制备好的抗高温变形的超细晶粒钨钢进行物理、化学和机械性能测试，确保其符合设计要求。
下面结合具体的实施例及对比例对本发明作进一步介绍：
实施例一：
本发明实施例提供一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，其特征在于，包括以下方法步骤：
S1、原料准备：准备适量的钨粉、碳粉和混配合金元素粉末，钨粉为15份、碳粉为6份、混配合金元素粉末为10份；
S2、粉末混合：将钨粉、碳粉和混配合金元素粉末按照设计配方进行混合；
S3、成型：将混合后的粉末放入模具中进行成型，获得所需形状的坯料；
S4、烧结：将成型后的坯料置于高温炉中进行烧结，粉末颗粒结合形成致密的坯料，烧结温度控制在1350℃，烧结直线升温时间为30min，保温时间为1.5h，烧结直线降温时间为5h；
S5、热塑变形：对经过烧结后的坯料进行热塑变形工艺，获得所需形状和微观组织结构；
S6、热处理：对热塑变形后的钢材进行热处理，使晶粒细化到所需的尺寸；
S7、性能测试：对制备好的抗高温变形的超细晶粒钨钢进行物理、化学和机械性能测试，符合设计要求的出料为超细晶粒钨钢成品。
经过本实施例制备而成的抗高温变形的超细晶粒钨钢成品，其综合性能对比参数参考表2数据所示。
实施例二：
本发明实施例提供一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，其特征在于，包括以下方法步骤：
S1、原料准备：准备适量的钨粉、碳粉和混配合金元素粉末，钨粉为15份、碳粉为6份、混配合金元素粉末为8份；
S2、粉末混合：将钨粉、碳粉和混配合金元素粉末按照设计配方进行混合；
S3、成型：将混合后的粉末放入模具中进行成型，获得所需形状的坯料；
S4、烧结：将成型后的坯料置于高温炉中进行烧结，粉末颗粒结合形成致密的坯料，烧结温度控制在1250℃，烧结直线升温时间为35min，保温时间为1.5h，烧结直线降温时间为4h；
S5、热塑变形：对经过烧结后的坯料进行热塑变形工艺，获得所需形状和微观组织结构；
S6、热处理：对热塑变形后的钢材进行热处理，使晶粒细化到所需的尺寸；
S7、性能测试：对制备好的抗高温变形的超细晶粒钨钢进行物理、化学和机械性能测试，符合设计要求的出料为超细晶粒钨钢成品。
经过本实施例制备而成的抗高温变形的超细晶粒钨钢成品，其综合性能对比参数参考表2数据所示。
实施例三：
本发明实施例提供一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，其特征在于，包括以下方法步骤：
S1、原料准备：准备适量的钨粉、碳粉和混配合金元素粉末，钨粉为10份、碳粉为8份、混配合金元素粉末为5份；
S2、粉末混合：将钨粉、碳粉和混配合金元素粉末按照设计配方进行混合；
S3、成型：将混合后的粉末放入模具中进行成型，获得所需形状的坯料；
S4、烧结：将成型后的坯料置于高温炉中进行烧结，粉末颗粒结合形成致密的坯料，烧结温度控制在1100℃，烧结直线升温时间为40min，保温时间为3h，烧结直线降温时间为4.5h；
S5、热塑变形：对经过烧结后的坯料进行热塑变形工艺，获得所需形状和微观组织结构；
S6、热处理：对热塑变形后的钢材进行热处理，使晶粒细化到所需的尺寸；
S7、性能测试：对制备好的抗高温变形的超细晶粒钨钢进行物理、化学和机械性能测试，符合设计要求的出料为超细晶粒钨钢成品。
经过本实施例制备而成的抗高温变形的超细晶粒钨钢成品，其综合性能对比参数参考表2数据所示。
实施例四：
本发明实施例提供一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，其特征在于，包括以下方法步骤：
S1、原料准备：准备适量的钨粉、碳粉和混配合金元素粉末，钨粉为10份、碳粉为8份、混配合金元素粉末为10份；
S2、粉末混合：将钨粉、碳粉和混配合金元素粉末按照设计配方进行混合；
S3、成型：将混合后的粉末放入模具中进行成型，获得所需形状的坯料；
S4、烧结：将成型后的坯料置于高温炉中进行烧结，粉末颗粒结合形成致密的坯料，烧结温度控制在1200℃，烧结直线升温时间为45min，保温时间为2h，烧结直线降温时间为5h；
S5、热塑变形：对经过烧结后的坯料进行热塑变形工艺，获得所需形状和微观组织结构；
S6、热处理：对热塑变形后的钢材进行热处理，使晶粒细化到所需的尺寸；
S7、性能测试：对制备好的抗高温变形的超细晶粒钨钢进行物理、化学和机械性能测试，符合设计要求的出料为超细晶粒钨钢成品。
经过本实施例制备而成的抗高温变形的超细晶粒钨钢成品，其综合性能对比参数参考表2数据所示。
实施例五：
本发明实施例提供一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，其特征在于，包括以下方法步骤：
S1、原料准备：准备适量的钨粉、碳粉和混配合金元素粉末，钨粉为12份、碳粉为5份、混配合金元素粉末为10份；
S2、粉末混合：将钨粉、碳粉和混配合金元素粉末按照设计配方进行混合；
S3、成型：将混合后的粉末放入模具中进行成型，获得所需形状的坯料；
S4、烧结：将成型后的坯料置于高温炉中进行烧结，粉末颗粒结合形成致密的坯料，烧结温度控制在1300℃，烧结直线升温时间为40min，保温时间为1.5h，烧结直线降温时间为4h；
S5、热塑变形：对经过烧结后的坯料进行热塑变形工艺，获得所需形状和微观组织结构；
S6、热处理：对热塑变形后的钢材进行热处理，使晶粒细化到所需的尺寸；
S7、性能测试：对制备好的抗高温变形的超细晶粒钨钢进行物理、化学和机械性能测试，符合设计要求的出料为超细晶粒钨钢成品。
经过本实施例制备而成的抗高温变形的超细晶粒钨钢成品，其综合性能对比参数参考表2数据所示。
表1：实施例一至实施例五配方及工艺参数设定表
对比例：
本对比例提供了一种钨钢合金材料，其通过以下步骤制成：
步骤一、准备钨粉20份、碳粉10份，铬粉6份、铝粉2份、铁粉份，按照配方比例进行混合；
步骤二、将混合后的粉末放入模具中进行成型，获得所需形状的坯料；
步骤三：将成型后的坯料置于高温炉中进行烧结，形成致密的坯料。
步骤四：对经过烧结后的坯料进行热塑变形工艺，得到钨钢合金材料成品。
表2：实施例一至实施例五及对比例提供的钨钢合金材料物理性能对比表
| 序号 | 硬度/HV |
| 实施例一 | 1025±10 |
| 实施例二 | 976±8 |
| 实施例三 | 989±15 |
| 实施例四 | 994±6 |
| 实施例五 | 969±12 |
| 对比例 | 925±5 |
结合表2来看，本发明实施例一至五提供的一种抗高温变形的超细晶粒钨钢，在经过原料调控配比以及特殊热处理工艺后，将热塑变形后的钢材加热到临界温度以上，然后经过一定时间的保温后缓慢冷却，实现超细晶粒的形成，降低组织中的残余应力，改善塑性和韧性，提高了超细晶粒钨钢成品的应用效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，其特征在于，包括以下方法步骤：
S1、原料准备：准备适量的钨粉、碳粉和混配合金元素粉末；
S2、粉末混合：将钨粉、碳粉和混配合金元素粉末按照设计配方进行混合；
S3、成型：将混合后的粉末放入模具中进行成型，获得所需形状的坯料；
S4、烧结：将成型后的坯料置于高温炉中进行烧结，粉末颗粒结合形成致密的坯料；
S5、热塑变形：对经过烧结后的坯料进行热塑变形工艺，获得所需形状和微观组织结构；
S6、热处理：对热塑变形后的钢材进行热处理，使晶粒细化到所需的尺寸；
S7、性能测试：对制备好的抗高温变形的超细晶粒钨钢进行物理、化学和机械性能测试，符合设计要求的出料为超细晶粒钨钢成品。
2.根据权利要求1所述的一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，其特征在于，所述S1步骤中，按质量份数计，钨粉为6～15份、碳粉为4～8份、混配合金元素粉末为5～10份。
3.根据权利要求1所述的一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，其特征在于，所述S1步骤中，混配合金元素粉末由铝铁混合粉末、镍、钼、铬金属粉末按照2：1的比例混合而成。
4.根据权利要求3所述的一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，其特征在于，所述铝铁混合粉末中铝和铁的比例为1：2～2.5，所述镍、钼、铬金属粉末的比例为1：3：2。
5.根据权利要求1所述的一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，其特征在于，所述S3步骤中，混合后的粉末成型的方法采用压制成型、注射成型中的其中一种。
6.根据权利要求1所述的一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，其特征在于，所述S4步骤中，烧结直线升温时间为30～50min，保温时间为1.5～3h，烧结直线降温时间为4～5h。
7.根据权利要求1所述的一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，其特征在于，所述S4步骤中，烧结温度控制在1100～1350℃。
8.根据权利要求1所述的一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，其特征在于，所述S4步骤中，烧结过程中通入惰性气氛防止氧化，所述惰性气氛为氮气、氩气的其中一种。
9.根据权利要求1所述的一种抗高温变形的超细晶粒钨钢的制备方法，其特征在于，所述S6步骤中，热处理采用退火工艺，将热塑变形后的钢材加热到临界温度以上，然后经过一定时间的保温后缓慢冷却，实现超细晶粒的形成，降低组织中的残余应力，改善塑性和韧性。
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