CN118109737A - 一种热作合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热作合金材料及其制备方法，该热作合金材料由以下质量份数的原料制成：碳化钨22wt％‑26wt％、镍10wt％‑20wt％、铬3wt％‑9wt％、钼4wt％‑8wt％和碳0.1wt％‑0.6wt％，余量为铁及不可避免的杂质。有益效果：其通过粗化晶粒，改变相见间位向，使晶界上析出碳化物强化晶界等手段，采用粉末冶金技术组成碳化钨为硬质相，铁、铬、镍、钼、奥氏体型为粘结项，应用于时效硬化钢结热作材料的制成，由于这些析出物细小弥散分布于合金中，使金属的分子间结合力增大，热强性大幅提升。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，具体来说，涉及一种热作合金材料及其制备方法。
背景技术
热作模具是用来使零件热成型的模具，一般在高温、热冲击等恶劣工作条件下工作，因此要求其具有优良的综合性能，尤其是高温性能。
目前，工业生产上广泛应用的是H13钢，H13钢在600℃以下工作时，具有良好的热稳定性和抗热疲劳性能，较好的强韧性结合，但在600℃以上，H13钢的强度和热稳定性急剧下降，失去了原有的优异性能。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种热作合金材料及其制备方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
一种热作合金材料及其制备方法，该热作合金材料由以下质量份数的原料制成：
碳化钨22wt％-26wt％、镍10wt％-20wt％、铬3wt％-9wt％、钼4wt％-8wt％和碳0.1wt％-0.6wt％，余量为铁及不可避免的杂质。
作为优选的，所述各原料组分的纯度均为大于或等于99％。
根据本发明的另一个方面，提供了一种热作合金材料的制备方法，用于所述的热作合金材料的制备，包括以下步骤；
还原处理：将碳化钨、镍、铬、钼、碳和铁放入至氢气钼丝炉内进行还原处理，降低金属粉末中的氧含量；
混料工艺：将各原料组分粉碎，之后采用机械混合的方式混合均匀，配制的合金粉，以使各元素均匀分布于合金中；
加胶工艺：在压制前粉末中需加入一定量的成型剂；
压制工艺：将加入成型剂的粉末，称重倒入模具内，通过液压机加压成所需要求形状压坯；
脱胶工艺：压坯在烧结前必须先将成型剂排出，以防在烧结过程中成型剂迅速排出，使压坯产生裂纹；
烧结工艺：压坯在低于基体金属熔点的温度并且在惰性气氛下加热保温进行烧结，通过将压坯烧结，使成形过程中粉末颗粒间机械啮合变成烧结后颗粒固结成的晶体结合；
时效固溶工艺：合金经过较高温度固溶处理后合金基本会溶入更多元素，更多的第二相析出，对合金的强化效果更大。
作为优选的，所述热作模具分为热锻和热挤压模具，且所述热作模具具有良好的热稳定性和热强性。
作为优选的，所述成型剂为丁纳胶加入120号溶剂汽油稀释所得。
作为优选的，压坯在低于基体金属熔点的温度并且在惰性气氛下加热保温进行烧结时，烧结温度为1200℃-1300℃。
本发明的有益效果为：钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称为蠕变；
铬(Cr)：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性，铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢、耐热钢的重要合金元素；
镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，镍还对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力；
其通过粗化晶粒，改变相见间位向，使晶界上析出碳化物强化晶界等手段，采用粉末冶金技术组成碳化钨为硬质相，铁、铬、镍、钼、奥氏体型为粘结项，应用于时效硬化钢结热作材料的制成，由于这些析出物细小弥散分布于合金中，使金属的分子间结合力增大，热强性大幅提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种热作合金材料及其制备方法的步骤流程图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例，提供了一种热作合金材料及其制备方法。
实施例一；
如图1所示，根据本发明实施例的热作合金材料及其制备方法，该热作合金材料由以下质量份数的原料制成：
碳化钨22wt％-26wt％、镍10wt％-20wt％、铬3wt％-9wt％、钼4wt％-8wt％和碳0.1wt％-0.6wt％，余量为铁及不可避免的杂质。
实施例二；
如图1所示，所述各原料组分的纯度均为大于或等于99％。
实施例三；
如图1所示，根据本发明的另一个方面，提供了一种热作合金材料的制备方法，用于所述的热作合金材料的制备，包括以下步骤；
步骤S101、还原处理：将碳化钨、镍、铬、钼、碳和铁放入至氢气钼丝炉内进行还原处理，降低金属粉末中的氧含量；
步骤S103、混料工艺：将各原料组分粉碎，之后采用机械混合的方式混合均匀，配制的合金粉，以使各元素均匀分布于合金中；
步骤S105、加胶工艺：在压制前粉末中需加入一定量的成型剂；
步骤S107、压制工艺：将加入成型剂的粉末，称重倒入模具内，通过液压机加压成所需要求形状压坯；
步骤S109、脱胶工艺：压坯在烧结前必须先将成型剂排出，以防在烧结过程中成型剂迅速排出，使压坯产生裂纹；
步骤S111、烧结工艺：压坯在低于基体金属熔点的温度并且在惰性气氛下加热保温进行烧结，通过将压坯烧结，使成形过程中粉末颗粒间机械啮合变成烧结后颗粒固结成的晶体结合；
步骤S113、时效固溶工艺：合金经过较高温度固溶处理后合金基本会溶入更多元素，更多的第二相析出，对合金的强化效果更大。
实施例四；
如图1所示，所述热作模具分为热锻和热挤压模具，且所述热作模具具有良好的热稳定性和热强性，所述成型剂为丁纳胶加入120号溶剂汽油稀释所得，压坯在低于基体金属熔点的温度并且在惰性气氛下加热保温进行烧结时，烧结温度为1200℃-1300℃。
室温性能如下：
密度(g/cm3)9.34
硬度(HRC)43～45
抗弯强度(N/mm2)1104-1171
冲击韧性(N.m/cm2)5.29～6.53
高温性能如下：
线膨胀系数
试样规格φ4*50mm
时效合金的线膨胀系数，试样规格：15x5，载荷5k9；
温度高于600℃后本合金的硬度随温度的升高而变化较小，具有较好的热强性。
时效合金的高温抗弯强度，试样规格:5x5x30mm；
随着温度的升高，合金的强度下降较缓慢，500℃时为876，750℃时仍保持810，进一步证明了合金良好的热强性。
时效合金的高温冲击韧性
时效合金高温抗氧化性，试样规格4.7x4.7x2mm；
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过将合金加热至高温状态(固溶处理)，使合金元素溶于合金基体，然后在一定温度下(时效处理)将融入基体内的元素以细小沉淀的第二相在晶内、晶界析出。其通过粗化晶粒，改变相见间位向，使晶界上析出碳化物强化晶界等手段，采用粉末冶金技术组成碳化钨为硬质相，铁、铬、镍、钼、奥氏体型为粘结项，应用于时效硬化钢结热作材料的制成，由于这些析出物细小弥散分布于合金中，使金属的分子间结合力增大，热强性大幅提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (6)
1.一种热作合金材料及其制备方法，其特征在于，该热作合金材料由以下质量份数的原料制成：
碳化钨22wt％-26wt％、镍10wt％-20wt％、铬3wt％-9wt％、钼4wt％-8wt％和碳0.1wt％-0.6wt％，余量为铁及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种热作合金材料，其特征在于，所述各原料组分的纯度均为大于或等于99％。
3.一种热作合金材料及其制备方法，其特征在于，用于权利要求1所述的热作合金材料的制备，包括以下步骤；
还原处理：将碳化钨、镍、铬、钼、碳和铁放入至氢气钼丝炉内进行还原处理，降低金属粉末中的氧含量；
混料工艺：将各原料组分粉碎，之后采用机械混合的方式混合均匀，配制的合金粉，以使各元素均匀分布于合金中；
加胶工艺：在压制前粉末中需加入一定量的成型剂；
压制工艺：将加入成型剂的粉末，称重倒入模具内，通过液压机加压成所需要求形状压坯；
脱胶工艺：压坯在烧结前必须先将成型剂排出，以防在烧结过程中成型剂迅速排出，使压坯产生裂纹；
烧结工艺：压坯在低于基体金属熔点的温度并且在惰性气氛下加热保温进行烧结，通过将压坯烧结，使成形过程中粉末颗粒间机械啮合变成烧结后颗粒固结成的晶体结合；
时效固溶工艺：合金经过较高温度固溶处理后合金基本会溶入更多元素，更多的第二相析出，对合金的强化效果更大。
4.根据权利要求3所述的一种热作合金材料的制备方法，其特征在于，所述热作模具分为热锻和热挤压模具，且所述热作模具具有良好的热稳定性和热强性。
5.根据权利要求4所述的一种热作合金材料及其制备方法，其特征在于，所述成型剂为丁纳胶加入120号溶剂汽油稀释所得。
6.根据权利要求5所述的一种热作合金材料及其制备方法，其特征在于，压坯在低于基体金属熔点的温度并且在惰性气氛下加热保温进行烧结时，烧结温度为1200℃-1300℃。
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