CN104131211A - 一种喷射成型多梯度高速钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种喷射成型多梯度高速钢的制备方法，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：1.5-2.0％，Cr：4.5-5.0％，Mo：4.5-5.5％，W：7.0-7.5％，V：3.0-3.8％，Nb：0.6-1.0％，Ti：0.2-0.5％，Si：0.5-1.0％，Mn：0.1-0.5％，其余为Fe及不可避免的杂质；所述的制备方法包括如下步骤：配料→熔化→喷射成型→空冷→退火→热锻→淬火回火。采用如上的方法，提高了喷嘴雾化效率和沉积效率，实现了多层复合材料的连续制备。获得有益的效果为：沉积坯孔隙率低(2-4％)、组织细小均匀(平均晶粒度0.9-20μm)、界面结合性能较好，材料收得率高(72％-85％)。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种喷射成型多梯度高速钢的制备方法。
背景技术
高速钢是一种高合金钢，热处理后具有高热硬性，当切削温度高达600℃以上时，硬度仍无明显下降，用其制造的刀具切削速度可达每分钟60米以上，其硬度为63-65HRC。
但高速钢中通常都含有Co元素，由于Co价格昂贵，导致高速钢价格昂贵。高速钢的制造方法有两种，一为传统的钢锭浇铸，另一种则为利用粉末冶金方法制造。钢锭浇铸通常又分为二次精炼(EAF+LF+VD)或电渣重熔(ESR)两类，上述方法中由于金属液缓慢冷却，造成合金的不均匀偏析和合金碳化物的粗大，从而影响到高速钢的性能。
喷射成形技术是一项新兴的技术，该技术具有快速凝固的特点，可制备常规工艺难以制备的高合金或超高合金材料，快速凝固促进了金属组织细化、消除了宏观偏析，材料晶粒细小、组织均匀，从而大幅度地提高了合金性能。它既克服了传统的冶金铸造过程带来的缺陷，又可免除粉末冶的制粉、压制、烧结等多道工序，节省了中间步骤，比粉末冶金工艺降低了生产成本缩短了生产时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种喷射成型多梯度高速钢的制备方法，其工序比粉末冶金工序简单得多，省略了粉末冶金中粉末的筛分、混批、封装、冷等静压、热等静压等工序，不需要昂贵的设备投资，且最终材料的性能达到甚至超过成分相近的粉末高速钢，节省了工艺成本，降低了粉末冶金高速钢的使用价格，有利于机械制造业的广泛使用。
为达到上述目的，本发明的一种喷射成型多梯度高速钢的制备方法，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：1.5-2.0％，Cr：4.5-5.0％，Mo：4.5-5.5％，W：7.0-7.5％，V：3.0-3.8％，Nb：0.6-1.0％，Ti：0.2-0.5％，Si：0.5-1.0％，Mn：0.1-0.5％，其余为Fe及不可避免的杂质；所述的制备方法包括如下步骤：
1)配料工序：按照合金的成分进行配料；
2)熔化工序：将混合好的配料放入真空感应炉内加热到高于合金熔点1700-1750℃，保温10-30分钟，使感应炉内高速钢熔体的成分和温度达到均匀一致，然后把高速钢熔体在惰性气体保护下加热升温；
3)喷射成型：一个以上的合金液坩埚依次排列在在高速钢熔体上方，各坩埚中的高速钢合金液在液相线以上100-200℃保温，然后倾倒入中间包，中间包熔体高度控制在150mm-250mm之间，中间包的温度高于高速钢熔点1700-1720℃；熔体经由中间包底部的雾化喷嘴喷射到沉积室内，雾化压力2-3MPa，雾化气体为纯度＞99.9％的N2气，雾化的熔滴飞行并沉积在以35-45转/分速度旋转的沉积器上，形成多层梯度材料；
4)空冷工序：升高沉积器使沉积坯到雾化嘴的距离为50-100mm，同时保持沉积坯在沉积器上以40-520转/分的旋转并保持沉积坯与喷嘴之间的距离不变，当坯体表面温度低于750℃后，停止沉积器旋转，随炉冷却，获得高速钢坯体；
5)退火工序：将喷射成形制得的高速钢坯体加热到900-950℃，保温10小时以上后缓冷到≤600℃出炉空冷，冷却速度≤30K/hr；
6)热锻工序：将退火好的高速钢坯加热温度到1200-1250℃，始锻温度为1100-1200℃，终锻温度为900-950℃；
7)淬火回火工序：将热锻好的高速钢加热到1120-1200℃保温5-10分钟后淬火，550-600℃保温1小时后回火，回火次数1-4次。
采用如上的方法，提高了喷嘴雾化效率和沉积效率，实现了多层复合材料的连续制备。获得有益的效果为：沉积坯孔隙率低(2-4％)、组织细小均匀(平均晶粒度0.9-20μm)、界面结合性能较好，材料收得率高(72％-85％)。
具体实施方式
实施例一
一种喷射成型多梯度高速钢的制备方法，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：1.5-1.8％，Cr：4.5-5.0％，Mo：4.5-5.5％，W：7.0-7.5％，V：3.0-3.5％，Nb：0.6-1.0％，Ti：0.2-0.5％，Si：0.5-1.0％，Mn：0.1-0.4％，其余为Fe及不可避免的杂质；所述的制备方法包括如下步骤：
1)配料工序：按照合金的成分进行配料；
2)熔化工序：将混合好的配料放入真空感应炉内加热到高于合金熔点1700-1720℃，保温10-30分钟，使感应炉内高速钢熔体的成分和温度达到均匀一致，然后把高速钢熔体在惰性气体保护下加热升温；
3)喷射成型：一个以上的合金液坩埚依次排列在在高速钢熔体上方，各坩埚中的高速钢合金液在液相线以上100-150℃保温，然后倾倒入中间包，中间包熔体高度控制在150mm-250mm之间，中间包的温度高于高速钢熔点1700-1720℃；熔体经由中间包底部的雾化喷嘴喷射到沉积室内，雾化压力2-3MPa，雾化气体为纯度＞99.9％的N2气，雾化的熔滴飞行并沉积在以35-45转/分速度旋转的沉积器上，形成多层梯度材料；
4)空冷工序：升高沉积器使沉积坯到雾化嘴的距离为50-100mm，同时保持沉积坯在沉积器上以480-520转/分的旋转并保持沉积坯与喷嘴之间的距离不变，当坯体表面温度低于750℃后，停止沉积器旋转，随炉冷却，获得高速钢坯体；
5)退火工序：将喷射成形制得的高速钢坯体加热到900-920℃，保温10小时以上后缓冷到≤600℃出炉空冷，冷却速度≤30K/hr；
6)热锻工序：将退火好的高速钢坯加热温度到1200-1250℃，始锻温度为1150-1200℃，终锻温度为900-950℃；
7)淬火回火工序：将热锻好的高速钢加热到1150-1200℃保温5-10分钟后淬火，550-600℃保温1小时后回火，回火次数1-4次。
实施例二
一种喷射成型多梯度高速钢的制备方法，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：1.5-2.0％，Cr：4.8-5.0％，Mo：4.5-5.5％，W：7.0-7.2％，V：3.0-3.8％，Nb：0.6-1.0％，Ti：0.2-0.4％，Si：0.5-1.0％，Mn：0.1-0.5％，其余为Fe及不可避免的杂质；所述的制备方法包括如下步骤：
1)配料工序：按照合金的成分进行配料；
2)熔化工序：将混合好的配料放入真空感应炉内加热到高于合金熔点1700-1750℃，保温10-30分钟，使感应炉内高速钢熔体的成分和温度达到均匀一致，然后把高速钢熔体在惰性气体保护下加热升温；
3)喷射成型：一个以上的合金液坩埚依次排列在在高速钢熔体上方，各坩埚中的高速钢合金液在液相线以上150-200℃保温，然后倾倒入中间包，中间包熔体高度控制在150mm-220mm之间，中间包的温度高于高速钢熔点1700-1720℃；熔体经由中间包底部的雾化喷嘴喷射到沉积室内，雾化压力2-3MPa，雾化气体为纯度＞99.9％的N2气，雾化的熔滴飞行并沉积在以35-45转/分速度旋转的沉积器上，形成多层梯度材料；
4)空冷工序：升高沉积器使沉积坯到雾化嘴的距离为50-80mm，同时保持沉积坯在沉积器上以480-520转/分的旋转并保持沉积坯与喷嘴之间的距离不变，当坯体表面温度低于750℃后，停止沉积器旋转，随炉冷却，获得高速钢坯体；
5)退火工序：将喷射成形制得的高速钢坯体加热到900-950℃，保温10小时以上后缓冷到≤600℃出炉空冷，冷却速度≤30K/hr；
6)热锻工序：将退火好的高速钢坯加热温度到1200-1220℃，始锻温度为为50-1200℃，终锻温度为900-950℃；
7)淬火回火工序：将热锻好的高速钢加热到1120-1200℃保温5-10分钟后淬火，550-600℃保温1小时后回火，回火次数1-4次。
实施例三
一种喷射成型多梯度高速钢的制备方法，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：1.5-1.8％，Cr：4.5-4.8％，Mo：4.5-5.5％，W：7.2-7.5％，V：3.4-3.8％，Nb：0.6-1.0％，Ti：0.2-0.5％，Si：0.5-1.0％，Mn：0.1-0.5％，其余为Fe及不可避免的杂质；所述的制备方法包括如下步骤：
1)配料工序：按照合金的成分进行配料；
2)熔化工序：将混合好的配料放入真空感应炉内加热到高于合金熔点1720-1750℃，保温10-30分钟，使感应炉内高速钢熔体的成分和温度达到均匀一致，然后把高速钢熔体在惰性气体保护下加热升温；
3)喷射成型：一个以上的合金液坩埚依次排列在在高速钢熔体上方，各坩埚中的高速钢合金液在液相线以上100-180℃保温，然后倾倒入中间包，中间包熔体高度控制在150mm-250mm之间，中间包的温度高于高速钢熔点1710-1720℃；熔体经由中间包底部的雾化喷嘴喷射到沉积室内，雾化压力2.5MPa，雾化气体为纯度＞99.9％的N2气，雾化的熔滴飞行并沉积在以35-45转/分速度旋转的沉积器上，形成多层梯度材料；
4)空冷工序：升高沉积器使沉积坯到雾化嘴的距离为50-100mm，同时保持沉积坯在沉积器上以480-520转/分的旋转并保持沉积坯与喷嘴之间的距离不变，当坯体表面温度低于750℃后，停止沉积器旋转，随炉冷却，获得高速钢坯体；
5)退火工序：将喷射成形制得的高速钢坯体加热到900-950℃，保温10小时以上后缓冷到≤600℃出炉空冷，冷却速度≤30K/hr；
6)热锻工序：将退火好的高速钢坯加热温度到1200-1250℃，始锻温度为1100-1200℃，终锻温度为900-950℃；
7)淬火回火工序：将热锻好的高速钢加热到1120-1200℃保温5-10分钟后淬火，550-600℃保温1小时后回火，回火次数1-4次。
Claims (2)
1.一种喷射成型多梯度高速钢的制备方法，其特征在于该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：1.5-2.0％，Cr：4.5-5.0％，Mo：4.5-5.5％，W：7.0-7.5％，V：3.0-3.8％，Nb：0.6-1.0％，Ti：0.2-0.5％，Si：0.5-1.0％，Mn：0.1-0.5％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述一种喷射成型多梯度高速钢的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括如下步骤：
1)配料工序：按照合金的成分进行配料；
2)熔化工序：将混合好的配料放入真空感应炉内加热到高于合金熔点1700-1750℃，保温10-30分钟，使感应炉内高速钢熔体的成分和温度达到均匀一致，然后把高速钢熔体在惰性气体保护下加热升温；
3)喷射成型：一个以上的合金液坩埚依次排列在在高速钢熔体上方，各坩埚中的高速钢合金液在液相线以上100-200℃保温，然后倾倒入中间包，中间包熔体高度控制在150mm-250mm之间，中间包的温度高于高速钢熔点1700-1720℃；熔体经由中间包底部的雾化喷嘴喷射到沉积室内，雾化压力2-3MPa，雾化气体为纯度＞99.9％的N2气，雾化的熔滴飞行并沉积在以35-45转/分速度旋转的沉积器上，形成多层梯度材料；
4)空冷工序：升高沉积器使沉积坯到雾化嘴的距离为50-100mm，同时保持沉积坯在沉积器上以480-520转/分的旋转并保持沉积坯与喷嘴之间的距离不变，当坯体表面温度低于750℃后，停止沉积器旋转，随炉冷却，获得高速钢坯体；
5)退火工序：将喷射成形制得的高速钢坯体加热到900-950℃，保温10小时以上后缓冷到≤600℃出炉空冷，冷却速度≤30K/hr；
6)热锻工序：将退火好的高速钢坯加热温度到1200-1250℃，始锻温度为1100-1200℃，终锻温度为900-950℃；
7)淬火回火工序：将热锻好的高速钢加热到1120-1200℃保温5-10分钟后淬火，550-600℃保温1小时后回火，回火次数1-4次。
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