[发明专利]粉末冶金工艺制备耐磨耐蚀合金棒材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金棒材的制备方法，尤其涉及一种粉末冶金工艺制备耐磨耐蚀合金棒材的方法。

背景技术

在一些特殊工况条件下，工模具或机械零部件表面不仅经受运动部件或工作介质中硬的研磨颗粒直接接触引起磨损，还经受潮湿、酸或其他腐蚀剂的腐蚀作用，如注塑成形机械中的螺杆或螺杆套筒等零部件，一方面由于塑料中添加大量硬质颗粒，如玻璃纤维、碳纤维等，导致这些零部件磨损加剧，另一方面塑料中腐蚀性成分对零部件产生化学腐蚀。为了使应用于这些特殊工况的零部件具备长的使用寿命，所使用合金表面必须具有高的耐磨性能和耐蚀性能，另外为了承受工作应力加载和冲击，合金需具备一定的硬度和韧性。

目前工模具用合金主要采用传统的铸锻工艺制备，浇注过程液态合金缓慢冷却凝固，合金成分在凝固过程中容易发生偏析，形成粗大组织，即使经过后续锻轧处理，这种不良组织仍然会对合金性能带来不良影响，导致合金的性能包括强度、韧性、耐磨性能、可磨削性能等处于偏低水平。采用粉末冶金工艺制备合金解决了合金元素偏析的问题，制备得到合金组织细小均匀，相比铸锻合金性能有大幅度提升，但是粉末制备成本高昂，带来合金整体成本的提高，如何降低粉末冶金工艺制备合金的成本是需要解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种低成本的粉末冶金工艺制备耐磨耐蚀合金棒材的方法。

为实现上述目的，本发明的粉末冶金工艺制备耐磨耐蚀合金棒材的方法，所述耐磨耐蚀合金为铁基合金，该方法包括以下制备步骤：

步骤一、通过粉末冶金工艺制备铁基合金粉末；

步骤二、取一端开口的圆柱形热等静压包套，热等静压包套直径为30~600mm，热等静压包套中心位置固定有碳素钢或不锈钢圆形棒材，中心棒材直径为20mm-300mm，将铁基合金粉末装填于沿中心棒材与热等静压包套之间厚度为10~300mm的环形空隙中振实；

步骤三、对热等静压包套进行抽真空脱气处理，抽真空过程对热等静压包套加热保温，热等静压包套脱气后继续加热保温，随后对热等静压包套端部进行封焊处理；

步骤四、对脱气并封焊后的热等静压包套进行热等静压处理，待热等静压包套内铁基合金粉末完全致密固结并与中心棒材紧密结合后随炉冷却，车削去掉外表面热等静压包套层，制得耐磨耐蚀合金棒材。

本发明通过热等静压包套将具有耐磨耐蚀性能特征的铁基合金粉末与内层碳素钢或不锈钢合金的中心棒材组合，经过热等静压压制结合形成双层合金结构的棒材，铁基合金粉末形成的外层合金使棒材表面具有耐磨耐蚀性能，能够满足磨损及腐蚀性工况对耐磨损耐腐蚀性能的应用要求，内层合金采用价格低廉的碳素钢或不锈钢，极大降低了棒材的生产成本。制备方法中对内层合金中心棒材的厚度、热等静压包套直径、合金粉末装填厚度的限定保证了粉末合金与内层合金的中心棒材在热等静压压制过程中能够达到完全致密且紧密结合的结构，使用过程中棒材内层合金能够对外层耐磨耐蚀铁基合金层提供足够的力学支撑，棒材整体表现出良好强韧性，同时满足于腐蚀及磨损性工况的性能要求。

作为对上述方式的限定，所述步骤一中粉末冶金工艺采用非真空方式进行熔炼然后雾化制粉，包括以下工艺步骤：

a、将钢液转移至钢包；

b、钢包内钢液上表面覆盖钢包保护渣，加热钢包保护渣，维持钢液的过热度；在钢包底部通入惰性气体对钢液进行搅拌；

c、将钢液通过钢包底部的导流管以稳定流量流入预加热的中间包，待钢液进入中间包埋没导流管下端面时对钢液上表面施加中间包保护渣；

d、对中间包进行持续补偿加热，维持钢液的过热度；

e、钢液从中间包进入具有保护气氛的雾化室后采用惰性气体在稳定气体压力下进行雾化制粉，制得的合金粉末沉降至雾化室底部，后进入具有保护气氛的储粉罐，通过保护筛分装置对合金粉末进行筛分后再进入储粉罐储装。