[发明专利]一种SiC/M2粉末高速钢复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种SiC/M2粉末高速钢复合材料，所述复合材料相对密度＞99％，硬度为66～69HRC，包含纳米级增强相颗粒SiC、亚微米级硬质相SiC和析出的亚微米级M₆C型复合碳化物，增强相SiC颗粒平均粒度为200nm，硬质相SiC和M₆C型复合碳化物粒度≤1μm；复合材料的基体为M2高速钢，SiC颗粒作为为外加质点均匀弥散分布于基体中，原料组分及其体积百分含量如下：M2高速钢85％～90％，SiC颗粒10％～15％，SiC颗粒中≤200nm的SiC颗粒体积分数为10％～20％，其余是大于200nm且小于1μm的颗粒。本发明的预合金复合粉末制备技术，不仅有利于获得粒度细小均匀的复合粉末，阻止SiC粉末的团聚、实现SiC颗粒和基体粉末的充分合金化。

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术，具体是指一种SiC/M2粉末高速钢复合材料及其制备方法。

背景技术

现有技术中，用于制作切削工具的高速钢主要是钨钼高速钢M2，其化学成分以重量百分比计(％)，分别为C：0.80～0.90，W：5.50～6.75，Mo：4.50～5.50，Cr：3.80～4.40，V：1.75～2.20，Mn：0.15～0.40，Si：≤0.40，S：≤0.03，P：≤0.03，余量为Fe，钨钼高速钢M2淬回火后的硬度为65±1HRC，能够满足硬度在270HB以下正火态的钢料的加工要求，但是今年来为减轻机械零件重量，提高零件强度，延长零件寿命，钢料逐步由正火态改为调制态，相应的钢料的加工硬度也提高到大于等于300HB，由钨钼高速钢M2制作的硬度为65±1HRC刀具已不能满足要求。

为解决这个问题，目前采用硬度为66±1HRC的高硬高速钢和硬度为67±1HRC的超硬高速钢来制作刀具，国际上通用的高硬高速钢和超硬高速钢分别为钨钼高速钢M35和钼高速钢M42，这两种高速钢都含有元素Co，价格昂贵，分别是M2的2.5倍和5倍。因此，开发一种不含Co，工艺性能好，价格便宜的高硬及超硬高速钢就非常必要。M2硬度低的原因是碳含量低。提高碳含量可以提高硬度，但提高碳含量将使碳化物量增多，碳化物颗粒增大，碳化物偏析，因而使抗弯强度下降。

SiC颗粒具有高强度、高硬度、高模量、低膨胀系数等许多属性，是一种理想的增强体，目前SiC颗粒增强金属基复合材料在国内外的研究应用都非常活跃，而且SiC粉体的成本较低，因此，本发明采用SiC颗粒作为增强体以开发高耐磨性同时兼具良好韧性的高速钢。

专利申请号：CN201310744443.7，公开了粉末冶金高速钢及其制备方法，本发明的粉末冶金高速钢由以下方法制备得到：1)制备粉末混合物：按照设定组份及配比称取原料，在滚筒式球磨机中进行混合球磨，制备得到粉末混合物；2)成型：通过冷等静压成型将上述粉末混合物制成压坯；3)烧结：采用热压烧结技术对上述压坯进行真空或惰性气氛下烧结，烧结时将压坯加热至1100-1250℃并保温30-90分钟，烧结压力为10-40Mpa；4)热锻；5)热处理。

论文：淬火温度对添加B4C的ASP30粉末冶金高速钢组织及力学性能的影响，作者：刘少峰等，本文采用粉末冶金工艺制备ASP30粉末高速钢，将配好的粉料用高能行星球磨机混匀后模压成形，然后在真空烧结炉中于1160℃下烧结2h。分别烧结制备不添加B4C的ASP30与添加0.025％B4C的ASP30高速钢。

论文：B4C对M3:2粉末冶金高速钢组织与力学性能的影响，作者：张凤丽等，本文以水雾化M3:2高速钢预合金粉末为原料，添加适量碳化硼(B4C)粉末颗粒，球磨混合均匀后，经700MPa单向压制，1190℃和1230℃真空烧结，当添加体积分数为0.3％B4C时，M3:2粉末冶金高速钢的最佳烧结温度可降低约40℃；1190℃烧结温度下，添加体积分数为0.3％B4C的粉末冶金高速钢硬度为HRC54.1，抗弯强度3074.09MPa，与达到致密化时未添加B4C的粉末冶金高速钢相比，硬度提升3.6％，抗弯强度提升10.5％。加入的B4C粉末颗粒除了发挥烧结助剂的作用和降低烧结温度外，还会参与合金化，增强材料力学性能。