[发明专利]一种VC/V10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VC/V10粉末高速钢复合材料及其制备方法，所述复合材料相对密度＞99％，硬度为67.8～69.6HRC；复合材料的基体为V10粉末高速钢，VC粉末作为外加质点均匀弥散分布于基体中，VC粉末的添加量质量分数为3％～15％，复合材料中质量百分含量为：C：2.50～5.50％；Mo1.20～1.30％；Cr：5.25～5.50％；V：10～20％。制备过程中在高压雾化气体雾化10V钢液时，采用超声波分散气体输送将VC粉末由发送罐均匀输送到雾化器的喷嘴处，在喷嘴处高压雾化气体和VC粉末混合形成气粉雾化介质，气粉雾化击碎10V钢液制得预合金化的VC/V10高速钢复合粉末；本发明工艺简单，生产周期短，能够快速高效低成本生产高性能的高钒粉末高速钢。

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术，具体是指一种VC/V10粉末高速钢复合材料及其制备方法。

背景技术

高钒高速钢硬度高、韧性好，具有优良的耐磨性，广泛应用于冷作模具、高速钢复合轧辊、矿山机械等领域，碳化物尺寸和形态是影响其性能的主要因素。传统的熔炼工艺制备的高钒高速钢碳化物粗大，钢的韧性低、耐磨性相对较差。粉末冶金技术可以很好地克服这些问题，美国crucible公司开发的粉末高钒高速钢CPMl0V，钒含量达到9.75％，组织均匀，碳化物细小，大大提高了耐磨性和韧性，是理想的冷作模具和塑料模具的耐磨部件材料。

近年来，为进一步提高高钒高速钢的硬度和耐磨性，高速钢中钒含量有不断增加的趋势。提高钒含量则合金体系熔炼温度上升，而常规气雾化设备能够承受的温度上限约1800℃，这使得粉末冶金生产高钒高速钢受限于熔炼过程。当钢液的过热度不足时，气雾化过程钢液中析出的一次碳化物容易堵塞气雾化喷嘴，或者因为钢液粘度的增大使雾化的合金粉末参数不可控，因此，粉末冶金高钒高速钢中添加钒的质量分数不超过12.0％。

为了突破合金化限制，现有技术专利(申请号CN106756599A)“cBN-高速钢复合材料及cBN-高速钢复合材料制备方法”和文献“新型高性能粉末冶金高速钢及其近净成形制备技术”提供了一种无熔炼制备粉末高速钢的新工艺，采用碳化物、铁粉、钴粉为原料，通过机械球磨+真空烧结制备粉末高速钢，但机械球磨工艺碳化物粉末易偏析、金属粉末表面氧化、引入球磨介质杂质以及球磨时间长耗时耗电等缺点。专利申请号CN106756599A“cBN-高速钢复合材料及cBN-高速钢复合材料制备方法”制备cBN-高速钢复合材料的高速钢前躯体粉末混合物，所述高速钢前躯体粉末混合物包括质量分数为3～15％的Co粉、32～75％的Fe粉、20～50％的选自元素周期表第4族、第5族和第6族的金属的碳化物粉、0～2％的C粉。cBN-高速钢复合材料包括质量分数为1～30％的cBN、2.7～13.5％的Co、1.7～5.4％的C、14～45％的选自元素周期表第4族、第5族和第6族的金属、40.6～67.5％的Fe。通过采用非雾化的粉末代替雾化粉末，可避免出现的局部共晶液相，防止局部共晶液相对cBN产生侵蚀，使cBN保持稳定，从而提升最终cBN-高速钢复合材料的使用性能。

文献“新型高性能粉末冶金高速钢及其近净成形制备技术”研究无熔炼制备高性能近净成形粉末冶金高速钢的新工艺(SAP工艺)。方法以铁粉、钴粉和碳化物粉末为原料，通过机械球磨和真空活化烧结制备SAP6031粉末冶金高速钢。研究结果球磨后的原料粉末具有较高的烧结活性，结合后续活化烧结过程中的碳氧反应，使烧结坯在远低于液相线温度下实现烧结致密化(＞99.5％)，材料力学性能优异，且杂质含量远低于标准值。结论是SAP工艺具有合金成分易调节、工艺流程短、生产能耗低、近净成形等优点，在特种粉末高速钢开发、异形件和非标件的灵活生产上具有显著优势。