[发明专利]一种高性能粉末冶金压制烧结型半高速钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能粉末冶金压制烧结型半高速钢及其制备方法。本发明采用羰基铁粉与碳化物粉末为原料，经过球磨混合、冷压成型、热脱脂及真空烧结等工艺，实现了高性能粉末冶金半高速钢的制备。所制备的半高速钢化学成分均匀、晶粒细小、碳化物整体弥散分布，避免了传统熔铸法存在的成分偏析与碳化物粗大等问题，显著提高材料的强度及韧性。本发明具有工艺流程简单、生产成本低、成分易调控等优点。所提供的半高速钢与熔铸法所制备的半高速钢相比，在同等致密度下，抗弯强度与冲击韧性明显提高。

技术领域

本发明属于粉末冶金高速钢制造技术领域，具体涉及一种高性能粉末冶金压制烧结型半高速钢及其制备方法。

背景技术

半高速钢是在全高速钢基础上通过减少合金元素含量开发而成，相比于全高速钢，半高速钢保持了高的基体淬火回火硬度，具有高强度、高韧性、高耐磨性的特点，被广泛应用于轧辊的辊身与切纸刀片的刀刃，是一种具有良好发展前景的工模具材料。目前熔铸法是半高速钢材料常用制备方法。中国专利[CN 105586541 A]公开了“一种半高速钢的制备方法”，该方法通过电炉熔炼、高温锻轧及热处理等工序，制备了适用于机械刀片的半高速钢材料。然而，该方法冶炼精度不足，材料杂质含量较高。中国专利[CN 105695873 A]公开了“半高速钢BD辊及其制造方法”，该方法通过高温熔炼、浇注成型、机械加工、热处理及精加工等工序，制备了强度高、耐磨性好、抗热疲劳能力强的半高速钢BD轧辊，但所制备轧辊硬度不足，寿命较短。中国专利[CN 109487160 A]公开了“一种新型半高速钢冷轧中间辊及其制备方法”，通过电炉熔炼、炉外精炼、浇注成型、电渣重熔等工序制备化学纯度更高的钢坯，再经过高温扩散退火、机械加工、调质处理、精加工等工序得到轧辊辊身，最后通过对辊身进行感应淬火、梯度回火及深冷处理，得到了具有优良抗接触性能及抗热冲击性能的半高速钢轧辊，然而该方法所制备的辊体表面与心部硬度差别较大，存在较大的热变形问题。中国专利[CN 105239012 A]公开了“具有高抗事故性能的半高速钢冷轧工作辊及制造方法”，通过增加Cr、Mo、V等元素含量增加材料的红硬性，以保证轧辊材料在热轧过程中的抗回火性，然而高的合金元素含量降低了材料的抗冲击性。上述情况是由于熔铸法制备过程中钢水的不平衡凝固，造成组织结构仍存在一定程度的成分偏析和碳化物粗大等缺陷，严重影响了半高速钢的应用性能。

发明内容

针对现在技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有高性能粉末冶金压制烧结型半高速钢及其制备方法，该方法以羰基铁粉与碳化物粉末为原料，经过球磨混合、压制成型、烧结致密化等步骤制备半高速钢，由于粉末冶金技术无需熔炼，避免了熔铸法制备过程中存在的成分偏析与组织恶化问题，而且通过直接添加碳化物粉末，可以确保所提供的半高速钢具有晶粒细小、碳化物弥散分布的显微组织，具有优异的强度及韧性。

本发明一种高性能粉末冶金压制烧结型半高速钢，按质量百分比计，其原料组成如下：羰基铁粉83.12～93.48wt.％，碳化钨(WC)粉0.54～1.62wt.％，碳化钼(Mo₂C)粉2.13～3.72wt.％，碳化铬(Cr₂C₃)粉2.37～7.10wt.％，碳化钒(VC)粉1.48～4.44wt.％。

作为优选方案,按质量百分比计，其原料组成如下：羰基铁粉83.12wt.％～88.04wt.％；碳化钨粉1.08wt.％～1.62wt.％；碳化钼粉3.19wt.％～3.72wt.％；碳化铬粉4.73wt.％～7.10wt.％；碳化钒粉2.96wt.％～4.44wt.％。

本发明一种高性能粉末冶金压制烧结型半高速钢，按质量百分比计，其组成如下，Fe84.73～94.02wt.％，W0.5～1.5wt.％，Mo2.0～3.5wt.％，Cr2.0～6.0wt.％，V1.0～3.0wt.％，C0.48～1.27wt.％。

本发明一种高性能粉末冶金压制烧结型半高速钢，所述羰基铁粉的粒度范围为10～12μm，所述碳化钨粉、碳化钼粉、碳化铬粉、碳化钒粉的粒度范围均为0.5～2μm。