[发明专利]纳米强化耐磨模具钢制备工艺

摘要

本发明为一种纳米强化耐磨模具钢制备工艺，它是将原位合成TiB2/Al2O3纳米混合粉体与预分散铁粉共同在搅拌球磨机内进行预分散混合，然后制成分散预制块，加入钢水包中，通过高温钢水使其在钢液中原位合成TiB2纳米颗粒和Al2O3纳米混合粉体，通过电磁搅拌器使其在模具钢基体内形成均匀分散，采用铸造法成型。本发明采用原位合成纳米颗粒改善了纳米颗粒与基体的润湿性能，通过二次扩散和电磁搅拌工艺得到均匀分布纳米颗粒的模具钢，使模具钢得到改性和强化。通过调整纳米颗粒的加入量可调节其体积分数，以满足不同使用工况的要求。本发明的纳米改性高耐磨模具钢具有优良力学性能，生产工艺简单，备成本低。

主权项

一种纳米强化耐磨模具钢制备工艺，其制备工艺和步骤如下：(1)原位合成纳米颗粒预制块制备工艺：将纯度大于或等于99％，粒度小于800μm的工业Ti粉，纯度大于或等于99％，粒度小于400μm的工业Al粉、碳化硼粉和石墨粉，配制比例为B4C∶Ti∶Al∶C的摩尔比为2∶(40.2～13.4)∶(13.5～3.7)∶(20.43～3.9)，并按照上述粉体总重量的5％～10添加颗粒度为300nm的Al2O3；将按照上述比例配制好的原位合成纳米颗粒原料装入高能搅拌球磨机上球磨20h～40h后，制备成晶粒度小于100nm的原位合成TiB2/Al2O3纳米混合粉体；将所制备好的原位合成TiB2/Al2O3纳米混合粉体与预扩散用的颗粒度为100～400目的铁粉按照重量百分比1∶0.5～1∶2的比例称取，放入搅拌球磨机内进行搅拌混合均匀后，将占上述混合物体积1/30～1/10的聚乙烯醇稀溶液加入到球磨机内，充分搅拌，混合均匀，制成原位合成纳米颗粒预分散粉体后倒出；将混合均匀后的含有预扩散原位合成纳米颗粒的混合粉体置于烘箱中经70℃～100℃的温度烘烤干燥；(2)纳米颗粒分散预制块制备工艺：a、将经过上述预处理后的含有预扩散铁粉的原位合成纳米混合粉体∶硼砂∶碳酸钠∶氯化铵按照纳米颗粒混合粉体重量百分比为100∶1∶0.5∶0.5的比例配制并搅拌均匀；b、将搅拌均匀的原位合成纳米颗粒混合粉体用模具制成块状或粒状坯料，将所制备好的块状或粒状坯料经100℃～380℃烘干即得到预扩散纳米粉体混合料预制块；(3)纳米强化耐磨模具钢的制备成型工艺过程为：a、采用铸造生产工艺，将所述原位合成纳米粉体混合料预制块按模具钢钢水重量的0.1％～6％加入量称取后，将其放在钢水包的底部，将所需成分的模具钢按照冶炼工艺要求进行冶炼和精炼后倒入已放入纳米粉体混合料预制块的钢水包内，高温钢水与钢水包底的纳米粉体混合料预制块发生反应，预制块在钢水内原位合成TiB2/Al2O3纳米混合颗粒，将钢水包调入电磁搅拌器中进行电磁搅拌约5～15分钟，通过调整和控制电磁搅拌强度，使原位合成纳米粉体混合料预制块在钢水中分散后形成充分扩散，均匀分布在模具钢钢水中；b：浇注成型将已经扩散有原位合成TiB2/Al2O3纳米混合颗粒的模具钢钢水按照常规模具钢铸造成型工艺进行金属型铸造、砂型铸造、负压实型铸造、离心铸造、真空铸造成型，即得到纳米改性模具钢铸造坯料，按照常规加工工艺将含有TiB2/Al2O3纳米混合粉体改性的模具钢铸造坯料进行电渣熔铸或锻造成型，制造成所需几何形状和尺寸的纳米强化耐磨模具钢。