一種噴射成型多梯度高速鋼的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種噴射成型多梯度高速鋼的制備方法,該高速鋼的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成:C:1.5-2.0%,Cr:4.5-5.0%,Mo:4.5-5.5%,W:7.0-7.5%,V:3.0-3.8%,Nb:0.6-1.0%,Ti:0.2-0.5%,Si:0.5-1.0%,Mn:0.1-0.5%,其余為Fe及不可避免的雜質(zhì);所述的制備方法包括如下步驟:配料→熔化→噴射成型→空冷→退火→熱鍛→淬火回火。采用如上的方法,提高了噴嘴霧化效率和沉積效率,實(shí)現(xiàn)了多層復(fù)合材料的連續(xù)制備。獲得有益的效果為:沉積坯孔隙率低(2-4%)、組織細(xì)小均勻(平均晶粒度0.9-20μm)、界面結(jié)合性能較好,材料收得率高(72%-85%)。
【專利說明】一種噴射成型多梯度高速鋼的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼鐵冶金【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其涉及一種噴射成型多梯度高速鋼的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高速鋼是一種高合金鋼,熱處理后具有高熱硬性,當(dāng)切削溫度高達(dá)600°C以上時(shí),硬度仍無明顯下降,用其制造的刀具切削速度可達(dá)每分鐘60米以上,其硬度為63-65HRC。
[0003]但高速鋼中通常都含有Co元素,由于Co價(jià)格昂貴,導(dǎo)致高速鋼價(jià)格昂貴。高速鋼的制造方法有兩種,一為傳統(tǒng)的鋼錠澆鑄,另一種則為利用粉末冶金方法制造。鋼錠澆鑄通常又分為二次精煉(EAF+LF+VD)或電渣重熔(ESR)兩類,上述方法中由于金屬液緩慢冷卻,造成合金的不均勻偏析和合金碳化物的粗大,從而影響到高速鋼的性能。
[0004]噴射成形技術(shù)是一項(xiàng)新興的技術(shù),該技術(shù)具有快速凝固的特點(diǎn),可制備常規(guī)工藝難以制備的高合金或超高合金材料,快速凝固促進(jìn)了金屬組織細(xì)化、消除了宏觀偏析,材料晶粒細(xì)小、組織均勻,從而大幅度地提高了合金性能。它既克服了傳統(tǒng)的冶金鑄造過程帶來的缺陷,又可免除粉末冶的制粉、壓制、燒結(jié)等多道工序,節(jié)省了中間步驟,比粉末冶金工藝降低了生產(chǎn)成本縮短了生產(chǎn)時(shí)間。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種噴射成型多梯度高速鋼的制備方法,其工序比粉末冶金工序簡(jiǎn)單得多,省略了粉末冶金中粉末的篩分、混批、封裝、冷等靜壓、熱等靜壓等工序,不需要昂貴的設(shè)備投資,且最終材料的性能達(dá)到甚至超過成分相近的粉末高速鋼,節(jié)省了工藝成本,降低了粉末冶金高速鋼的使用價(jià)格,有利于機(jī)械制造業(yè)的廣泛使用。
[0006]為達(dá)到上述目的,本發(fā)明的一種噴射成型多梯度高速鋼的制備方法,該高速鋼的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成:C:1.5-2.0%,Cr:4.5-5.0%, Mo:4.5-5.5%,W:7.0-7.5%,V:3.0-3.8%,Nb:0.6-1.0%,T1:0.2-0.5%,S1:0.5-1.0%,Μη:
0.l-0.5%,其余為Fe及不可避免的雜質(zhì);所述的制備方法包括如下步驟:
[0007]I)配料工序:按照合金的成分進(jìn)行配料;
[0008]2)熔化工序:將混合好的配料放入真空感應(yīng)爐內(nèi)加熱到高于合金熔點(diǎn)1700-1750°C,保溫10-30分鐘,使感應(yīng)爐內(nèi)高速鋼熔體的成分和溫度達(dá)到均勻一致,然后把高速鋼熔體在惰性氣體保護(hù)下加熱升溫;
[0009]3)噴射成型:一個(gè)以上的合金液坩堝依次排列在在高速鋼熔體上方,各坩堝中的高速鋼合金液在液相線以上100-200°C保溫,然后傾倒入中間包,中間包熔體高度控制在150mm-250mm之間,中間包的溫度高于高速鋼熔點(diǎn)1700_1720°C ;熔體經(jīng)由中間包底部的霧化噴嘴噴射到沉積室內(nèi),霧化壓力2-3MPa,霧化氣體為純度> 99.9%的N2氣,霧化的熔滴飛行并沉積在以35-45轉(zhuǎn)/分速度旋轉(zhuǎn)的沉積器上,形成多層梯度材料;
[0010]4)空冷工序:升高沉積器使沉積坯到霧化嘴的距離為50-100mm,同時(shí)保持沉積坯在沉積器上以40-520轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)并保持沉積坯與噴嘴之間的距離不變,當(dāng)坯體表面溫度低于750°C后,停止沉積器旋轉(zhuǎn),隨爐冷卻,獲得高速鋼坯體;
[0011]5)退火工序:將噴射成形制得的高速鋼坯體加熱到900-950°C,保溫10小時(shí)以上后緩冷到≤600°C出爐空冷,冷卻速度≤30K/hr ;
[0012]6)熱鍛工序:將退火好的高速鋼坯加熱溫度到1200_1250 °C,始鍛溫度為1100-1200°C,終鍛溫度為 900-950°C ;
[0013]7)淬火回火工序:將熱鍛好的高速鋼加熱到1120-1200°C保溫5_10分鐘后淬火,550-600°C保溫I小時(shí)后回火,回火次數(shù)1-4次。
[0014]采用如上的方法,提高了噴嘴霧化效率和沉積效率,實(shí)現(xiàn)了多層復(fù)合材料的連續(xù)制備。獲得有益的效果為:沉積坯孔隙率低(2-4%)、組織細(xì)小均勻(平均晶粒度
0.9-20 μ m)、界面結(jié)合性能較好,材料收得率高(72% -85% )0
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例一
[0016]一種噴射成型多梯度高速鋼的制備方法,該高速鋼的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成:c:1.5-1.8%, Cr:4.5-5.0%, Mo:4.5-5.5%, W:7.0-7.5%, V:3.0-3.5%,Nb:0.6-1.0%, Ti:0.2-0.5%, S1:0.5-1.0%, Mn:0.1-0.4%,其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì);所述的制備方法包括如下步驟:
[0017]I)配料工序:按照合金的成分進(jìn)行配料;
[0018]2)熔化工序:將混合好的配料放入真空感應(yīng)爐內(nèi)加熱到高于合金熔點(diǎn)1700-1720°C,保溫10-30分鐘,使感應(yīng)爐內(nèi)高速鋼熔體的成分和溫度達(dá)到均勻一致,然后把高速鋼熔體在惰性氣體保護(hù)下加熱升溫;
[0019]3)噴射成型:一個(gè)以上的合金液坩堝依次排列在在高速鋼熔體上方,各坩堝中的高速鋼合金液在液相線以上100-150°C保溫,然后傾倒入中間包,中間包熔體高度控制在150mm-250mm之間,中間包的溫度高于高速鋼熔點(diǎn)1700_1720°C ;熔體經(jīng)由中間包底部的霧化噴嘴噴射到沉積室內(nèi),霧化壓力2-3MPa,霧化氣體為純度> 99.9%的N2氣,霧化的熔滴飛行并沉積在以35-45轉(zhuǎn)/分速度旋轉(zhuǎn)的沉積器上,形成多層梯度材料;
[0020]4)空冷工序:升高沉積器使沉積坯到霧化嘴的距離為50-100mm,同時(shí)保持沉積坯在沉積器上以480-520轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)并保持沉積坯與噴嘴之間的距離不變,當(dāng)坯體表面溫度低于750°C后,停止沉積器旋轉(zhuǎn),隨爐冷卻,獲得高速鋼坯體;
[0021]5)退火工序:將噴射成形制得的高速鋼坯體加熱到900-920°C,保溫10小時(shí)以上后緩冷到≤600°C出爐空冷,冷卻速度≤30K/hr ;
[0022]6)熱鍛工序:將退火好的高速鋼坯加熱溫度到1200_1250 °C,始鍛溫度為1150-1200°C,終鍛溫度為 900-950°C ;
[0023] 7)淬火回火工序:將熱鍛好的高速鋼加熱到1150-1200°C保溫5_10分鐘后淬火,550-600°C保溫I小時(shí)后回火,回火次數(shù)1-4次。
[0024]實(shí)施例二
[0025]一種噴射成型多梯度高速鋼的制備方法,該高速鋼的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成:c:1.5-2.0%, Cr:4.8-5.0%, Mo:4.5-5.5%, W:7.0-7.2%, V:3.0-3.8%,Nb:0.6-1.0%, Ti:0.2-0.4%, S1:0.5-1.0%, Mn:0.1-0.5%,其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì);所述的制備方法包括如下步驟:
[0026]I)配料工序:按照合金的成分進(jìn)行配料;
[0027]2)熔化工序:將混合好的配料放入真空感應(yīng)爐內(nèi)加熱到高于合金熔點(diǎn)1700-1750°C,保溫10-30分鐘,使感應(yīng)爐內(nèi)高速鋼熔體的成分和溫度達(dá)到均勻一致,然后把高速鋼熔體在惰性氣體保護(hù)下加熱升溫;
[0028]3)噴射成型:一個(gè)以上的合金液坩堝依次排列在在高速鋼熔體上方,各坩堝中的高速鋼合金液在液相線以上150-200°C保溫,然后傾倒入中間包,中間包熔體高度控制在150mm-220mm之間,中間包的溫度高于高速鋼熔點(diǎn)1700_1720°C ;熔體經(jīng)由中間包底部的霧化噴嘴噴射到沉積室內(nèi),霧化壓力2-3MPa,霧化氣體為純度> 99.9%的N2氣,霧化的熔滴飛行并沉積在以35-45轉(zhuǎn)/分速度旋轉(zhuǎn)的沉積器上,形成多層梯度材料;
[0029]4)空冷工序:升高沉積器使沉積坯到霧化嘴的距離為50_80mm,同時(shí)保持沉積坯在沉積器上以480-520轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)并保持沉積坯與噴嘴之間的距離不變,當(dāng)坯體表面溫度低于750°C后,停止沉積器旋轉(zhuǎn),隨爐冷卻,獲得高速鋼坯體;
[0030]5)退火工序:將噴射成形制得的高速鋼坯體加熱到900-950°C,保溫10小時(shí)以上后緩冷到≤600°C出爐空冷,冷卻速度≤30K/hr ;
[0031]6)熱鍛工序:將退火好的高速鋼坯加熱溫度到1200-1220°C,始鍛溫度為為50-1200°C,終鍛溫度為 900-950°C ;
[0032]7)淬火回火工序: 熱鍛好的高速鋼加熱到1120-1200°C保溫5_10分鐘后淬火,550-600°C保溫I小時(shí)后回火,回火次數(shù)1-4次。
[0033]實(shí)施例三
[0034]一種噴射成型多梯度高速鋼的制備方法,該高速鋼的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成:c:1.5-1.8%, Cr:4.5-4.8%, Mo:4.5-5.5%, W:7.2-7.5%, V:3.4-3.8%,Nb:0.6-1.0%, Ti:0.2-0.5%, S1:0.5-1.0%, Mn:0.1-0.5%,其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì);所述的制備方法包括如下步驟:
[0035]I)配料工序:按照合金的成分進(jìn)行配料;
[0036]2)熔化工序:將混合好的配料放入真空感應(yīng)爐內(nèi)加熱到高于合金熔點(diǎn)1720-1750°C,保溫10-30分鐘,使感應(yīng)爐內(nèi)高速鋼熔體的成分和溫度達(dá)到均勻一致,然后把高速鋼熔體在惰性氣體保護(hù)下加熱升溫;
[0037]3)噴射成型:一個(gè)以上的合金液坩堝依次排列在在高速鋼熔體上方,各坩堝中的高速鋼合金液在液相線以上100-180°C保溫,然后傾倒入中間包,中間包熔體高度控制在150mm-250mm之間,中間包的溫度高于高速鋼熔點(diǎn)1710_1720°C ;熔體經(jīng)由中間包底部的霧化噴嘴噴射到沉積室內(nèi),霧化壓力2.5MPa,霧化氣體為純度> 99.9%的N2氣,霧化的熔滴飛行并沉積在以35-45轉(zhuǎn)/分速度旋轉(zhuǎn)的沉積器上,形成多層梯度材料;
[0038]4)空冷工序:升高沉積器使沉積坯到霧化嘴的距離為50-100mm,同時(shí)保持沉積坯在沉積器上以480-520轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)并保持沉積坯與噴嘴之間的距離不變,當(dāng)坯體表面溫度低于750°C后,停止沉積器旋轉(zhuǎn),隨爐冷卻,獲得高速鋼坯體;
[0039]5)退火工序:將噴射成形制得的高速鋼坯體加熱到900_950°C,保溫10小時(shí)以上后緩冷到≤600°C出爐空冷,冷卻速度≤30K/hr ;
[0040]6)熱鍛工序:將退火好的高速鋼坯加熱溫度到1200_1250 °C,始鍛溫度為1100-1200°C,終鍛溫度為 900-950°C ;
[0041]7)淬火回火工序:將熱鍛好的高速鋼加熱到1120-1200°C保溫5_10分鐘后淬火,550-600°C保溫I小時(shí)后回火,回火次數(shù)1-4次。
【權(quán)利要求】
1.一種噴射成型多梯度高速鋼的制備方法,其特征在于該高速鋼的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成:c:1.5-2.0%, Cr:4.5-5.0%, Mo:4.5-5.5%, W:7.0-7.5%, V:3.0-3.8%, Nb:0.6-1.0%, T1:0.2-0.5%, S1:0.5-1.0%, Mn:0.1-0.5%,其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種噴射成型多梯度高速鋼的制備方法,其特征在于所述的制備方法包括如下步驟: 1)配料工序:按照合金的成分進(jìn)行配料; 2)熔化工序:將混合好的配料放入真空感應(yīng)爐內(nèi)加熱到高于合金熔點(diǎn)1700-1750°C,保溫10-30分鐘,使感應(yīng)爐內(nèi)高速鋼熔體的成分和溫度達(dá)到均勻一致,然后把高速鋼熔體在惰性氣體保護(hù)下加熱升溫; 3)噴射成型:一個(gè)以上的合金液坩堝依次排列在在高速鋼熔體上方,各坩堝中的高速鋼合金液在液相線以上100-200°C保溫,然后傾倒入中間包,中間包熔體高度控制在150mm-250mm之間,中間包的溫度高于高速鋼熔點(diǎn)1700_1720°C ;熔體經(jīng)由中間包底部的霧化噴嘴噴射到沉積室內(nèi),霧化壓力2-3MPa,霧化氣體為純度> 99.9%的N2氣,霧化的熔滴飛行并沉積在以35-45轉(zhuǎn)/分速度旋轉(zhuǎn)的沉積器上,形成多層梯度材料; 4)空冷工序:升高沉積器使沉積坯到霧化嘴的距離為50-100mm,同時(shí)保持沉積坯在沉積器上以480-520轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)并保持沉積坯與噴嘴之間的距離不變,當(dāng)坯體表面溫度低于750°C后,停止沉積器旋轉(zhuǎn),隨爐冷卻,獲得高速鋼坯體; 5)退火工序:將噴射成形制得的高速鋼坯體加熱到900-950°C,保溫10小時(shí)以上后緩冷到≤600°C出爐空冷,冷卻速度≤30K/hr ; 6)熱鍛工序:將退火好的高速鋼坯加熱溫度到1200-1250°C,始鍛溫度為1100-1200°C,終鍛溫度為 900-950°C ; 7)淬火回火工序:將熱鍛好的高速鋼加熱到1120-1200°C保溫5-10分鐘后淬火,550-600°C保溫I小時(shí)后回火,回火次數(shù)1-4次。
【文檔編號(hào)】C22C33/04GK104131211SQ201410414393
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】徐軼, 陳德康, 陳焱, 朱紅義, 巢玉琴 申請(qǐng)人:江蘇飛達(dá)鉆頭股份有限公司