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(shuō)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(wú)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(guò)程帶來(lái)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(guò)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(kāi)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