專利名稱：一種粉末冶金工具鋼的成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料成形方法，具體涉及一種粉末冶金工具鋼的成型方法。
背景技術(shù)：
常用的工具鋼(高速鋼)是鑄-鍛料，由于成份偏析，組織粗大，機(jī)械性能一般，而且，制成零件需進(jìn)行大量的機(jī)械加工。普通粉末冶金工具鋼(高速鋼)冷壓制品，相比鑄-鍛料加工件，材料組織均勻細(xì)小，無偏析，性能穩(wěn)定；同時(shí)，采用模具成型，適合大批量、形狀復(fù)雜、尺寸精度高的零件生產(chǎn)；但由于孔隙的存在，強(qiáng)度、韌性等機(jī)械性能指標(biāo)不高，使用也因而受到限制。采用熱等靜壓，將工具鋼(高速鋼)粉末制成完全致密的鋼坯，并保持均勻細(xì)小的組織，強(qiáng)度性能可以大幅度提高；但制成零件仍需與鑄-鍛料一樣，需要后續(xù)機(jī)械加工；加上熱等靜壓本身投入巨大，生產(chǎn)效率低下，制成的鋼坯單價(jià)就高達(dá)數(shù)百元/公斤，因而使用也受到相當(dāng)限制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種效率高、低成本、性能好且節(jié)能的粉末冶金工具鋼的成型方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是:
粉末冶金工具鋼的成型方法，包括以下步驟:
步驟一、將水霧化工具鋼(高速鋼)粉末在真空度3 — 10Pa、900-950°C的溫度下進(jìn)行碳還原，然后在780-820°C的溫度下保溫退火；
步驟二、在經(jīng)還原退火的工具鋼(高速鋼)粉末中加入石墨潤(rùn)滑劑，石墨潤(rùn)滑劑中的碳占總重量的0.5——3.0% (重量)，混合均勻，真空干燥過篩，使粉末表面均勻包覆一層助燒結(jié)的石墨潤(rùn)滑劑，再均勻混入石蠟成型劑得到混合料；
步驟三、將步驟二的混合料用傳統(tǒng)的粉末冶金工藝模壓成型制成材料坯或零件坯，其壓坯相對(duì)密度70——85%，再在真空或保護(hù)氣體條件下采用300-600°C的溫度預(yù)燒脫蠟；步驟四、將步驟三的材料坯或零件用真空-壓力爐進(jìn)行燒結(jié)，最高燒結(jié)溫度T為混合料的相圖固相線上5_10°C,溫度誤差小于±3°C,氣壓O-8 MPa。所述步驟一的工具鋼(高速鋼)粉末的碳含量偏差控制在±0.1%以內(nèi)，其它主要成分偏差在±0.25%。所述步驟四的真空-壓力爐，按以下程序操作:
階段一:升溫溫度O 1100 °C，真空壓力10 lOOPa，時(shí)間60 120分鐘；
階段二:保溫溫度900 1100 °C，真空壓力5 10Pa，時(shí)間60 90分鐘；
階段三:升溫溫度900 T-40°C，真空壓力5 10Pa，時(shí)間5 90分鐘；
階段四:保溫溫度T-40°C，真空壓力5 10Pa，時(shí)間5 90分鐘；
階段五:升溫溫度T-40 T-5°C，真空壓力I 5Pa，時(shí)間5 30分鐘；
階段六:保溫溫度T-5°C，真空壓力I 5 Pa，時(shí)間30 120分鐘； 階段七:保溫溫度T°C，氣壓IPa 8 MPa,時(shí)間30 120分鐘；
其中T為1200 12500C ο本發(fā)明的特點(diǎn)是采用優(yōu)質(zhì)高純?cè)响F化成工具鋼(高速鋼)粉末，高溫還原退火，再包覆助燒結(jié)添加劑石墨，接著采用常規(guī)的冷壓成型，最后，使用精密可控的真空-壓力燒結(jié)技術(shù)，進(jìn)行超固相線燒結(jié)，制成工具鋼(高速鋼)材料及零件。本發(fā)明的有益效果:
1、本發(fā)明通過工具鋼(高速鋼)粉末包覆助燒結(jié)添加劑石墨、精密真空-壓力超固相線燒結(jié)，生產(chǎn)的工具鋼(高速鋼)材料及零件，組織均勻細(xì)小，相對(duì)密度高達(dá)99.5%，密度接近全致密；
2、本發(fā)明生產(chǎn)的工具鋼(高速鋼)材料性能優(yōu)異，物理機(jī)械性能接近等靜壓工具鋼(高速鋼)材料，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)冷壓燒結(jié)材料和鑄鍛工具鋼(高速鋼)材料；
3、本發(fā)明繼承了粉末冶金的低成本、無切削、高效率、能大批量生產(chǎn)零件的優(yōu)點(diǎn)；相比較，熱等靜壓投入大、能耗高、生產(chǎn)成本高、材料利用率低；本發(fā)明具有高效、節(jié)能、低排等特點(diǎn)。下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
粉末冶金工具鋼的成型方法，包括以下步驟:
步驟一、將水霧化工具鋼(高速鋼)Crl2Nb4M01粉末在真空度5Pa ,900°C的溫度下進(jìn)行碳還原，然后在780-820°C的溫度下保溫退火；
步驟二、在經(jīng)還原退火的工具鋼(高速鋼)粉末中加入石墨潤(rùn)滑劑，石墨潤(rùn)滑劑選用Henkel公司的DAG154，石墨潤(rùn)滑劑中的碳占總重量的2.3% (重量)，混合均勻，真空干燥過篩，使粉末表面均勻包覆一層助燒結(jié)的石墨潤(rùn)滑劑，再均勻混入石蠟成型劑得到混合料；步驟三、將步驟二的混合料用傳統(tǒng)的粉末冶金工藝模壓成型制成材料坯或零件坯，其壓坯相對(duì)密度85%，再在真空條件下采用400°C的溫度預(yù)燒脫蠟；
步驟四、將步驟三的材料坯或零件用真空-壓力爐進(jìn)行燒結(jié)，最高燒結(jié)溫度T為混合料的相圖固相線1220 1:上10°C即1230 °C，溫度誤差小于±3°C，氣壓6MPa。所述步驟一的工具鋼(高速鋼)粉末的碳含量偏差控制在±0.1%以內(nèi)，其它主要成分偏差在±0.25%。所述步驟四的真空-壓力爐，按以下程序操作:
階段一:升溫溫度O 1100 °C，真空壓力80Pa，時(shí)間120分鐘；
階段二:保溫溫度1100 °C，真空壓力8Pa，時(shí)間60分鐘；
階段三:升溫溫度1100 T-40°C，真空壓力8Pa，時(shí)間20分鐘；
階段四:保溫溫度T-40°C，真空壓力8Pa，時(shí)間60分鐘；
階段五:升溫溫度T-40 T-5°C，真空壓力3Pa，時(shí)間5分鐘；
階段六:保溫溫度T-5°C，真空壓力3Pa，時(shí)間60分鐘；
階段七:保溫溫度TC，氣壓6MPa，時(shí)間30分鐘。實(shí)施例2粉末冶金工具鋼的成型方法，包括以下步驟:
步驟一、將水霧化工具鋼(高速鋼)Crl2NilM00.5C2.0粉末在真空度10Pa、900°C的溫度下進(jìn)行碳還原，然后在780°C的溫度下保溫退火；
步驟二、在經(jīng)還原退火的工具鋼(高速鋼)粉末中加入石墨潤(rùn)滑劑，石墨潤(rùn)滑劑選用Henkel公司的DAG154，石墨潤(rùn)滑劑中的碳占總重量的0.5% (重量)，混合均勻，真空干燥過篩，使粉末表面均勻包覆一層助燒結(jié)的石墨潤(rùn)滑劑，再均勻混入石蠟成型劑得到混合料；步驟三、將步驟二的混合料用傳統(tǒng)的粉末冶金工藝模壓成型制成材料坯或零件坯，其壓坯相對(duì)密度70%，再在保護(hù)氣體(氨分解氣體或氮?dú)?條件下采用600°C的溫度預(yù)燒脫蠟；步驟四、將步驟三的材料坯或零件用真空-壓力爐進(jìn)行燒結(jié)，最高燒結(jié)溫度T為混合料的相圖固相線1220 1:上10°C即1230 °C，溫度誤差小于±3°C，氣壓8MPa。所述步驟一的工具鋼(高速鋼)粉末的碳含量偏差控制在±0.1%以內(nèi)，其它主要成分偏差在±0.25%。所述步驟四的真空-壓力爐，按以下程序操作:
階段一:升溫溫度O 1000 °C，真空壓力lOOPa，·時(shí)間80分鐘；
階段二:保溫溫度1000 °C，真空壓力10Pa，時(shí)間90分鐘；
階段三:升溫溫度1000 T-40°C，真空壓力10Pa，時(shí)間90分鐘；
階段四:保溫溫度T-40°C，真空壓力10Pa，時(shí)間90分鐘；
階段五:升溫溫度T-40 T-5°C，真空壓力5Pa，時(shí)間30分鐘；
階段六:保溫溫度T-5°C，真空壓力5Pa，時(shí)間120分鐘；
階段七:保溫溫度TC，氣壓8MPa，時(shí)間30分鐘。實(shí)施例3
粉末冶金工具鋼的成型方法，包括以下步驟:
步驟一、將水霧化工具鋼(高速鋼)Crl2Nb6M01.5粉末在真空度3Pa、950°C的溫度下進(jìn)行碳還原，然后在820°C的溫度下保溫退火；
步驟二、在經(jīng)還原退火的工具鋼(高速鋼)粉末中加入石墨潤(rùn)滑劑，石墨潤(rùn)滑劑選用Henkel公司的DAG154，石墨潤(rùn)滑劑中的碳占總重量的3.0% (重量)，混合均勻，真空干燥過篩，使粉末表面均勻包覆一層助燒結(jié)的石墨潤(rùn)滑劑，再均勻混入石蠟成型劑得到混合料；步驟三、將步驟二的混合料用傳統(tǒng)的粉末冶金工藝模壓成型制成材料坯或零件坯，其壓坯相對(duì)密度85%，再在真空條件下采用300°C的溫度預(yù)燒脫蠟；
步驟四、將步驟三的材料坯或零件用真空-壓力爐進(jìn)行燒結(jié)，最高燒結(jié)溫度T為混合料的相圖固相線1220 °C^5°C即1225 °C，溫度誤差小于±3°C，氣壓OMPa。所述步驟一的工具鋼(高速鋼)粉末的碳含量偏差控制在±0.1%以內(nèi)，其它主要成分偏差在±0.25%。所述步驟四的真空-壓力爐，按以下程序操作:
階段一:升溫溫度O 1000 °C，真空壓力10Pa，時(shí)間60分鐘；
階段二:保溫溫度1000 °C，真空壓力5Pa，時(shí)間60分鐘；
階段三:升溫溫度1000 T-40°C，真空壓力5Pa，時(shí)間5分鐘；
階段四:保溫溫度T-40°C，真空壓力5Pa，時(shí)間5分鐘；
階段五:升溫溫度T-40 T-5°C，真空壓力IPa，時(shí)間5分鐘；階段六:保溫溫度T-5°C，真空壓力IPa，時(shí)間30分鐘；
階段七:保溫溫度TC，氣壓IPa，時(shí)間120分鐘。所述的石墨潤(rùn)滑劑和石蠟成型劑均為常規(guī)市售產(chǎn)品。采用本發(fā)明方法生產(chǎn)的零部件具有耐磨、密度高、機(jī)械性能好，適合大批量生產(chǎn)的特點(diǎn)(參見表I)。表I燒結(jié)材料物理機(jī)械性能
權(quán)利要求
1.一種粉末冶金工具鋼的成型方法，其特征是包括以下步驟: 步驟一、將水霧化工具鋼粉末在真空度3 — 10Pa、900-950°C的溫度下進(jìn)行碳還原，然后在780-820°C的溫度下保溫退火； 步驟二、在經(jīng)還原退火的工具鋼粉末中加入石墨潤(rùn)滑劑，石墨潤(rùn)滑劑中的碳占總重量的0.5—3.0% (重量)，混合均勻，真空干燥過篩，使粉末表面均勻包覆一層助燒結(jié)的石墨潤(rùn)滑劑，再均勻混入石蠟成型劑得到混合料； 步驟三、將步驟二的混合料用傳統(tǒng)的粉末冶金工藝模壓成型制成材料坯或零件坯，其壓坯相對(duì)密度70——85%，再在真空或保護(hù)氣體條件下采用300-600°C的溫度預(yù)燒脫蠟；步驟四、將步驟三的材料坯或零件用真空-壓力爐進(jìn)行燒結(jié)，最高燒結(jié)溫度T為混合料的相圖固相線上5_10°C,溫度誤差小于±3°C,氣壓O-8 MPa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述粉末冶金工具鋼的成型方法，其特征是所述步驟一的工具鋼(高速鋼)粉末的碳含量偏差控制在±0.1%以內(nèi)，其它主要成分偏差在±0.25%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述粉末冶金工具鋼的成型方法，其特征是所述步驟四的真空-壓力爐，按以下程序操作: 階段一:升溫溫度O 1100 °C，真空壓力10 lOOPa，時(shí)間60 120分鐘； 階段二:保溫溫度900 1100 °C，真空壓力5 10Pa，時(shí)間60 90分鐘； 階段三:升溫溫度900 T-40°C，真空壓力5 10Pa，時(shí)間5 90分鐘； 階段四:保溫溫度T-40°C，真空壓力5 10Pa，時(shí)間5 90分鐘； 階段五:升溫溫度T-40 T-5°C，真空壓力I 5Pa，時(shí)間5 30分鐘； 階段六:保溫溫度T-5°C，真空壓力I 5 Pa，時(shí)間30 120分鐘； 階段七:保溫溫度T°C，氣壓IPa 8 MPa,時(shí)間30 120分鐘； 其中T為1200 12500C ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種粉末冶金工具鋼的成型方法，包括以下步驟步驟一、將水霧化工具鋼粉末在真空下進(jìn)行碳還原、退火；步驟二、在粉末表面均勻包覆一層助燒結(jié)的石墨潤(rùn)滑劑，再混入石蠟成型劑得到混合料；步驟三、將混合料模壓成型制成材料坯或零件坯、脫蠟；步驟四、將材料坯或零件用真空-壓力爐進(jìn)行燒結(jié)。本發(fā)明生產(chǎn)的工具鋼(高速鋼)組織均勻細(xì)小，相對(duì)密度高達(dá)99.5%，密度接近全致密；材料性能優(yōu)異，物理機(jī)械性能接近等靜壓工具鋼(高速鋼)材料；具有粉末冶金的低成本、無切削、高效率、能大批量生產(chǎn)零件的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B22F1/00GK103157796SQ20131012240
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者尹平玉, 溫英, 湯曉壯, 喻海霞 申請(qǐng)人:湖南環(huán)宇粉末冶金有限公司