本發(fā)明屬于鋼鐵材料制造領(lǐng)域，具體涉及一種HM1粉末鋼及其制備工藝。
背景技術(shù)：
HM1模具鋼具有良好的抗熱疲憊性能、抗回火穩(wěn)定性能和良好的冶煉、鍛造、熱處理及機(jī)械加工工藝性能，是高強(qiáng)韌性熱作模具新鋼種。適用于高溫、高負(fù)荷、急熱急冷條件下的壓力機(jī)鍛模、軸承熱鍛凹模、成型滾鍛模、高強(qiáng)度和高熱強(qiáng)鋼的精密鍛造、鋁和銅合金壓鑄模、熱擠壓摸具等，在高溫性能方面明顯優(yōu)于H13鋼。從模具經(jīng)濟(jì)性方面考慮，使用粉末冶金（PM）模具鋼大大降低了單件成本。盡管模具初始成本較高，但是延長(zhǎng)模具壽命，減少停工時(shí)間，同樣讓使用者獲益。從冶金學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，根據(jù)特殊方法冶煉推出的粉末冶金模具鋼比常規(guī)工具鋼的壽命長(zhǎng)。粉末冶金模具鋼碳化物細(xì)小且分布均勻，形成的碳化物越硬，尺寸越小，分布越均勻，就越能提高模具壽命。粉末鋼制備過(guò)程中，金屬粉末的成分和性能對(duì)于粉末鋼的性能影響最為顯著。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明鋼含有的C、Si、Mn、Cr、Mo、W、V、P、S元素，其顯微組織為馬氏體+碳化物。
本發(fā)明提供一種HM1粉末鋼的制備工藝及其金屬粉末，粉末粒度50-100μm，其各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.32－0.42%C，0.60－0.90%Si，1.20－1.80%Mn，2.80－3.30%Cr，2.50－3.00%Mo，0.80－1.20%V，1.20－2.80%W，P≤0.030%，S≤0.030%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
其中，W優(yōu)選2.4-2.8%。
W熔點(diǎn)高，比重大，W與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性，可顯著提高紅硬性和熱強(qiáng)性，W在鋼中除形成碳化物外，部分地溶入鐵中形成固溶體。其作用與鉬相似，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算，一般效果不如鉬顯著。W在鋼中的主要用途是增加回火穩(wěn)定性、紅硬性、熱強(qiáng)性以及由于形成碳化物而增加的耐磨性。W形成難熔碳化物，在較高溫度回火時(shí)，能延緩碳化物的聚集過(guò)程，保持較高的高溫強(qiáng)度。W還可以降低鋼的過(guò)熱敏感性、增加淬透性。所以，優(yōu)選W含量，對(duì)獲得優(yōu)良的高溫性能具有重要意義。
本發(fā)明提供一種HM1粉末鋼的制備方法為：熱等靜壓溫度1000-1150℃，壓力100-160MPa，保溫2小時(shí)，以0.01－0.15℃/s的速率冷卻到700-800℃，保溫1-4小時(shí)，緩冷至室溫。
其中：熱等靜壓溫度優(yōu)選1040℃，緩冷冷卻速度優(yōu)選0.01℃/s。
相比傳統(tǒng)熔鑄，熱等靜壓工藝會(huì)獲得更為均勻細(xì)致的顯微組織。熱等靜壓溫度與壓力的配合對(duì)樣品的顯微組織有著至關(guān)重要的作用，為獲得性能優(yōu)異的產(chǎn)品，微觀組織需要最大程度的均勻致密，組織缺陷降到最低。若溫度偏低，壓力偏小，使合金粉末彌合度降低，會(huì)導(dǎo)致大量的組織缺陷，從而嚴(yán)重影響機(jī)械性能；若溫度偏高，壓力偏大，則會(huì)導(dǎo)致顯微組織過(guò)分長(zhǎng)大，粗化的微觀組織力學(xué)性能較差，不能夠達(dá)到性能的要求。
加熱至1180℃，保溫1小時(shí)，1125℃開始鍛造，終鍛溫度900℃以上。
加熱至700-800℃，保溫2-6小時(shí)，緩冷至650-750℃，保溫4-10小時(shí)，緩冷至室溫。其中：第一次退火保溫時(shí)間優(yōu)選6小時(shí)，第二次退火保溫時(shí)間優(yōu)選10小時(shí)。
加熱至1000-1150℃，保溫1小時(shí)，油介質(zhì)淬火，回火加熱500-650℃，保溫2小時(shí)，空冷至室溫，二次回火加熱500-650℃，保溫2小時(shí)，空冷至室溫。其中：回火及二次回火溫度優(yōu)選620℃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
1.顯微組織均勻細(xì)致，克服了現(xiàn)有技術(shù)中各種組織缺陷的形成，例如現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有尺寸如此細(xì)小的析出相。當(dāng)具備上述條件時(shí)，鋼的綜合性能優(yōu)異。
2. 使用壽命顯著延長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用低，性能優(yōu)異，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不局限于下列實(shí)施例。實(shí)施例中粉末鋼的化學(xué)成分如表1所示，粉末鋼的制備工藝如表2所示，粉末鋼及對(duì)比鋼的抗拉強(qiáng)度性能如表3所示，粉末鋼及對(duì)比鋼的沖擊韌性性能如表4所示。
表1 本發(fā)明鋼實(shí)施例與對(duì)比鋼的化學(xué)成分，wt%
表2 本發(fā)明鋼實(shí)施例與對(duì)比鋼的制備工藝
表3 本發(fā)明鋼實(shí)施例與對(duì)比鋼的抗拉強(qiáng)度對(duì)比
表4 本發(fā)明鋼實(shí)施例與對(duì)比鋼的沖擊功對(duì)比
實(shí)施例1
熱等靜壓溫度1020℃，壓力120MPa，保溫3小時(shí)，以0.02℃/s的速率冷卻到760℃，保溫4小時(shí)，緩冷至室溫。
加熱至1150℃，保溫1小時(shí)，1100℃開始鍛造，終鍛溫度920℃。
加熱至780℃，保溫4小時(shí)，緩冷至740℃，保溫6小時(shí)，緩冷至室溫。
加熱至1050℃，保溫1小時(shí)，油介質(zhì)淬火，回火加熱620℃，保溫2小時(shí)，空冷至室溫，二次回火加熱620℃，保溫2小時(shí)，空冷至室溫。
目標(biāo)產(chǎn)物中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表1中實(shí)施例1所示。按表2發(fā)明鋼1所示工藝制備本發(fā)明鋼。發(fā)明鋼1的抗拉強(qiáng)度性能如表3所示，發(fā)明鋼1的沖擊韌性性能如表4所示。
實(shí)施例2
熱等靜壓溫度1020℃，壓力120MPa，保溫3小時(shí)，以0.02℃/s的速率冷卻到760℃，保溫4小時(shí)，緩冷至室溫。
加熱至1150℃，保溫1小時(shí)，1100℃開始鍛造，終鍛溫度920℃。
加熱至780℃，保溫4小時(shí)，緩冷至740℃，保溫6小時(shí)，緩冷至室溫。
加熱至1050℃，保溫1小時(shí)，油介質(zhì)淬火，回火加熱620℃，保溫2小時(shí)，空冷至室溫，二次回火加熱620℃，保溫2小時(shí)，空冷至室溫。
目標(biāo)產(chǎn)物中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表1中實(shí)施例2所示。按表2發(fā)明鋼2所示工藝制備本發(fā)明鋼。發(fā)明鋼2的抗拉強(qiáng)度性能如表3所示，發(fā)明鋼2的沖擊韌性性能如表4所示。
對(duì)比鋼3
對(duì)鋼鋼采取傳統(tǒng)熔鑄工藝獲得。
對(duì)比鋼中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表1所示。按表2所示工藝制備對(duì)比鋼。對(duì)比鋼的抗拉強(qiáng)度性能如表3所示，對(duì)比鋼的沖擊韌性性能如表4所示。