一種粉末冶金工模具鋼的制備方法技術

本發(fā)明專利技術是一種粉末冶金工模具鋼的制備方法，本發(fā)明專利技術綜合了真空感應熔煉、惰性氣體霧化制粉和粉末冶金技術的優(yōu)點，利用氣體霧化制粉設備熔煉工模具鋼，通過優(yōu)化設計的負壓制粉工藝，制備出空心粉少、非金屬夾雜物數(shù)量少、尺寸小的高質量工模具鋼粉末，通過進一步熱動態(tài)除氣、包套和熱等靜壓制備出高質量的粉末冶金工模具鋼錠。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術是，屬于粉末冶金工模具鋼制備

技術介紹
我國的汽車、航空、航天及裝備制造等產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展階段，正逐步由制造大國向制造強國轉變。先進航空、航天、汽車產(chǎn)品要求零部件具有更優(yōu)異性能、更低成本更高環(huán)保性，而加工工藝要求具有更快加工速度、更高可靠性、高重復精度可再現(xiàn)性。我國現(xiàn)有的工模具材料以熔鍛工藝為主，由于受熔煉工藝的限制，合金化程度低、碳化物粗大、偏析嚴重、分布不均勻，耐磨、沖擊和切削等性能水平偏低，盡管其存在成本低廉的優(yōu)勢，但難以滿足高速高效加工及難加工材料的要求，只適用于中低端產(chǎn)品。粉末冶金工模具鋼無碳化物偏析且碳化物細小，抗彎強度是傳統(tǒng)工模具鋼的2倍以上，耐磨性和高溫硬度均大幅度提高，廣泛用于大模數(shù)重載切削滾刀等關鍵刀具、模具和關鍵部件?！や撋a(chǎn)工藝技術與國際先進水平存在明顯差距。粉末冶金工模具鋼是目前國外生產(chǎn)高性能、大尺寸復雜工模具的主體選材，其主要技術就是粉末冶金工藝。我國粉末冶金工模具鋼一直未能得到突破，主要是在工藝上存在障礙，主要是通過現(xiàn)有工藝制備的工模具鋼氣體含量偏高，非金屬夾雜物數(shù)量偏多，尺寸偏大，性能不穩(wěn)定。從國外的發(fā)展情況來看，隨著加工制造業(yè)向中國的轉移，以及國內自身在加工裝備技術方面的發(fā)展，粉末冶金工模具鋼的應用市場也會加速向中國集中和發(fā)展，行業(yè)預測的年需求增長率將在15 30%之間。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術正是針對上述現(xiàn)有技術狀況設計提供了，其目的是解決上述粉末冶金工模具鋼制備工藝中存在的問題。本專利技術的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的該種粉末冶金工模具鋼的制備方法，其特征在于(I)將工模具鋼母合金或按化學成分配比稱取金屬元素料，裝入氣體霧化制粉爐的真空感應熔煉坩堝中；(2)對氣體霧化制粉爐的熔煉室和霧化室抽真空，真空度< 20Pa ；(3)送電加熱母合金或金屬元素料至完全熔化，繼續(xù)加熱至1500°C 1600°C后精煉10 20分鐘；(4)精煉完成后，對氣體霧化制粉爐充高純氬氣；氬氣純度> 99.999%wt，O2 < 2ppm,壓力為O. 25、· 35Mpa，充氣后氣體霧化制粉爐的霧化室內壓力為O. 04 O. 08Mpa ；(5)氣體霧化制粉爐充氣完成后，保持合金液溫度在1500°C 1600°C，將感應熔煉坩堝內的合金液緩慢傾倒進中間包系統(tǒng)，當合金液流出導流管下端后f2s后，開啟高壓氮氣噴嘴的閥門及排氣系統(tǒng)閥門，用高純氮氣對合金液進行霧化，氮氣純度> 99. 999%wt, 02<2ppm,霧化壓力為 4. 0^6. OMpa ；在霧化過程中通過調節(jié)排氣系統(tǒng)，始終保持氣體霧化制粉爐的霧化室內的壓力為O. 04 O. 08Mpa ；(6)合金液霧化完畢后，立即啟動真空系統(tǒng)，把氣體霧化制粉爐的熔煉室和霧化室抽真空< 20Pa ；(7)把制得的工模具鋼粉末儲存在充滿氬氣氣氛的粉罐內； (8)對粉罐內的工模具鋼粉末進行篩分，得到< 100目的工模具鋼粉末，在粉末除氣爐內對工模具鋼粉末進行熱動態(tài)除氣，粉末加熱溫度200°C飛00°C，粉末除氣爐的真空度< 5 X 10-2Pa，除氣后直接裝入預先連接在粉末除氣爐上的包套內，裝滿后進行封焊；(9)將封焊好的包套送入熱等靜壓機內進行熱等靜壓，熱等靜壓溫度10500C 1200°C，壓力> lOOMpa，時間> 2h，隨爐冷卻。本專利技術技術方案針對粉末冶金工模具鋼材料的特點，采用負壓霧化工藝，結合對比試驗，在真空熔煉的過程中加1(Γ20分鐘的精煉，該措施能夠有效降低合金中的氧含量，同時真空度在小于20pa時，氧含量變化趨勢不明顯。采用氬氣保護熔煉和氮氣霧化相結合的方式，有利于減少非金屬夾雜物的產(chǎn)生，控制合金中的氣體含量，提高合金的綜合性能。本專利技術技術方案的優(yōu)點是(一)負壓霧化防止鋼液在霧化過程中因溫度降低造成的導液管堵塞，保證了鋼液能夠順暢流到噴嘴處進行霧化；(二)減少了空心粉末。在負壓作用下，霧化氣體與鋼液的交互作用更強烈，提高鋼液的破碎程度，進一步降低了粉末粒度。由于粉末粒度越小，比表面積越大，加上金屬液表面張力的作用，在負壓環(huán)境中，氣體很難裹入到金屬熔滴內，因此減少了空心粉產(chǎn)生；(三)減小非金屬夾雜物尺寸；由于細粉的中值粒徑進一步降低，因此，非金屬夾雜物的尺寸也進一步減小；(四)熱動態(tài)除氣包套一體化。在粉末篩分及包套過程中，工模具鋼粉末會產(chǎn)生部分氣體的物理吸附，造成一些氣體如02、H2O, Ar等的吸附，影響最終的合金錠坯質量，采用熱動態(tài)除氣包套一體化，減少制備工藝流程，有效減少這一類型的氣體吸附，提高合金錠坯質量并降低成本。具體實施例方式以下將結合實施例對本專利技術技術方案作進一步地詳述實施例采用本專利技術技術方案制備粉末冶金工模具鋼的步驟是(I)粉末冶金工模具鋼的成分和重量百分比為；C 2. 30%, Cr :4. 00%, Co :10. 60%，Mo 7. 00%, V 6. 60%, W :6. 50%，余量為 Fe ；(2)裝料將按上述化學成分及配比制備的母合金或按化學成分配比稱取金屬元素料，裝入氣體霧化制粉爐的真空感應熔煉坩堝；真空感應熔煉坩堝采用鎂鋁尖晶石等靜壓制備的坩堝；(3)熔煉室和霧化室抽真空；采用機械泵和羅茨泵二級泵系統(tǒng)對氣體霧化制粉爐的熔煉室和霧化室抽真空，真空度< 20Pa ；(4)送電加熱熔煉合金料在真空環(huán)境中，送電加熱母合金或金屬元素料至完全熔化，繼續(xù)加熱至1500°C 1600°C后精煉1(Γ20分鐘，使熔化的母合金或金屬元素料充分脫氧且成分更加均勻化；(5)充氣精煉完成后，對氣體霧化制粉爐充高純氬氣；氬氣純度> 99. 999%wt,O2 < 2ppm,壓力為O. 25、· 35Mpa，充氣后氣體霧化制粉爐的霧化室內壓力為O. 04 O.08Mpa ；(6)負壓霧化氣體霧化制粉爐充氣完成后，保持合金液溫度在1500°C 1600°C，將感應熔煉坩堝內的合金液緩慢傾倒進中間包系統(tǒng)，當觀察到合金液流出導流管下端后Hs后，開啟高壓氮氣噴嘴的閥門及排氣系統(tǒng)閥門，用高純氮氣對合金液進行霧化，氮氣純 度〉99. 999%wt, 02 < 2ppm,霧化壓力為 4. O 6. OMpa ；在霧化過程中通過調節(jié)排氣系統(tǒng)，始終保持氣體霧化制粉爐的霧化室內的壓力為O.04 O. 08Mpa ；(7)合金液霧化完畢后，立即啟動真空系統(tǒng)，把氣體霧化制粉爐的熔煉室和霧化室抽真空< 20Pa ；把工模具鋼粉末儲存在充滿氬氣氣氛的粉罐內；(8)對粉罐內的工模具鋼粉末進行篩分，得到< 100目的工模具鋼粉末，在粉末除氣爐內對工模具鋼粉末進行熱動態(tài)除氣，粉末加熱溫度200°C飛00°C，粉末除氣爐的真空度< 5X10_2Pa，除氣后直接裝入預先連接在粉末除氣爐上的包套內，裝滿后進行封焊；(9)將封焊好的包套送入熱等靜壓機內進行熱等靜壓，熱等靜壓溫度10500C 1200°C，壓力> lOOMpa，時間> 2h，隨爐冷卻。與現(xiàn)有技術相比，本專利技術技術方案綜合了真空感應熔煉、惰性氣體霧化制粉和粉末冶金技術的優(yōu)點，利用氣體霧化制粉設備熔煉工模具鋼，通過優(yōu)化設計的負壓制粉工藝，制備出空心粉少、非金屬夾雜物數(shù)量少、本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種粉末冶金工模具鋼的制備方法，其特征在于：（1）將工模具鋼母合金或按化學成分配比稱取金屬元素料，裝入氣體霧化制粉爐的真空感應熔煉坩堝中；（2）對氣體霧化制粉爐的熔煉室和霧化室抽真空，真空度＜20Pa；（3）送電加熱母合金或金屬元素料至完全熔化，繼續(xù)加熱至1500℃~1600℃后精煉10~20分鐘；（4）精煉完成后，對氣體霧化制粉爐充高純氬氣；氬氣純度＞99.999%wt，O2＜2ppm，壓力為0.25~0.35Mpa，充氣后氣體霧化制粉爐的霧化室內壓力為0.04～0.08Mpa；（5）氣體霧化制粉爐充氣完成后，保持合金液溫度在1500℃~1600℃，將感應熔煉坩堝內的合金液緩慢傾倒進中間包系統(tǒng)，當合金液流出導流管下端后1~2s后，開啟高壓氮氣噴嘴的閥門及排氣系統(tǒng)閥門，用高純氮氣對合金液進行霧化，氮氣純度＞99.999%wt，O2＜2ppm，霧化壓力為4.0~6.0Mpa；在霧化過程中通過調節(jié)排氣系統(tǒng)，始終保持氣體霧化制粉爐的霧化室內的壓力為0.04~0.08Mpa；（6）合金液霧化完畢后，立即啟動真空系統(tǒng)，把氣體霧化制粉爐的熔煉室和霧化室抽真空＜20Pa；（7）把制得的工模具鋼粉末儲存在充滿氬氣氣氛的粉罐內；（8）對粉罐內的工模具鋼粉末進行篩分，得到＜100目的工模具鋼粉末，在粉末除氣爐內對工模具鋼粉末進行熱動態(tài)除氣，粉末加熱溫度200℃~600℃，粉末除氣爐的真空度＜5×10？2Pa，除氣后直接裝入預先連接在粉末除氣爐上的包套內，裝滿后進行封焊；（9）將封焊好的包套送入熱等靜壓機內進行熱等靜壓，熱等靜壓溫度1050℃~1200℃，壓力＞100Mpa，時間＞2h，隨爐冷卻。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：袁華，李周，張國慶，許文勇，高正江，劉娜，
申請(專利權)人：中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：