[发明专利]一种粉末冶金工具钢的成型方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料成形方法，具体涉及一种粉末冶金工具钢的成型方法。

背景技术

常用的工具钢（高速钢）是铸-锻料，由于成份偏析，组织粗大，机械性能一般，而且，制成零件需进行大量的机械加工。普通粉末冶金工具钢（高速钢）冷压制品，相比铸-锻料加工件，材料组织均匀细小，无偏析，性能稳定；同时，采用模具成型，适合大批量、形状复杂、尺寸精度高的零件生产；但由于孔隙的存在，强度、韧性等机械性能指标不高，使用也因而受到限制。采用热等静压，将工具钢（高速钢）粉末制成完全致密的钢坯，并保持均匀细小的组织，强度性能可以大幅度提高；但制成零件仍需与铸-锻料一样，需要后续机械加工；加上热等静压本身投入巨大，生产效率低下，制成的钢坯单价就高达数百元/公斤，因而使用也受到相当限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种效率高、低成本、性能好且节能的粉末冶金工具钢的成型方法。

实现本发明目的采用的技术方案是：

粉末冶金工具钢的成型方法，包括以下步骤：

步骤一、将水雾化工具钢（高速钢）粉末在真空度3—10Pa、900-950℃的温度下进行碳还原，然后在780-820℃的温度下保温退火；

步骤二、在经还原退火的工具钢（高速钢）粉末中加入石墨润滑剂 ，石墨润滑剂中的碳占总重量的0.5——3.0%（重量），混合均匀，真空干燥过筛，使粉末表面均匀包覆一层助烧结的石墨润滑剂，再均匀混入石蜡成型剂得到混合料；

步骤三、将步骤二的混合料用传统的粉末冶金工艺模压成型制成材料坯或零件坯，其压坯相对密度70——85%，再在真空或保护气体条件下采用300-600℃的温度预烧脱蜡；

步骤四、将步骤三的材料坯或零件用真空-压力炉进行烧结，最高烧结温度T为混合料的相图固相线上5-10℃，温度误差小于±3℃，气压O——8 MPa。

所述步骤一的工具钢（高速钢）粉末的碳含量偏差控制在±0.1%以内，其它主要成分偏差在±0.25%。

所述步骤四的真空-压力炉，按以下程序操作：

阶段一：升温温度0～1100 ℃，真空压力10～100Pa，时间60～120分钟；

阶段二：保温温度900～1100 ℃，真空压力5～10Pa，时间60～90分钟；

阶段三：升温温度900 ～T-40℃，真空压力5～10Pa，时间5～90分钟；

阶段四：保温温度T-40℃，真空压力5～10Pa，时间5～90分钟；

阶段五：升温温度T-40～T-5℃，真空压力1～5Pa，时间5～30分钟；

阶段六：保温温度T-5℃，真空压力1～5 Pa，时间30 ～120分钟；

阶段七：保温温度T℃，气压1Pa ～8 MPa，时间30 ～120分钟；

其中T为1200～1250℃。

本发明的特点是采用优质高纯原料雾化成工具钢（高速钢）粉末，高温还原退火，再包覆助烧结添加剂石墨，接着采用常规的冷压成型，最后，使用精密可控的真空-压力烧结技术，进行超固相线烧结，制成工具钢（高速钢）材料及零件。

本发明的有益效果：

1、本发明通过工具钢（高速钢）粉末包覆助烧结添加剂石墨、精密真空-压力超固相线烧结，生产的工具钢（高速钢）材料及零件，组织均匀细小，相对密度高达99.5%，密度接近全致密；

2、本发明生产的工具钢（高速钢）材料性能优异，物理机械性能接近等静压工具钢（高速钢）材料，远高于传统冷压烧结材料和铸锻工具钢（高速钢）材料；

3、 本发明继承了粉末冶金的低成本、无切削、高效率、能大批量生产零件的优点；相比较，热等静压投入大、能耗高、生产成本高、材料利用率低；本发明具有高效、节能、低排等特点。

下面通过实施例进一步说明本发明的技术方案。

具体实施方式

实施例1

粉末冶金工具钢的成型方法，包括以下步骤：

步骤一、将水雾化工具钢（高速钢）Cr12Nb4MO1粉末在真空度5Pa 、900℃的温度下进行碳还原，然后在780-820℃的温度下保温退火；

步骤二、在经还原退火的工具钢（高速钢）粉末中加入石墨润滑剂，石墨润滑剂选用Henkel公司的DAG154，石墨润滑剂中的碳占总重量的2.3%（重量），混合均匀，真空干燥过筛，使粉末表面均匀包覆一层助烧结的石墨润滑剂，再均匀混入石蜡成型剂得到混合料；