一種高釩高鈷高速鋼的制造方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種高釩高鈷高速鋼的制造方法，其成分質(zhì)量百分比為：Ｃ１．１～２．１８，Ｗ５．０～８．０，Ｍｏ４．０～６．０，Ｃｒ３．０～５．０，Ｖ１．２～８．３，Ｃｏ６．５～１１．５，其余為Ｆｅ。工藝步驟包括制備母合金、噴射成形、熱鍛、淬火回火處理、車削銑削和磨削處理或進(jìn)行ＴｉＮ／ＡｌＴｉＮ涂層處理。本發(fā)明專利技術(shù)省略了粉末冶金中粉末的篩分、混批、封裝、冷、熱等靜壓等工序，不需要昂貴的設(shè)備投資，且性能達(dá)到甚至超過(guò)粉末高速鋼，節(jié)省了工藝成本，降低了高速鋼的使用價(jià)格，廣泛使用于各種刀具，如制造難加工材料的切削工具，特別適合制作高速切削、高熱硬性、高壽命刀具如大型拉刀、剃齒刀和加工齒輪的滾刀、插齒刀、數(shù)控機(jī)床用各類銑刀等，還可用于制作模具等。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種超高合金化高速鋼的制造方法，特別涉及高釩高鈷高 速鋼的制造方法，以生產(chǎn)不同場(chǎng)合下使用的刀具。
技術(shù)介紹
高釩高鈷高速鋼是一種高合金鋼種。人們通常采用粉末冶金方法生產(chǎn)該類鋼種，如中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN1087358C、 CN1156595C所公開(kāi)的高釩 高鈷高速鋼，其組織均勻、無(wú)宏觀偏析、碳化物彌散分布且無(wú)方向性。它 兼具韌性與耐磨性，廣泛用于制造難加工材料的切削工具，特別適合制作 對(duì)于要求高速切削、高熱硬性、高壽命的刀具如大型拉刀、剃齒刀和加工 齒輪的滾刀、插齒刀、數(shù)控機(jī)床用各類銑刀等。但是，粉末冶金的工序相當(dāng)復(fù)雜，包括熔煉、霧化、篩分、混批、封裝、冷等靜壓、熱等靜壓、熱鍛或熱軋、解除封裝、銑削、熱處理和磨肖U等過(guò)禾呈(C.Spiegelhauer."Industrial production of tool steels using the spray forming technology" .Proceedings of the 6th International Tooling Conference, Karlstad, Sweden, 10-13 September 2002: 1101 1108.)。這些工序進(jìn)行過(guò)程中，需要熱等靜壓等設(shè)備昂貴的投資以及霧化裝置的尺寸要 求比較大，而且粉末冶金材料的收得率比較低，能源利用率不高，因此粉 末冶金高速鋼的價(jià)格相當(dāng)昂貴。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供，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。為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)的高釩高鈷高速鋼的制造方法，包括如下步1) 制備母合金，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C 1.1~2.18， W 5.0 8.0， Mo4.0 6.0' Cr3.0 5.0， V 1.2 8,3， Co6.5 11.5，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；2) 采用噴射成形工藝，將高釩高鈷高速鋼母合金棒料置于其坩堝內(nèi)，并施加電流進(jìn)行加熱重熔，在高于熔點(diǎn)100 25(TC溫度下保持一段 時(shí)間，使熔體的溫度和成分達(dá)到均勻；通過(guò)噴嘴霧化器，其射流氣 體與金屬液相互作用的距離短，使得液滴細(xì)化，細(xì)小液滴飛行并沉 積在收集基板上，冷卻凝固并形成塊體；獲得高釩高鈷高速鋼坯體;3) 熱鍛，將噴射成形坯體表面剝皮，退火，將高速鋼坯體加熱到奧氏 體化溫度850 880°C，保溫lOhr以上后緩冷至小于等于600。C出爐 空冷，冷卻速度。0K/hr;4) 熱鍛加熱溫度在 1100 1180 °C ; 加熱保溫時(shí)間 t=dx(1.0~2.0)min/mm， d為鍛造樣品的厚度;熱鍛的鍛造比為29:1;5) 鍛打后再進(jìn)行退火，將高速鋼加熱到奧氏體化溫度850-880°C，保 溫lOhr以上后緩冷至小于等于60(TC出爐空冷，冷卻速度。0K/hr;6) 熱鍛后淬火處理，在電極鹽浴爐中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度S50 88(TC， 鹽浴介質(zhì)為70 80%BaCl2+30 20%NaCl;采用電極鹽浴爐加熱到淬 火溫度1140°C 1230°C，鹽浴介質(zhì)是100%BaCl2;7) 將試樣放到冷卻介質(zhì)50%BaCl2+30%KCl+20%NaCl中冷卻到 600 650。C溫度，空冷；8) 回火處理，將試樣放到溫度為500 58(TC的介質(zhì)100%NaNO3中進(jìn)行 回火處理，回火時(shí)間為0.5~lhr，回火次數(shù)1 4次；進(jìn)一步，還可對(duì)試樣進(jìn)行TiN或AlTiN涂層處理。 步驟6)所述的冷卻介質(zhì)采用50%BaCl2+30%KCl+20%NaCl。 本專利技術(shù)得到的高釩高鈷高速鋼使用性能達(dá)到甚至超過(guò)成分相近的粉 末高速鋼。在本專利技術(shù)的具體生產(chǎn)工藝中(1)制備高釩高鈷高速鋼鑄態(tài)母合金采用真空感應(yīng)爐冶煉冶高釩高鈷高速鋼的母合金，并將合金熔液澆鑄到特制的耐火材料多孔模中，獲得滿足設(shè)計(jì)成分的母合金棒料；(2) 噴射成形按噴射成形中頻感應(yīng)爐容量大小和形狀要求，將高釩高鈷高速鋼母合 金棒料按合理的尺寸大小置于其坩堝內(nèi)，并施加電流進(jìn)行加熱重熔。由于 合金含量比較高，在常規(guī)熔煉過(guò)程中容易出現(xiàn)合金元素的偏析和如魚(yú)骨 狀、網(wǎng)狀、塊狀共晶萊氏體碳化物。而噴射成形過(guò)程屬于亞快速凝固過(guò)程， 其冷卻速度足以防止魚(yú)骨狀、網(wǎng)狀、塊狀等共晶萊氏體碳化物和合金元素 的偏析。不過(guò)，由于在噴射成形過(guò)程中，高釩高鈷高速鋼顆粒和液滴沖擊 基板后，在沉積成坯的同時(shí)會(huì)使坯的溫度升高。如果過(guò)熱度比較高的話， 在沉積過(guò)程中存在的未凝固液滴里就有可能會(huì)出現(xiàn)影響材料性能的網(wǎng)狀 共晶萊氏體。因此對(duì)于高釩高鈷高速鋼來(lái)說(shuō)，應(yīng)遵循低溫快澆的原則。但 噴射成形的過(guò)熱度也不能太低，因?yàn)槿绻停瑫?huì)使沉積的坯內(nèi)孔洞增多。 總之，在噴射成形過(guò)程中，控制鋼液的過(guò)熱度是關(guān)鍵因素之一。本專利技術(shù)采 用的過(guò)熱度高于鋼的固液兩相溫度100~250°C。此外，目前普遍用于噴射成形的霧化噴嘴是環(huán)縫非限制式噴嘴，容易 實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，但其射流氣體與金屬液相互作用的距離長(zhǎng)，氣體的射流衰 減快，因此能量利用率低，生產(chǎn)的粉末較粗。由于本專利技術(shù)中要求材料的顯 微組織晶粒非常細(xì)小，因此必須使熔體霧化時(shí)產(chǎn)生的液滴要非常細(xì)小，本 專利技術(shù)使用的噴射成形霧化器是選用環(huán)孔緊密耦合型噴嘴，其射流氣體與金 屬液相互作用的距離短，使得液滴細(xì)化，能量利用率高，該噴嘴為現(xiàn)有技 術(shù)，在此不再贅述。(3) 熱鍛加工通過(guò)熱鍛，可以達(dá)到兩個(gè)目的 一方面，可以使高釩高鈷高速鋼噴射 成形坯體致密化，密度接近理論密度；另一方面，由于噴射成形的霧化過(guò) 程屮，不可避免地出現(xiàn)大尺寸液滴，大液滴在沉積過(guò)程中因?yàn)槔鋮s速度稍 慢會(huì)出現(xiàn)共晶萊氏體。這些共晶萊氏體的存在會(huì)影響材料的性能，因此必 須運(yùn)用熱加工的方法將其去除或粉碎。要達(dá)到這兩個(gè)目的，必須嚴(yán)格控制 熱鍛的溫度和變形量。對(duì)于高釩高鈷高速鋼而言，需要控制熱鍛的加熱溫 度和保溫時(shí)間，如果溫度太高，則會(huì)出現(xiàn)碳化物明顯粗化和角狀化，造成 隨后的熱鍛過(guò)程中容易產(chǎn)生裂紋。保溫時(shí)間太長(zhǎng)也會(huì)造成晶粒的長(zhǎng)大。為達(dá)到上述兩個(gè)目的，本專利技術(shù)所用的熱鍛加熱溫度為1100 1180°C，保溫時(shí) 間遵循t:dxl.Omin/mm (d為鍛造樣品的厚度)。熱鍛的鍛造比為29:1。此外，在高釩高鈷高速鋼噴射成形坯體中，由于冷卻速度較快，使得 噴射成形坯體顯微組織以馬氏體組織為主，因此材料的硬度非常高，可以 達(dá)HRC59以上，其脆性也比較大。如此高的硬度，會(huì)使得材料在鍛打過(guò) 程中出現(xiàn)高的抗應(yīng)變力，造成鍛打過(guò)程中材料易開(kāi)裂。因此為防止材料在 鍛打過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂，同時(shí)有利于碳化物的分解和擴(kuò)散，在鍛打之前，對(duì) 高釩高鈷高速鋼噴射成形坯體進(jìn)行表面剝皮后退火處理。在鍛打之后，由 于鍛造材料存在一定的殘余應(yīng)力，且空冷下因合金度高而發(fā)生馬氏體相 變，還存在一定量屈氏體組織，使得材料的硬度比較高，不利加工，因此 在鍛打后還需要對(duì)材料進(jìn)行退火處理，降低硬度，消除殘余應(yīng)力，改善切 削加工性，為淬火做好組織準(zhǔn)備。鍛打前后的退火工藝是將高速鋼加熱到 奧氏體化溫度850-880°C，保溫10hr以上后緩冷(冷卻速度《30K/hr)至 本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高釩高鈷高速鋼的制造方法，包括如下步驟：１）制備母合金，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：Ｃ１．１～２．１８，Ｗ５．０～８．０，Ｍｏ４．０～６．０，Ｃｒ３．０～５．０，Ｖ１．２～８．３，Ｃｏ６．５～１１．５，其余為 Ｆｅ和不可避免雜質(zhì)；２）采用噴射成形工藝，將高釩高鈷高速鋼母合金棒料置于其坩堝內(nèi)，并施加電流進(jìn)行加熱重熔，在高于熔點(diǎn)１００～２５０℃溫度下保持一段時(shí)間，使熔體的溫度和成分達(dá)到均勻；通過(guò)噴嘴霧化器，形成分散、細(xì)小液滴，并沉積在收集基板 上，冷卻凝固成塊體，獲得高釩高鈷高速鋼坯體；３）熱鍛前，將噴射成形得到的高速鋼坯體表面剝皮，退火，將高速鋼坯體加熱到奧氏體化溫度８５０～８８０℃，保溫１０ｈｒ以上后緩冷至小于等于６００℃出爐空冷，冷卻速度≤３０Ｋ／ｈｒ；４） 熱鍛，加熱溫度在１１００～１１８０℃；加熱保溫時(shí)間ｔ＝ｄ×（１．０～２．０）ｍｉｎ／ｍｍ，ｄ為鍛造樣品的厚度；熱鍛的鍛造比為≥９∶１；５）鍛打后再進(jìn)行退火，將鍛打后高速鋼樣品加熱到奧氏體化溫度８５０～８８０℃，保溫１０ｈｒ以上后緩冷 至小于等于６００℃出爐空冷，冷卻速度≤３０Ｋ／ｈｒ；６）熱鍛后淬火處理，在電極鹽浴爐中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度８５０～８８０℃，鹽浴介質(zhì)為７０～８０％ＢａＣｌ↓［２］＋３０～２０％ＮａＣｌ；采用電極鹽浴爐加熱到淬火溫度１１４０℃～１２３０ ℃，鹽浴介質(zhì)是１００％ＢａＣｌ↓［２］；將試樣冷卻到６００～６５０℃溫度，空冷；７）回火處理，將試樣放到溫度為５００～５８０℃的介質(zhì)５０％～１００％ＮａＮＯ↓［３］＋５０％～０％ＫＮＯ↓［３］中進(jìn)行回火處理，回火時(shí)間為０．５～１ｈｒ ，回火次數(shù)１～４次。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周燦棟，祝新發(fā)，樊俊飛，許輝，樂(lè)海榮，陳順民，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：寶山鋼鐵股份有限公司，上海工具廠有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：31[中國(guó)|上海]