粉末高速鋼的熱處理工藝的制作方法

背景技術：

粉末高速鋼是合金粉末的制成技術，在冶金技術較先進國家發展研發距今已逾二十五年歷史，經過不斷的改良及突破，研發出高質量的粉末合金高速鋼，簡稱粉末高速鋼，而粉末高速鋼有asp23、、elmax等產品。

粉末冶金高速工具鋼由于其制造工藝的*性，與鑄鍛高速鋼比較，具有一系列優異性能：無偏析，晶粒細小，碳化物細小；熱加工性好；可磨削性好；熱處理變形小；力學性能(韌性,硬度,高溫硬度)佳；擴大了高速鋼合金含量,創造了新的超硬高速鋼；擴大了使用領域。因此，粉冶高速鋼作為一種新型鋼類在高速鋼中占有重要的地位。

本案涉及鋼號為asp2023鋼種的熱處理，現有技術中粉末冶金高速熱處理一般為淬火回火熱處理工藝，或者等溫淬火低溫回火處理工藝，而淬火階段對粉末冶金高速的物理性能尤為重要，目前淬火階段工藝均較為粗糙，直接升溫至奧氏體化溫度并進行保溫，組織成分得不到充分均勻化，而也存在分段式淬火工藝，但是劃分較為粗糙，針對性較差，得到的高速鋼物理性能不理想，另外傳統地asp2023鋼種中添加合金成份存在較大差異，對熱處理后成型精度及韌性等物理特性存在較大影響。

技術實現要素：

本發明的目的是解決上述現有技術的不足，針對傳統粉末高速鋼熱處理工藝及成份差異導致物理特性存在缺陷的問題，提出粉末高速鋼的熱處理工藝。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

粉末高速鋼的熱處理工藝，

所述粉末高速鋼按照化學成分重量百分含量為：

c：1.1～2.5％，

cr：3.8～4.3％，

mo：4.9～5.2％，

w：6.2～6.5％，

v：2.9～3.2％，

mn：0.3～0.36％，

ni：0.01～0.2％，

si：0.3～0.44％，

cs：0.2～0.32％，

co：0.15～0.22％，

s≤0.005％，

p≤0.005％，

余量為fe及不可避免雜質；

對粉末高速鋼的熱處理工藝包括以下步驟：

s1一階加熱升溫及保溫步驟，

以一階升溫速率6～6.5℃/min升溫至455±2℃，并進行一階保溫，一階保溫時間為60±10min；

s2二階加熱升溫及保溫步驟，

以二階升溫速率7～7.5℃/min升溫至675±2℃，并進行二階保溫，二階保溫時間為60±10min；

s3三階加熱升溫及保溫步驟，

以三階升溫速率6.5～7℃/min升溫至847±2℃，并進行三階保溫，三階保溫時間為60±10min；

s4四階加熱升溫及保溫步驟，

以四階升溫速率12～13℃/min升溫至1035±1℃，并進行四階保溫，四階保溫時間為10±2min；

s5五階加熱升溫及保溫步驟，

以五階升溫速率7～7.5℃/min升溫至1147±1℃，并進行五階保溫，五階保溫時間為45±2min；

s6冷卻步驟，

爐內壓力8bar保持5min，降溫至504℃維持7～8min，再以3bar保持60～70min，最后零壓力自然冷卻；

s7深冷步驟，

在60min內降溫至-80℃并維持20min，再在10min內降溫至-120℃維持20min，最后在10min內降溫至-160℃維持120min，出爐至室溫；

s8回火步驟，

隨爐至565℃保溫3h，出爐空冷至室溫；

s9二次深冷步驟，

在60min內降溫至-80℃并維持20min，再在10min內降溫至-120℃維持20min，最后在10min內降溫至-160℃維持120min，出爐空冷至室溫；

s10二次回火步驟，

隨爐至565℃保溫3h，出爐空冷至室溫；

s11三次回火步驟，

隨爐至560～575℃保溫3h，出爐空冷至室溫；

s12安定化處理步驟，

隨爐至400℃保溫3h，出爐空冷至室溫。

優選地，所述粉末高速鋼按照化學成分重量百分含量為：

c：1.11％，

cr：3.85％，

mo：4.9％，

w：6.2％，

v：2.95％，

mn：0.32％，

ni：0.01％，

si：0.35％，

cs：0.21％，

co：0.2％，

余量為fe及不可避免雜質。

優選地，所述粉末高速鋼按照化學成分重量百分含量為：

c：1.25％，

cr：4.2％，

mo：5.2％，

w：6.4％，

v：3％，

mn：0.35％，

ni：0.09％，

si：0.41％，

cs：0.31％，

co：0.16％，

s：0.001％，

余量為fe及不可避免雜質。

本發明的有益效果主要體現在：

1.對粉末高速鋼進行了組分調整優化，并相應的進行了淬火分階處理，并結合真空爐內的壓力設置，在滿足粉末高速鋼超高硬度的同時還能兼顧韌性，同時具備高溫穩定性，極大地提高了粉末高速鋼的綜合性能。

2.具備較優的紅硬性和出色的耐磨性，使用壽命得到顯著提升。

3.通過特定熱處理工藝的設定，五階分段式熱處理及冷卻步驟能保障粉末高速鋼心部應力穩定，工件變形量極小，同時配合多道相交叉深冷與回火工藝，滿足工件形態穩定性需求。

附圖說明

圖1是本發明實施例一的100倍金相組織照片。

圖2是本發明實施例一的200倍金相組織照片。

圖3是本發明實施例一的500倍金相組織照片。

具體實施方式

本發明提供粉末高速鋼的熱處理工藝。以下結合附圖對本發明技術方案進行詳細描述，以使其更易于理解和掌握。

粉末高速鋼的熱處理工藝，粉末高速鋼按照化學成分重量百分含量為：

c：1.1～2.5％，

cr：3.8～4.3％，

mo：4.9～5.2％，

w：6.2～6.5％，

v：2.9～3.2％，

mn：0.3～0.36％，

ni：0.01～0.2％，

si：0.3～0.44％，

cs：0.2～0.32％，

co：0.15～0.22％，

s≤0.005％，

p≤0.005％，

余量為fe及不可避免雜質；

對粉末高速鋼的熱處理工藝包括以下步驟：

s1一階加熱升溫及保溫步驟，

以一階升溫速率6～6.5℃/min升溫至455±2℃，并進行一階保溫，一階保溫時間為60±10min；

s2二階加熱升溫及保溫步驟，

以二階升溫速率7～7.5℃/min升溫至675±2℃，并進行二階保溫，二階保溫時間為60±10min；

s3三階加熱升溫及保溫步驟，

以三階升溫速率6.5～7℃/min升溫至847±2℃，并進行三階保溫，三階保溫時間為60±10min；

s4四階加熱升溫及保溫步驟，

以四階升溫速率12～13℃/min升溫至1035±1℃，并進行四階保溫，四階保溫時間為10±2min；

s5五階加熱升溫及保溫步驟，

以五階升溫速率7～7.5℃/min升溫至1147±1℃，并進行五階保溫，五階保溫時間為45±2min；

s6冷卻步驟，

爐內壓力8bar保持5min，降溫至504℃維持7～8min，再以3bar保持60～70min，最后零壓力自然冷卻；

s7深冷步驟，

在60min內降溫至-80℃并維持20min，再在10min內降溫至-120℃維持20min，最后在10min內降溫至-160℃維持120min，出爐至室溫；

s8回火步驟，

隨爐至565℃保溫3h，出爐空冷至室溫；

s9二次深冷步驟，

在60min內降溫至-80℃并維持20min，再在10min內降溫至-120℃維持20min，最后在10min內降溫至-160℃維持120min，出爐空冷至室溫；

s10二次回火步驟，

隨爐至565℃保溫3h，出爐空冷至室溫；

s11三次回火步驟，

隨爐至560～575℃保溫3h，出爐空冷至室溫；

s12安定化處理步驟，

隨爐至400℃保溫3h，出爐空冷至室溫。

實施例一

粉末高速鋼按照化學成分重量百分含量為：c：1.11％，cr：3.85％，mo：4.9％，w：6.2％，v：2.95％，mn：0.32％，ni：0.01％，si：0.35％，cs：0.21％，co：0.2％，余量為fe及不可避免雜質。

對粉末高速鋼的熱處理工藝包括以下步驟：以一階升溫速率6.5℃/min升溫至455℃，并進行一階保溫，一階保溫時間為60min；以二階升溫速率7.5℃/min升溫至675℃，并進行二階保溫，二階保溫時間為60min；以三階升溫速率6.5℃/min升溫至847℃，并進行三階保溫，三階保溫時間為60min；以四階升溫速率12.5℃/min升溫至1035℃，并進行四階保溫，四階保溫時間為10min；以五階升溫速率7.5℃/min升溫至1147℃，并進行五階保溫，五階保溫時間為45min；爐內壓力8bar保持5min，降溫至504℃維持7min，再以3bar保持60min，最后零壓力自然冷卻；在60min內降溫至-80℃并維持20min，再在10min內降溫至-120℃維持20min，最后在10min內降溫至-160℃維持120min，出爐至室溫；隨爐至565℃保溫3h，出爐空冷至室溫；在60min內降溫至-80℃并維持20min，再在10min內降溫至-120℃維持20min，最后在10min內降溫至-160℃維持120min，出爐空冷至室溫；隨爐至565℃保溫3h，出爐空冷至室溫；隨爐至569℃保溫3h，出爐空冷至室溫；隨爐至400℃保溫3h，出爐空冷至室溫。得到實施例一的樣品。

實施例二

粉末高速鋼按照化學成分重量百分含量為：c：1.25％，cr：4.2％，mo：5.2％，w：6.4％，v：3％，mn：0.35％，ni：0.09％，si：0.41％，cs：0.31％，co：0.16％，s：0.001％，余量為fe及不可避免雜質。

對粉末高速鋼的熱處理工藝包括以下步驟：以一階升溫速率6.5℃/min升溫至455℃，并進行一階保溫，一階保溫時間為60min；以二階升溫速率7.5℃/min升溫至675℃，并進行二階保溫，二階保溫時間為60min；以三階升溫速率6.5℃/min升溫至847℃，并進行三階保溫，三階保溫時間為60min；以四階升溫速率12.5℃/min升溫至1035℃，并進行四階保溫，四階保溫時間為10min；以五階升溫速率7.5℃/min升溫至1147℃，并進行五階保溫，五階保溫時間為45min；爐內壓力8bar保持5min，降溫至504℃維持7min，再以3bar保持60min，最后零壓力自然冷卻；在60min內降溫至-80℃并維持20min，再在10min內降溫至-120℃維持20min，最后在10min內降溫至-160℃維持120min，出爐至室溫；隨爐至565℃保溫3h，出爐空冷至室溫；在60min內降溫至-80℃并維持20min，再在10min內降溫至-120℃維持20min，最后在10min內降溫至-160℃維持120min，出爐空冷至室溫；隨爐至565℃保溫3h，出爐空冷至室溫；隨爐至569℃保溫3h，出爐空冷至室溫；隨爐至400℃保溫3h，出爐空冷至室溫。得到實施例二的樣品。

實施例一所制得的粉末高速鋼的硬度值/hrc為63.5；626℃紅硬性/hrc為61.2；沖擊韌度ακ/j·cm-2為45.3，20℃的密度為8.1g/cm3、彈性模數為240kn/mm2、導熱系數為26w/m℃，400℃的密度為8.1g/cm3、彈性模數為220kn/mm2、導熱系數為28w/m℃、以20℃為基準的膨脹率為9.2*10-6，600℃的密度為8.1g/cm3、彈性模數為196kn/mm2、導熱系數為28w/m℃、以20℃為基準的膨脹率為10.4*10-6。

通過以上描述可以發現，本發明粉末高速鋼的熱處理工藝，對粉末高速鋼進行了組分調整優化，并相應的進行了淬火分階處理，并結合真空爐內的壓力設置，在滿足粉末高速鋼超高硬度的同時還能兼顧韌性，同時具備高溫穩定性，極大地提高了粉末高速鋼的綜合性能。具備較優的紅硬性和出色的耐磨性，使用壽命得到顯著提升。通過特定熱處理工藝的設定，五階分段式熱處理及冷卻步驟能保障粉末高速鋼心部應力穩定，工件變形量極小，同時配合多道相交叉深冷與回火工藝，滿足工件形態穩定性需求。

以上對本發明的技術方案進行了充分描述，需要說明的是，本發明的具體實施方式并不受上述描述的限制，本領域的普通技術人員依據本發明的精神實質在結構、方法或功能等方面采用等同變換或者等效變換而形成的所有技術方案，均落在本發明的保護范圍之內。