一種HM1粉末鋼及其製備工藝的製作方法

2024-02-26 12:47:15

本發明屬於鋼鐵材料製造領域，具體涉及一種HM1粉末鋼及其製備工藝。

背景技術：

HM1模具鋼具有良好的抗熱疲憊性能、抗回火穩定性能和良好的冶煉、鍛造、熱處理及機械加工工藝性能，是高強韌性熱作模具新鋼種。適用於高溫、高負荷、急熱急冷條件下的壓力機鍛模、軸承熱鍛凹模、成型滾鍛模、高強度和高熱強鋼的精密鍛造、鋁和銅合金壓鑄模、熱擠壓摸具等，在高溫性能方面明顯優於H13鋼。從模具經濟性方面考慮，使用粉末冶金（PM）模具鋼大大降低了單件成本。儘管模具初始成本較高，但是延長模具壽命，減少停工時間，同樣讓使用者獲益。從冶金學觀點來看，根據特殊方法冶煉推出的粉末冶金模具鋼比常規工具鋼的壽命長。粉末冶金模具鋼碳化物細小且分布均勻，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。粉末鋼製備過程中，金屬粉末的成分和性能對於粉末鋼的性能影響最為顯著。

技術實現要素：

本發明鋼含有的C、Si、Mn、Cr、Mo、W、V、P、S元素，其顯微組織為馬氏體+碳化物。

本發明提供一種HM1粉末鋼的製備工藝及其金屬粉末，粉末粒度50-100μm，其各元素的質量分數為：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%，餘量為Fe和不可避免的雜質。

其中，W優選2.4-2.8%。

W熔點高，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，按質量分數計算，一般效果不如鉬顯著。W在鋼中的主要用途是增加回火穩定性、紅硬性、熱強性以及由於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，能延緩碳化物的聚集過程，保持較高的高溫強度。W還可以降低鋼的過熱敏感性、增加淬透性。所以，優選W含量，對獲得優良的高溫性能具有重要意義。

本發明提供一種HM1粉末鋼的製備方法為：熱等靜壓溫度1000-1150℃，壓力100-160MPa，保溫2小時，以0.01－0.15℃/s的速率冷卻到700-800℃，保溫1-4小時，緩冷至室溫。

其中：熱等靜壓溫度優選1040℃，緩冷冷卻速度優選0.01℃/s。

相比傳統熔鑄，熱等靜壓工藝會獲得更為均勻細緻的顯微組織。熱等靜壓溫度與壓力的配合對樣品的顯微組織有著至關重要的作用，為獲得性能優異的產品，微觀組織需要最大程度的均勻緻密，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，會導致大量的組織缺陷，從而嚴重影響機械性能；若溫度偏高，壓力偏大，則會導致顯微組織過分長大，粗化的微觀組織力學性能較差，不能夠達到性能的要求。

加熱至1180℃，保溫1小時，1125℃開始鍛造，終鍛溫度900℃以上。

加熱至700-800℃，保溫2-6小時，緩冷至650-750℃，保溫4-10小時，緩冷至室溫。其中：第一次退火保溫時間優選6小時，第二次退火保溫時間優選10小時。

加熱至1000-1150℃，保溫1小時，油介質淬火，回火加熱500-650℃，保溫2小時，空冷至室溫，二次回火加熱500-650℃，保溫2小時，空冷至室溫。其中：回火及二次回火溫度優選620℃。

與現有技術相比，本發明的優點在於：

1.顯微組織均勻細緻，克服了現有技術中各種組織缺陷的形成，例如現有技術中沒有尺寸如此細小的析出相。當具備上述條件時，鋼的綜合性能優異。

2. 使用壽命顯著延長，維護費用低，性能優異，經濟性強。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步描述，但不局限於下列實施例。實施例中粉末鋼的化學成分如表1所示，粉末鋼的製備工藝如表2所示，粉末鋼及對比鋼的抗拉強度性能如表3所示，粉末鋼及對比鋼的衝擊韌性性能如表4所示。

表1 本發明鋼實施例與對比鋼的化學成分，wt%

表2 本發明鋼實施例與對比鋼的製備工藝

表3 本發明鋼實施例與對比鋼的抗拉強度對比

表4 本發明鋼實施例與對比鋼的衝擊功對比

實施例1

熱等靜壓溫度1020℃，壓力120MPa，保溫3小時，以0.02℃/s的速率冷卻到760℃，保溫4小時，緩冷至室溫。

加熱至1150℃，保溫1小時，1100℃開始鍛造，終鍛溫度920℃。

加熱至780℃，保溫4小時，緩冷至740℃，保溫6小時，緩冷至室溫。

加熱至1050℃，保溫1小時，油介質淬火，回火加熱620℃，保溫2小時，空冷至室溫，二次回火加熱620℃，保溫2小時，空冷至室溫。

目標產物中各元素的質量分數如表1中實施例1所示。按表2發明鋼1所示工藝製備本發明鋼。發明鋼1的抗拉強度性能如表3所示，發明鋼1的衝擊韌性性能如表4所示。

實施例2

熱等靜壓溫度1020℃，壓力120MPa，保溫3小時，以0.02℃/s的速率冷卻到760℃，保溫4小時，緩冷至室溫。

加熱至1150℃，保溫1小時，1100℃開始鍛造，終鍛溫度920℃。

加熱至780℃，保溫4小時，緩冷至740℃，保溫6小時，緩冷至室溫。

加熱至1050℃，保溫1小時，油介質淬火，回火加熱620℃，保溫2小時，空冷至室溫，二次回火加熱620℃，保溫2小時，空冷至室溫。

目標產物中各元素的質量分數如表1中實施例2所示。按表2發明鋼2所示工藝製備本發明鋼。發明鋼2的抗拉強度性能如表3所示，發明鋼2的衝擊韌性性能如表4所示。

對比鋼3

對鋼鋼採取傳統熔鑄工藝獲得。

對比鋼中各元素的質量分數如表1所示。按表2所示工藝製備對比鋼。對比鋼的抗拉強度性能如表3所示，對比鋼的衝擊韌性性能如表4所示。