[发明专利]一种放电等离子烧结高合金工具钢

说明书

一种放电等离子烧结高合金工具钢，制备了放电等离子烧结(SPS)HGSF01高合金工具钢。HGSF01高合金工具钢的致密度随烧结温度的升高和保温时间的延长呈上升趋势，而硬度则是呈先升高后降低的趋势；经SPS后得到的材料晶粒较为细小，材料晶粒的尺寸约为5μm，碳化物颗粒能够细小、均匀、弥散地分布在基体上；烧结态材料的抗弯强度比电渣重熔态材料提高了一倍，耐磨性比电渣重熔态材料略有提高。

所属技术领域

本发明涉及-种高合金工具钢，尤其涉及一种放电等离子烧结高合金工具钢。

背景技术

放电等离子烧结(SPS)是结合了传统电流烧结和热压烧结的-种在低温短时间内实现高效、快速烧结的-种新型烧结技术，在较低烧结温度和较小压力条件下可将粉末原料烧结成具有高性能的材料。

HGSF01高合金工具钢是-种新型工模具钢，由于其作为刀具、模具使用场合的特殊性，决定了它必须具有高强度、高硬度、高韧性、高耐磨性等性能。而通过传统铸造和电渣重熔工艺制备的HGSF01高合金工具钢存在晶粒粗大、组织不均匀、碳化物严重偏析和碳化物粗大等缺陷，使钢材的综合性能不高。

发明内容

本发明的目的是为了HGSF01高合金工具钢的硬度、抗弯强度及耐磨性，设计了一种放电等离子烧结高合金工具钢。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

放电等离子烧结高合金工具钢的制备原料包括：铁粉采用的是羰基铁粉，颗粒大小为3～5肛m，其余合金元素均为纯度99.9%、<50μm(-300目)的单质元素粉。

放电等离子烧结高合金工具钢的制备步骤为：采用QM-2SP型行星式球磨机将合金元素粉机械合金化制备HGSF01高合金工具钢粉末。SPS烧结采用日本进口的SPS-825放电等离子设备，将机械合金化制备的粉末称取32g，装入直径为30mm的石墨模具中，粉末与模具内壁之间以及粉末与上下压头之间用光滑的碳纸隔开。装完料后将模具放入放电等离子烧结系统内，轴向压紧，抽真空至低于8Pa并加50MPa压力。按照设定的升温速率达到烧结温度并在该温度下保温一定时间，烧结过程中始终保持50MPaZ轴向压力。烧结结束后，随炉冷却，卸压，取出模具，空冷到室温，然后脱模，清除烧结试样表面的石墨纸。最终烧结试样尺寸为30mm×6mm。

放电等离子烧结高合金工具钢的检测步骤为：采用阿基米德排水法测量试样的密度；用HRC-150型洛氏硬度计测硬度，取5点的算术平均值；在型号为LEICADMI5000M的金相显微镜下观察试样的金相组织；用Quanta200扫描电子显微镜拍摄微观组织形貌；使用微机控制电子万能试验机CMT5105进行弯曲试验，试样尺寸为16mm×4mm×2mm，跨距10mm；在M-2000型摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验，主轴转速214r/min，载荷200N，试验时间1h，磨环规格47mm×10mm，磨块尺寸10mm×10mm×3mm。

所述的放电等离子烧结高合金工具钢，在一定的范围内，HGSF01高合金工具钢的致密度随烧结温度的升高和保温时间的延长呈上升趋势，而硬度则是先升高后降低。

所述的放电等离子烧结高合金工具钢，经放电等离子烧结得到的HGSF01高合金工具钢具有晶粒细小(尺寸约为5μm)，碳化物颗粒均匀、细小、弥散分布在基体上的优良组织。

所述的放电等离子烧结高合金工具钢，与电渣重熔态HGSF01高合金工具钢相比，烧结态HGSF01高合金工具钢的抗弯强度提高了一倍，耐磨性略有提高。

本发明的有益效果是：

为了充分发挥出HGSF01高合金工具钢的性能，提高相应工模具的使用寿命；又由于通过放电等离子烧结可获得高致密度的烧结试样，同时使烧结试样具有超细微观组织结构，与电渣重熔方法相比，能解决电渣重熔合金中存在的晶粒粗大、宏观偏析严重、析出相粗大等问题。

具体实施方式