[发明专利]一种粉末冶金耐磨钢熔渗烧结淬火一体化工艺

说明书

本发明公开了一种粉末冶金耐磨钢熔渗烧结淬火一体化技术，所述的粉末冶金耐磨钢材料以W6Mo5Cr4V2高速钢粉末为基体材料，添加有Co‑Cr‑Mo和Fe‑Mo硬质颗粒、Cu；成分质量百分比为W6Mo5Cr4V2为45％～57％；Co‑Cr‑Mo为13％～17％；Fe‑Mo为4％～7％；Cu为17％～22％；固体润滑剂和易切削成分为2％～3％。本发明采用熔渗烧结淬火一体化技术，使粉末冶金耐磨钢表面形貌良好，又能得到合金马氏体组织，缩短制备工艺，减少制备时间，节能增效。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种粉末冶金耐磨钢熔渗烧结淬火一体化工艺。

背景技术

面对粉末冶金钢磨损情况严重，目前普遍采用高碳、高合金材料提升粉末冶金钢性能，而高碳、高合金粉末冶金钢需要通过合适的热处理才能充分发挥材料性能。铁基粉末冶金材料烧结温度为T_烧＝(0.7～0.8)T_m即1100℃～1230℃。W6Mo5Cr4V2高速钢热处理淬火温度为1200℃左右。由此可知，本材料熔渗烧结温度和热处理温度在同一温度区间。粉末冶金材料烧结完成后再进行热处理，一方面极大浪费了时间和能源。另一方面，为进一步提高粉末冶金耐磨钢性能，本材料通过渗铜处理填充材料孔隙，但热处理温度需要加热到Cu熔点(1083℃)以上才能发挥材料性能，在此高温下，原本熔渗烧结好的粉末冶金材料重新加热到1083℃以上热处理时，热处理工艺参数控制不当将会有一定量的Cu挥发和流失，造成Cu表面残留和表面孔隙，需要机械加工处理表面形貌，从而增加了成本。另外熔渗烧结后再次加热淬火对材料中Fe-Mo和Co-Cr-Mo硬质颗粒有一定影响。图2为熔渗烧结后再次加热淬火时，不同淬火温度下材料显微形貌，可以看出，淬火温度达到1260℃时部分Co-Cr-Mo硬质颗粒不能保持形貌，Fe-Mo硬质颗粒出现孔洞。对Fe-Mo和Co-Cr-Mo硬质颗粒能谱扫描后发现，淬火温度从1140℃升高到1260℃时，Fe-Mo颗粒Mo元素含量从67.24％降低至58.09％，Co-Cr-Mo颗粒Mo元素含量从40.88％降低至35.92％。由此可知Fe-Mo和Co-Cr-Mo硬质颗粒元素发生了明显扩散，因此硬质颗粒硬度降低，摩擦磨损时硬质颗粒承受主要载荷作用减弱，基体材料与磨料接触机会增大，材料耐磨性变差。

综上所述，开发一种适合高碳、高合金粉末冶金材料熔渗烧结淬火一体化技术是本领域人员亟待解决的问题。

目前，现有针对粉末冶金耐磨钢大多采用高碳、高合金材料制备，经常会用到渗铜处理来填充材料孔隙，提升材料物理和力学性能。中国专利(公开号CN103480849A，公开日2014.01.01)公开了一种天然气发动机粉末冶金气门座圈材料和制备方法，其材料为：C：0.6-1.5％、S：0.3-1.5％、Cr：3-10％、Mo：4-12％、Ni：0.5-5％、Co：3-10％、Cu：10-20％、Mn：1-2.5％、V：1-4％、W：2-7％、Fe：余量。制备工艺为：(1)按比例将原材料粉末进行混合均匀；(2)在压机上将混合好的粉末进行压制成型；(3)将成型毛坯在烧结炉中进行高温烧结，同时进行渗铜处理；(4)用液氮对烧结毛坯进行冷处理；(5)在热处理炉中对冷处理毛坯进行热处理；(6)机加工成成品。相关文献对粉末冶金耐磨钢熔渗烧结后再次热处理方式有以下几种：①淬火(800～900℃)+回火；②直接回火；③水蒸气处理。在上述热处理后有时用到深冷处理。

上述方法存在有如下不足：

合金元素主要以固溶体和碳化物形式强化材料，渗铜后再进行热处理存在以下几个技术难题：

①当熔渗烧结后热处理温度低，C和合金元素不容易固溶到Fe中，淬火后难以得到饱和的合金马氏体，回火后不容易析出的弥散细小合金碳化物，影响合金元素强化效果。另外，热处理温度低，得到珠光体等较软组织，而硬质颗粒硬度较高，这种硬度差别会造成基体和硬质颗粒剥落。