[发明专利]一种热压烧结模具用合金材料

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种热压烧结模具用合金材料。

背景技术

热压烧结是粉末冶金生产工艺中重要的一类，通过在金属粉料烧结的过程中施加一定的压力，获得极高致密度的制品。由于该工艺与常压烧结相比可以缩短工艺时间，提高制品综合性能，因此在金刚石工具制造业被越来越多地应用于高端圆盘锯、钻头等产品刀头的生产，并呈现出在行业内广泛推广的趋势。

在金刚石工具制造业，热压烧结模具对金刚石刀头制品的生产至关重要，通常使用的模具材料为石墨材质，具有线膨胀系数低、耐受温度高、高温强度高、采购成本低的突出优势，尤其是其强度可以随着温度升高而增大，在高温高压的工艺条件下可以确保不失效。然而，石墨材料自身又存在一些不足，如塑性差、韧性差、服役寿命短以及不可修复，导致模具加工手段单一、不利于生产复杂形状的刀头、更换频率高、难以循环利用等问题。

中国专利CN102886519A公开了一种高度自动化的热压烧结机，解决了传统热压烧结生产中设备占地空间大、热能利用率低、有害烟尘气体无限制放散以及人力占用多的问题，极大地提高了生产效率。该热压烧结设备采用金属材质模具进行配套，使产品造型不再受石墨模具的限制，为金刚石工具制造企业进一步完善产品结构奠定了硬件基础，并且金属材料的可循环利用与大力发展绿色经济、循环经济完美契合。然而，热压烧结工艺自身的特点对金属模具材料提出了非常高的要求，如高硬度、高强度、良好高温稳定性与高温强韧性等。传统的热作模具钢、铁素体耐热钢等材料虽然在一定温度范围内可以满足热压烧结生产，但当温度进一步提升（800～900℃）时，上述材料便由于热强性差而很快失效；热强性较高的高温合金尽管在热压烧结的工艺温度范围内可以实现稳定服役，但是由于室温下硬度普遍偏低（通常不超过45HRC），在装模过程中很容易发生严重划伤，生产的刀头产生毛刺缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种热压烧结模具用合金材料。针对金刚石刀头热压烧结生产受模具材料制约的突出问题，设计出一种适合在800～900℃温度下使用的热压烧结模具用合金材料，兼具高热强性、高塑性的特点，且室温硬度高于常规高温合金，以满足热压烧结生产金刚石刀头的工艺要求。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种热压烧结模具用合金材料，所述合金材料的化学成分组成及其质量百分比为：C：0.01～0.06%，Si≤0.2%，Mn≤0.2%，P≤0.01%，S≤0.002%，Al：1.20～2.0%，Nb：2.20～2.60%，Ti：2.30～2.60%，Mo：8～10%，Cr：12～15%，Fe：22.0～25.0%，B≤0.01%，Cu≤0.07%，V≤0.07%，W≤0.2%，Co≤0.2%，其余为Ni和不可避免的杂质。

本发明所述合金材料中C的质量百分比为：0.03～0.05%。

本发明所述合金材料中B的质量百分比为：0.007～0.01%。

本发明所述合金材料中Cu的质量百分比为：0.03～0.07%。

本发明所述合金材料中W和Co的质量百分比之和为：W+Co≤0.3%。

本发明所述合金材料时效处理后硬度值在47～54HRC。

本发明所述合金材料室温下抗拉强度为1420～1470MPa、屈服强度为1116～1124MPa，延伸率为6～7%。

本发明所述合金材料800℃下抗拉强度为945～969MPa，屈服强度为838～848MPa，延伸率为19.76～22.34%。

本发明所述合金材料900℃下抗拉强度为765～802MPa，屈服强度为730～737MPa，延伸率为23.79～27.72%。

本发明使用真空感应炉，按照上述化学成分配比的合金料进行熔炼，在铸铁模内浇铸成铸锭，经液压机开坯得到锻材，在硅碳棒式加热炉内经过固溶处理与时效处理，得到成品合金材料。

本发明热压烧结模具用合金材料检测方法参考：GB/T 14203 2016 《火花放电原子发射光谱分析法通则》。