[发明专利]一种调控时效硬化合金析出相分布及尺寸的热处理方法

说明书

本发明一种调控时效硬化合金析出相分布及尺寸的热处理方法，通过金属间化合物在高温时存在的固溶度，独特设计了多阶段的热处理工艺：完全固溶处理‑高温时效形核‑半固溶处理‑中温时效析出，先通过完全固溶将烧结中沿晶界分布的析出相完全固溶于基体中；随后通过在高温下的时效提高形核驱动能，在材料内部较为均匀地析出得到形核点；接着在半固溶处理中溶解大部分析出相，留存晶内较大形核点；最后在常规时效温度下进行时效析出，根据均匀留存的形核点析出，得到均匀分布、弥散强化的析出相。

技术领域

本发明涉及一种调控时效硬化合金析出相分布及尺寸的热处理方法，,属于金属的热处理工艺领域。

背景技术

时效硬化合金是一种通过时效在基体中原位生成细小弥散分布的金属间化合物第二相从而对材料进行强硬化的合金，含碳量极低甚至无碳，包括马氏体时效钢、沉淀硬化不锈钢以及金属间化合物强化高速钢等。通过对基体元素、含量及析出相种类、数量的调控，时效硬化合金有着较大的性能范围区间。马氏体时效钢由于其具有高强度、高塑韧性和高屈强比等优点，而且热处理工艺简单，热处理变形小，几乎没有冷加工硬化现象，加工成本低，已广泛用于国防尖端技术领域，如火箭发动机外壳、高级精密仪器、模具、高压容器等重要零部件。而金属间化合物强硬化高速钢是一种新型高速钢材料，具有高硬度、高韧性、杰出的热硬性、高的导热系数及出色的抗黏着性等特点，在高温合金、不锈钢等切削领域有着出色的表现。

时效硬化合金多采用熔炼-铸锻工艺，但这种工艺存在着存在成分偏析、杂质元素难以控制、组织及碳化物粗大等问题，因此限制了材料的性能及应用范围。自上世纪60年代以来，粉末冶金雾化制取高质量预合金粉末方法取得了迅速发展，加之各类设备进步及发展，从而使粉末冶金制备高性能合金成为现实。粉末冶金法制备的时效硬化合金，相比于熔炼法，具有可添加合金元素广、颗粒细小、组织均匀、力学性能优异等特点。

然而，在粉末冶金制备时效硬化合金却存在特有的问题。烧结过程由于晶界处位错密度高、缺陷多、能量高，烧结时形成的初生金属间化合物相在冷却过程中往往会沿晶界分布，并且部分呈网状形式，这些网状组织一旦形成会保留到最终时效态，从而影响材料的各种性能。现阶段，通常是采用自由锻、热轧和热挤压等热变形处理来破碎网状组织。对于时效硬化合金，由于合金元素含量较多，往往需要加热至1000℃以上的高温才能获得一定的塑性变形能力，而在加热过程中合金表面极易形成氧化层，这不仅浪费了原材料，还增加了人工操作的不便性，导致生产效率较低，最终得到的制品尺寸精度和表面品质也较低。此外，材料经过热变形处理不可避免地会存在残余内应力，因此后期还必须通过退火消除残余应力。整个热变形工艺流程长、耗时，从而使制备成本大幅增加。

发明内容

本发明针对时效硬化合金粉末冶金制备过程中析出相沿晶界析出的问题，提供了一种调控时效硬化合金析出相分布及尺寸的热处理方法。通过本发明的热处理方法，可以均匀化合金微观组织中的晶界析出相，使时效硬化合金获得均匀分布、弥散强化的析出相，从而获得具有优异力学性能的时效硬化合金。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种调控时效硬化合金析出相分布及尺寸的热处理方法，包括如下步骤：将时效硬化合金烧结态样品，进行第一次预热，然后在全固溶温度下进行第一次固溶处理，冷却获得全固溶态样品，将全固溶态样品在温度A下进行第一次时效处理，冷却获得高温时效态样品，将高温时效态样品进行第二次预热，然后在半固溶温度下进行第二次固溶处理，冷却获得半固溶态样品，再将半固溶态样品在温度B下进行第二次时效处理，冷却即获得时效硬化合金成品，其中，温度A大于温度B。

在本发明中，时效硬化合金烧结态样品是指通过粉末冶金法己经烧结成型但未进行热处理的样品。

在本发明中，全固溶温度是指时效硬化合金烧结态样品中沿晶界分布的析出相能够完全固溶于基体中的温度；其在溶解度曲线以上、δ-Fe转变温度以下。半固溶温度是指只有部分析出相固溶入基体中的温度。