[发明专利]一种通过Laves相及μ相复合强硬化的高速钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种通过Laves相及μ相复合强硬化的高速钢及其制备方法，所述高速钢由钢基体以及分散于钢基体中的强硬化相组成，所述强硬化相由Laves相及μ相组成，所述Laves相包含Fe₂Nb，Fe₂Ti，Fe₂W，所述μ相包含Fe₇Mo₆，Co₇Mo₆，Fe₇W₆，Co₇W₆。本发明中通过烧结过程原位生成的Laves相及μ相等进行强硬化，细小的μ相对基体进行强化，使其在高温下拥有更高的硬度，高硬度大颗粒的Laves相赋予了材料更高的耐磨性。原位生成的金属间化合物强化相与基体间有着良好的界面关系，并且在高温下扩散速度慢，故材料在添加大量合金元素达到高硬度同时仍然保持着较高的强韧性和导热系数，并且有着出色抗回火性、高温硬度及高温强度，相较于传统高速钢在高温高速切削中有着更出色的表现。

背景技术

本发明属于高速钢制造技术领域，涉及一种高硬度、高韧性粉末冶金高速钢，具体涉及一种通过Laves相及μ相复合强硬化的高速钢及其制备方法。

技术领域

自19世纪末诞生以来，高速钢是常用刀具材料之一，至今仍然占据全世界刀具销售份额的45％，高速钢具有常规碳素工具钢和合金工具钢所不具备的良好红硬性和耐磨性，并且具有硬质合金及陶瓷刀具所不能企及的抗冲击性和热处理调节材料力学性能和可加工性等。但随着工业化进程的不断推进，传统碳化物强硬化高速钢无法完全满足日益严苛的加工需求，加工阶段消耗的成本和资源也是不可忽视的一部分。

不锈钢、钛合金和高温合金等加工性能差的材料，在民用设备、军事装备、化工冶金、能源电力、汽车制造等诸多领域均具有着广泛的应用，使用量逐年提升。但其加工难度大、加工效率低，较低的导热系数导致了切削过程中产生大量的热无法被传导，切削温度高；同时零件表面存在氧化硬化区域，对刀具也有着强烈的磨损作用；并且其化学活性高，在切削过程中粘刀严重，易生成积屑瘤，带走表面材料或涂层。目前传统碳化物强硬化高速钢完全无法满足这些难加工材料的加工需求。因为在传统高速钢中，通常通过碳化物的添加达到材料的强硬化目的，在提高硬度的同时保持较高的韧性。但由于外加碳化物强硬化相，基体与硬化相间存在较低的结合力和相界面关系，传统碳化物强硬化高速钢导热系数、高温硬度及强度均较低。在加工不锈钢、钛合金和高温合金等的严苛高温工况下，碳化物强硬化相迅速长大，导致强硬化作用下降，高温硬度及强度急剧下降；同时碳的存在会加剧被加工材料与高速钢刀具的粘刀情况，产生严重的扩散磨损。这些因素导致传统碳化物强硬化高速钢在加工过程中，刀尖发生塑性变形无法保持锋利度，并且迅速磨损。

在加工这些材料时，存在着加工过程效率低、被加工面光洁度低、刀具消耗量大等问题，消耗了大量资源。针对钛合金与高温合金的加工特性，切削刀具必须采用红硬性好、强度与韧性高、导热系数大、抗粘结、抗扩散、抗氧化性能优异的刀具材料。

发明内容

针对现有技术中传统碳化物强硬化高速钢高温高速下硬度低、不耐磨的问题，本发明的目的在于提供一种高硬度、强韧性、耐磨性能好的通过原位生成的Laves相及μ相复合强硬化的高速钢及其制备方法。本发明中通过烧结过程原位生成的多种金属间化合物Laves相及μ相等进行强硬化，细小的μ相对基体进行强化，使其在高温下拥有更高的硬度，高硬度大颗粒的Laves相赋予了材料更高的耐磨性。原位生成的金属间化合物强化相与基体间有着良好的界面关系，并且在高温下扩散速度慢，故材料在添加大量合金元素达到高硬度同时仍然保持着较高的强韧性和导热系数，并且有着出色抗回火性、高温硬度及高温强度，相较于传统高速钢在高温高速切削中有着更出色的表现。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：