[发明专利]一种低铸造应力高强耐磨镍基合金及其生产方法

说明书

本发明公开了一种低铸造应力高强耐磨镍基合金，其化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.07～0.10%，Si≤0.25%，Mn≤0.25%，Al：1.4～1.8%，Nb：2.1～2.5%，Ti：2.35～2.63%，Mo：8.5～9.5%，Cr：8.5～11.5%，Co：1～5%，Fe：21～24%，B：0.005～0.015%，余量为Ni和不可避免的杂质。采用本发明公开的镍基合金的成分冶炼制备的钢液经过模铸后，铸锭由内应力引发的开裂问题得到改善，可直接进行加热及热加工，减少了铸锭热脱模、去应力退火等环节，节约生产成本。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种低铸造应力高强耐磨镍基合金及其生产方法。

背景技术

热压烧结工艺是金刚石工具制造业生产高端圆盘锯、钻头等产品刀头的典型生产工艺。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。

公开号CN102886519A的专利申请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。

申请号为201710947182.7的专利申请公开了一种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。然而，实践中发现，该合金在模铸后铸锭自然冷却过程中内应力较大，铸锭内部由于该内应力作用产生宏观裂纹源，在热加工过程中造成严重开裂，必须在1000℃以上高温热脱模，并及时进行去应力退火以及缓冷处理，才可以进行后续热加工，造成生产工艺冗长、生产成本较高的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低铸造应力高强耐磨镍基合金及其生产方法，改善热压烧结模具用合金材料制备过程中铸锭开裂倾向严重的问题，改变合金制备过程必须“高温热脱模+去应力退火+缓慢冷却+热加工”的冗长技术路线的现状，降低制备成本。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种低铸造应力高强耐磨镍基合金，其化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.07～0.10%，Si≤0.25%，Mn≤0.25%，Al：1.4～1.8%，Nb：2.1～2.5%，Ti：2.35～2.63%，Mo：8.5～9.5%，Cr：8.5～11.5%，Co：1～5%，Fe：21～24%，B：0.005～0.015%，余量为Ni和不可避免的杂质。

本发明所述镍基合金化学成分检测方法参考：GB/T 14203-2016 《火花放电原子发射光谱分析法通则》。

本发明还提供了一种低铸造应力高强耐磨镍基合金铸锭的生产方法，具体为：使用真空感应炉，按照上述镍基合金化学成分配比合金料进行熔炼，在铸铁模内浇铸，自然冷却后即得。

本发明所述熔炼工序：