阅读说明：本技术 一种高速钢粉末冶金制品的制备方法 (Preparation method of high-speed steel powder metallurgy product ) 是由 秦明礼 马志俊 贾宝瑞 陈刚 王帅帅 吴昊天 于 2021-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高速钢粉末冶金制品的制备方法,属于粉末冶金材料领域。制备步骤为：1).称取一定比例的可溶性金属盐,制备金属离子溶液,均匀混合；2).加入一定比例的助燃剂,得到混合溶液；3).将混合溶液转移至炉中加热,低温燃烧合成制备金属氧化物混合粉末；4).将金属氧化物粉末在管式炉内还原气氛下煅烧,制备高速钢前驱体粉末；5).将制得的高速钢前驱体粉末进行制压成型,得到高速钢前驱体生坯；6).对高速钢前驱体生坯进行煅烧处理,得到烧结致密化的高速钢材料。该方法操作简便、成本低廉,适合工业推广,为制备高速钢粉末提供一种新的制备思路。(The invention discloses a preparation method of a high-speed steel powder metallurgy product, belonging to the field of powder metallurgy materials. The preparation steps are as follows: 1) weighing a certain proportion of soluble metal salt, preparing a metal ion solution, and uniformly mixing; 2) adding a combustion improver in a certain proportion to obtain a mixed solution; 3) transferring the mixed solution into a furnace for heating, and synthesizing and preparing metal oxide mixed powder by low-temperature combustion; 4) calcining the metal oxide powder in a reducing atmosphere in a tubular furnace to prepare high-speed steel precursor powder; 5) pressing and molding the prepared high-speed steel precursor powder to obtain a high-speed steel precursor green body; 6) and calcining the high-speed steel precursor green body to obtain the sintered and densified high-speed steel material. The method is simple and convenient to operate, low in cost and suitable for industrial popularization, and provides a new preparation idea for preparing the high-speed steel powder.)

一种高速钢粉末冶金制品的制备方法

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，具体涉及一种高速钢粉末冶金制品的制备方法。

背景技术

高速钢俗称锋钢，属于高碳高合金莱氏体钢，具有高硬度、高耐磨性和优良的红硬性，被广泛地应用于制造各种机床切削工具、航空高温轴承以及耐热耐磨零件等。目前高速钢的制备工艺主要有传统的铸造工艺、粉末冶金工艺等。传统铸造工艺由于其凝固速度缓慢，会产生偏析，从而生成大块的碳化物或网状碳化物，制约了高速钢性能的提高。而粉末冶金工艺可以有效地解决传统工艺的偏析问题，粉末高速钢碳化物细小均匀，强度、塑性和耐磨性相比铸造高速钢都有很大提升。

高速钢性能的好坏与其中合金元素的种类与含量密切相关，除了C以外，高速钢中主要合金元素有W、Mo、V、Cr和Co等。C元素可以与合金元素形成碳化物，可以保证淬火后马氏体的硬度，提高机体强度。W在高速钢中可以产生大量W₆C型碳化物，钉扎晶界，对淬火加热时奥氏体晶粒长大起到抑制作用，从而提高了淬火温度。Mo在高速钢中的作用与W相似，生成的碳化物结构相似，因此Mo和W可以互相取代。Cr在高速钢中生成Cr₂₃C₆，在加热时溶于奥氏体从而增加奥氏体的含碳量，提高过冷奥氏体的稳定性，从而提高高速钢的淬透性。V是高速钢中最强的碳化物形成元素，在高速钢中，一部分固溶于基体，回火过程中由基体脱溶析出，另一部分以VC的形式存在。最后Co不是碳化物形成元素，在高速钢中绝大部分溶于基体中，可以增加碳化物的形核速度，同时减缓碳化物的长大速度，从而提高高速钢的红硬性，增强二次硬化效果。

低温燃烧合成方法是利用溶液中的氧化剂和燃料发生燃烧放热反应，从而生成粉体材料。其优点在于可以保证各组分均匀混合，成分精确可控。低温燃烧合成法适合制备高比表面积纳米粉体，反应速度快，适合工业化生产。

基于以上因素，本发明提供了一种高速钢粉末冶金制品的制备方法。采用低温燃烧合成法制备高速钢前驱体粉末，制备快捷，组分均匀，制备出的粉体疏松，易于粉碎，具有很高的烧结活性，烧结温度大大降低，烧结时间减少，便于工业化大规模生产。

发明内容

本发明旨在提供一种新型高速钢粉末冶金制品的制备方法。首先使用低温燃烧合成法制备高速钢前驱体粉末，制备出的粉末疏松、不易团聚，烧结活性高，再使用粉末冶金法制备高速钢材料，制备出的高速钢碳化物细小均匀，强度、塑性和耐磨性相比铸造高速钢有很大的提升。

一种高速钢粉末冶金制品的制备方法，制备步骤如下：

1).称取一定比例的可溶性金属盐，制备金属离子溶液，均匀混合；

2).加入一定比例的助燃剂，得到混合溶液；

3).将混合溶液转移至炉中加热，低温燃烧合成制备金属氧化物混合粉末；

4).将金属氧化物粉末在管式炉内还原气氛下煅烧，制备高速钢前驱体粉末；

5).将制得的高速钢前驱体粉末进行制压成型，得到高速钢前驱体生坯；

6).对高速钢前驱体生坯进行煅烧处理，得到烧结致密化的高速钢材料。

进一步地，步骤1)所述的可溶性金属盐组分及配比为(重量百分比)：60-75％硝酸铁、5-15％硝酸钴、5-15％钨酸铵、2-5％硝酸铬、0.5-3％钼酸铵、0.5-2％偏钒酸铵。

进一步地，步骤1)所述的金属离子溶液制备过程为再加入以上金属盐总重量15-25％的硝酸铵，加入水，搅拌至溶解可得到金属离子溶液。

进一步地，步骤2)所述助燃剂的比例为金属盐质量的60-200％，所述助燃剂包括：甘氨酸、尿素、柠檬酸等；

进一步地，步骤3)所述加热环境可使用控温电炉或马弗炉，加热混合溶液的温度为180-380℃，待溶液蒸发完毕，发生自蔓延燃烧后停止加热；

进一步地，步骤4)所述在还原气氛下煅烧所使用的气氛为氢气，加热温度700-1200℃，升温速率0.5-10℃/min，保温时间1-5h。

进一步地，步骤5)所述的压制成型过程使用冷等静压成型，压力为100-380MPa。

进一步地，步骤6)所述的煅烧处理使用管式炉在甲烷气体保护下煅烧，煅烧温度：1100-1200℃；保温时间：1-5h；升温速率：1-10℃/min。

本发明具有以下有益效果：

本发明使用低温燃烧合成方法制备高速钢粉末，将金属离子均匀混合，反应产物中成分分布均匀，颗粒细小不易团聚。其次，燃烧过程中产生的气体会使粉末疏松膨胀，有利于粉末的细化，提高粉末的烧结活性。最后，低温燃烧合成操作简便、合成时间短、产物效率高，适合工业化推广。

具体实施方式

实施例1

将70g硝酸铁、12g硝酸钴、12g钨酸铵、4g硝酸铬、1g钼酸铵、1g偏钒酸铵加入到2L容积的烧杯中。再加入18g硝酸铵、80g甘氨酸、40g尿素和200ml去离子水，用玻璃棒搅拌至沉淀完全溶解。将混合溶液转移至控温电炉上，250℃加热溶液，溶液开始沸腾蒸发直至蔓延燃烧，待燃烧充分后收集粉末得到金属氧化物粉末。将得到的金属氧化物粉末转移至管式炉内，以氢气气氛保护下，8℃/min的升温速率，加热至800℃，保温2h，得到还原后的高速钢前驱体粉末。将氢气还原后的高速钢前驱体粉末采用冷等静压成型方式，压力为200MPa，压制成高速钢前驱体生坯。最后将制得的高速钢前驱体生坯转移至管式炉内，以甲烷为保护气氛，8℃/min的升温速率，在1150℃下保温2h得到高速钢材料。

实施例2

将75g硝酸铁、10g硝酸钴、10g钨酸铵、3g硝酸铬、1g钼酸铵、1g偏钒酸铵加入到2L容积的烧杯中。再加入15g硝酸铵、100g甘氨酸和200ml去离子水，用玻璃棒搅拌至沉淀完全溶解。将混合溶液转移至控温电炉上，220℃加热溶液，溶液开始沸腾蒸发直至蔓延燃烧，待燃烧充分后收集粉末得到金属氧化物粉末。将得到的金属氧化物粉末转移至管式炉内，以氢气气氛保护下，8℃/min的升温速率，加热至800℃，保温2h，得到还原后的高速钢前驱体粉末。将氢气还原后的高速钢前驱体粉末采用冷等静压成型方式，压力为220MPa，压制成高速钢前驱体生坯。最后将制得的高速钢前驱体生坯转移至管式炉内，以甲烷为保护气氛，8℃/min的升温速率，在1150℃下保温2h得到高速钢材料。

实施例3

将70g硝酸铁、12g硝酸钴、12g钨酸铵、4g硝酸铬、1g钼酸铵、1g偏钒酸铵加入到2L容积的烧杯中。再加入18g硝酸铵、70g甘氨酸、40g尿素、20g柠檬酸和200ml去离子水，用玻璃棒搅拌至沉淀完全溶解。将混合溶液转移至控温电炉上，250℃加热溶液，溶液开始沸腾蒸发直至蔓延燃烧，待燃烧充分后收集粉末得到金属氧化物粉末。将得到的金属氧化物粉末转移至管式炉内，以氢气气氛保护下，3℃/min的升温速率，加热至900℃，保温1h，得到还原后的高速钢前驱体粉末。将氢气还原后的高速钢前驱体粉末采用冷等静压成型方式，压力为200MPa，压制成高速钢前驱体生坯。最后将制得的高速钢前驱体生坯转移至管式炉内，以甲烷为保护气氛，8℃/min的升温速率，在1150℃下保温2h得到高速钢材料。