本發(fā)明屬于高速鋼制造技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種快速高效制備高性能粉末高速鋼的方法。
技術(shù)背景
高速鋼是一種高碳、高合金萊氏體鋼，是常用的工模具材料，被廣泛應(yīng)用于加工制造行業(yè)?，F(xiàn)代工業(yè)和制造業(yè)的飛速發(fā)展，對高速鋼材料要求性能更好、更穩(wěn)定，對加工技術(shù)也向著材料利用率更高、精度更高的方向發(fā)展。由于高速鋼合金元素種類多、含量大，使得合金的共晶點與高速鋼的熔點非常接近，傳統(tǒng)鑄鍛高速鋼碳化物粗大、組織偏析嚴重，為改善組織均勻性，鍛打改性工序多、工藝復雜。為解決鑄鍛高速鋼所面臨的難題，誕生了粉末高速鋼。粉末高速鋼的主要工藝包括壓制燒結(jié)和粉末包套熱等靜壓。對于粉末壓制燒結(jié)，為達到致密化往往要選用最佳的燒結(jié)溫度，由于高速鋼燒結(jié)窗口較窄，尺寸較大的制品很容易出現(xiàn)局部溫度過高，一方面，若溫度達到合金熔點則會產(chǎn)生液相，一旦產(chǎn)生液相量較大則很難保證制品原有形狀，破壞了制品的成型性；另一方面，過高的燒結(jié)溫度往往導致生成的碳化物粗大，從而導致制品組織不均勻，使得制品性能變差。粉末熱等靜壓高速鋼性能優(yōu)異，是高性能高速鋼生產(chǎn)的終極手段，但是鋼包套從制作到封焊，周期較長，鋼材成形變形困難，不利于形狀復雜的異形件生產(chǎn)。
本發(fā)明就是針對上述問題，解決鋼包套在熱等靜壓制備過程中，包套變形困難、包套制作周期長的難題，提供了一種快速高效制備得到高性能粉末高速鋼的致密化技術(shù)。本發(fā)明是利用粉末冶金方法，通過將高速鋼粉末制備成預(yù)成型坯或裝入3D打印的玻璃原型，熔覆玻璃粉末或真空封裝玻璃原型，最后進行熱等靜壓致密化處理，即可獲得高速鋼近終型產(chǎn)品。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要針對熱等靜壓制備高速鋼過程中，鋼包套的制作變形困難、制作封焊時間較長等問題，采用在高速鋼預(yù)成型坯表面熔覆玻璃粉末，或利用3D打印制備玻璃原型填充高速鋼粉末的方法，提供了一種快速、高效制備高性能粉末高速鋼的方法。其具體制備工藝如下：
a、高速鋼預(yù)成型坯熔覆玻璃粉及熱等靜壓致密化
(1)預(yù)成型坯制備：將高速鋼粉末經(jīng)冷等靜壓制備預(yù)成型坯，冷等靜壓壓力50～200MPa，保溫保壓1～30min；
(2)預(yù)成型坯表面熔覆玻璃粉末：將玻璃粉末與粘結(jié)劑混合均勻，涂覆于預(yù)成型坯表面，涂覆厚度為1～5mm；然后在馬弗爐中加熱，使玻璃粉末呈液態(tài)均勻包覆整個坯體，隨爐冷卻至室溫；
(3)熱等靜壓致密化：將熔覆玻璃粉末的預(yù)成型坯進行熱等靜壓致密化，熱等靜壓溫度為900～1200℃，先升溫，達到玻璃軟化點，再升壓至50～200MPa，保溫保壓0.5～5h。
b、玻璃原型填充高速鋼粉末及熱等靜壓致密化
(1)玻璃原型制備：通過玻璃絲材3D打印成形具有高速鋼制品輪廓形狀的玻璃原型；
(2)裝粉與真空密封：將高速鋼粉末填充玻璃原型，填充好后進行真空封裝以保證玻璃原型的氣密性，真空度達到10-3～10-5Pa；
(3)熱等靜壓致密化：將填充高速鋼粉末的玻璃原型進行熱等靜壓，熱等靜壓溫度為900～1200℃，先升溫，達到玻璃軟化點，再升壓至50～200MPa，保溫保壓0.5～5h。
優(yōu)選的，所述預(yù)成型坯所用高速鋼粉末選用水霧化粉末，其平均粒度為10～60μm；玻璃原型填充高速鋼粉末選用氣霧化粉末，其平均粒度為30～100μm。
優(yōu)選的，所述選用的熔融玻璃粉末和成型玻璃原型所用的玻璃軟化點為900～1200℃，其中，玻璃粉平均粒度為10～100μm。
采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果在于：
1、工藝簡單，生產(chǎn)周期短，能夠快速高效地生產(chǎn)高性能粉末高速鋼制品。
2、玻璃粉末以及3D打印玻璃原型所用材料選材方便、成本低、成型方便。
3、易于短流程獲得復雜形狀高性能粉末高速鋼制品。
具體實施方案
實施例1
選用平均粒度為60μm的水霧化M2高速鋼粉末，在80MPa壓力下進行冷等靜壓成型制備預(yù)成型坯。在預(yù)成型坯表面均勻地涂覆玻璃粉末(軟化點為1100℃，平均粒度為100μm)與水玻璃的均勻混合物，涂覆厚度為1mm。然后置于馬弗爐中加熱，待其均勻熔覆后冷卻至室溫取出，放入熱等靜壓爐中，升溫至1100℃，再升壓至100MPa，保溫保壓2h。熱等靜壓完成后，脫除玻璃外殼即得高性能粉末高速鋼制品。
實施例2
選用平均粒度為10μm的水霧化M42高速鋼粉末，在180MPa壓力下進行冷等靜壓成型制備預(yù)成型坯。在預(yù)成型坯表面均勻地涂覆玻璃粉末(軟化點為950℃，平均粒度為10μm)與水玻璃的均勻混合物，涂覆厚度為5mm。然后置于馬弗爐中加熱，待其均勻熔覆后冷卻至室溫取出，放入熱等靜壓爐中，升溫至950℃，再升壓至160MPa，保溫保壓4h。熱等靜壓完成后，脫除玻璃外殼即得高性能粉末高速鋼制品。
實施例3
根據(jù)高速鋼制品輪廓形狀尺寸采用3D打印技術(shù)制作玻璃原型(軟化點為1050℃)，將粒平均度為50μm的氣霧化M2高速鋼粉末裝入玻璃原型內(nèi)，真空密封使玻璃原型內(nèi)部真空度達10-5Pa，然后置于熱等靜壓爐中，升溫至1050℃，再升壓至120MPa，保溫保壓3h。熱等靜壓完成后，脫除玻璃外殼即得高性能粉末高速鋼制品。
實施例4
根據(jù)高速鋼制品輪廓形狀尺寸采用3D打印技術(shù)制作玻璃原型(軟化點為1000℃)，將粒平均度為80μm的氣霧化M42高速鋼粉末裝入玻璃原型內(nèi)，真空密封使玻璃原型內(nèi)部真空度達10-4Pa，然后置于熱等靜壓爐中，升溫至1000℃，再升壓至150MPa，保溫保壓1h。熱等靜壓完成后，脫除玻璃外殼即得高性能粉末高速鋼制品。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所述技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。