粉末冶金耐磨損耐腐蝕合金的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種工模具鋼類合金，尤其涉及一種粉末冶金耐磨損耐腐蝕合金。
【背景技術】
[0002] 在一些特殊工況條件下，工具或零部件不僅經受運動部件或工作介質中硬的研磨 顆粒直接接觸引起磨損，還經受潮濕、酸或其它腐蝕劑的腐蝕作用，這樣一種典型的工況如 用于塑料機械擠注塑成形的螺桿、螺桿頭或螺桿套筒等零部件，一方面由于塑料中添加大 量硬質顆粒，如玻璃纖維、碳纖維等，導致這些零部件磨損加劇，另一方面塑料中腐蝕性成 分對零部件產生化學腐蝕。為了使應用于這些特殊工況的零部件具備長的使用壽命，所使 用工具鋼必須具有高的耐磨性能和耐蝕性能，另外為了承受工作應力加載和沖擊，工具鋼 需具備一定的硬度和韌性。工具鋼的耐磨性能取決于基體硬度以及鋼中存在的硬質第二相 的含量、形態以及粒度分布。鋼中的硬質第二相包括凡(：1 2(：123(：617(：3以及1?：等^(：碳化 物的顯微硬度高于其它碳化物，作業過程中能夠更好地保護基體，從而減少磨損發生，提高 工模具的使用壽命。工具鋼耐蝕性能的提高主要依賴于鉻元素在基體中的固溶，認為至少 11%的鉻固溶于基體是必要的。工具鋼的韌性取決于基體強度以及第二相的分布狀態，鋼中 粗大碳化物的存在引起應力集中，使工具鋼韌性降低，導致在較低的外力加載下發生斷裂， 為了提高工具鋼韌性，減少碳化物含量或細化碳化物粒度是重要的手段。工具鋼使用過程 中為了避免塑性變形發生，工具鋼通常要求硬度達到HRC60以上。
[0003] 目前工具鋼主要采用傳統的鑄鍛工藝制備，采用鑄鍛工藝制備工具鋼受到工藝過 程鋼液緩慢冷卻凝固特點的限制，合金成分在凝固過程中容易發生偏析，形成粗大的碳化 物組織，即使經過后續鍛軋處理，這種不良組織仍然會對合金性能帶來不良影響，導致鑄鍛 工具鋼性能上包括強度、韌性、耐磨性能、可磨削性能等處于偏低水平，難以滿足高端加工 制造對材料使用性能及壽命穩定性的要求。采用粉末冶金工藝制備工具鋼解決了合金元素 偏析的問題，粉末冶金工藝制備工具鋼的主要步驟包括：霧化制粉一粉末固結成形，在上述 霧化制粉環節，鋼液被快速冷卻成粉末，鋼液中合金元素來不及偏析即完全凝固，粉末固結 成材后組織細小均勻，相比鑄鍛合金性能有大幅度提升，目前對于一些性能要求極高的高 合金工具鋼只有采用粉末冶金工藝進行制備才能滿足要求。采用粉末冶金工藝制備工具鋼 已有報道，但部分鋼種成分設計不夠合理，組織及性能有待進一步提高。
【發明內容】
[0004] 為解決現有技術中存在的不足，本發明提供了一種具有優異性能的粉末冶金耐磨 損耐腐蝕合金。
[0005] 為實現上述目的，本發明的粉末冶金耐磨損耐腐蝕合金，采用粉末冶金工藝制 備，其化學組分按質量百分比計包括：C :2. 36%-3. 30%，W :0. 1%-1. 0%，Mo :彡1. 8%，Cr : 12. 6%-18· 0%，V :6· 0%-12· 5%，Nb :0· 5%-2· 1%，Co :0· 1%-0· 5%，Si :彡 L 0%，Mn :0· 2%-1· 0%， N :0. 05%-0. 35%，余量為鐵和雜質；所述粉末冶金耐磨損耐腐蝕合金的碳化物組成為MC碳 化物和M7C3碳化物，其中MC碳化物的類型為（V、Nb ) (C、N )。
[0006] 本發明通過合金成分的設計，采用粉末冶金工藝制備，以獲得一種具有優異耐磨 損耐腐蝕性能的合金。
[0007] C元素部分固溶于基體，提高基體強度，同時，C元素是碳化物的組成元素之一，含 量不能小于2. 36%，以保證合金元素能夠充分參與碳化物析出，C的最大含量不超過3. 30%， 避免過多的C固溶于基體導致韌性下降，在C含量2. 36%-3. 30%范圍內，能夠獲得最大耐磨 性能以及強韌性的配合。
[0008] W、Mo固溶于基體，提高基體淬透性，本發明W含量范圍是0. 1%-1. 0%，Mo的含量 范圍是Mo < 1. 8%。
[0009] Cr -方面固溶于基體，提高耐蝕性能及淬透性，另一方面Cr以M7C3碳化物形式 析出，考慮到Cr固溶于基體以及以碳化物形式析出之間存在的平衡，本發明Cr含量為 12. 6%-18, 0%〇
[0010] V主要用于形成MC型碳化物，提高合金的耐磨性能，V含量控制范圍為 6. 0%-12, 5%〇
[0011] Nb的作用與V類似，參與形成MC碳化物，本發明合金Nb固溶于MC碳化物，提高 MC碳化物析出時的形核數量，促進MC碳化物析出和細化，提高耐磨性能；Nb添加含量上限 在于避免富Nb的MC碳化物析出；本發明控制Nb的含量范圍為0. 5%-2. 1%。
[0012] Co主要固溶于基體，促進碳化物析出，細化碳化物顆粒度，本發明合金中Co含量 的范圍為〇· 1%-〇· 5%。
[0013] Si不參與碳化物形成，作為一種脫氧劑和基體強化元素來使用，Si過多會使基體 的韌性下降，因此Si含量范圍限定為Si < 1. 0%。
[0014] Mn作為脫氧劑加入，可以固硫減少熱脆性，另外錳增加淬透性，本發明Mn含量范 圍為 0· 2%-1· 0%。
[0015] N參與形成MC碳化物，快速冷卻條件下，N促進MC碳化物形核析出，同時不會導致 MC碳化物過分長大，有利于提高耐磨性能，N同時促進鋼的耐蝕性能提高，限定N含量范圍 為 0· 05%-0· 35%。
[0016] 本發明合金V、Nb、C、N等合金元素形成MC碳化物類型為（V、Nb) (C、N)，鋼液快速 冷卻凝固條件下，添加的Nb和N參與MC碳化物形成，提高碳化物形核率和細化MC碳化物 顆粒，使合金初性提尚。
[0017] 作為對上述方式的限定，所述雜質包括0, 0 < 0. 01%。
[0018] 0過高導致合金韌性下降，本發明合金中控制0含量< 0. 01%，以確保鋼的優良性 能。
[0019] 作為對上述方式的限定，其化學組分按質量百分比計包括：C :2. 40%-3. 18%，W : 0· 1%-0· 8%，Mo :彡 L 8%，Cr :13· 0%-18· 0%，V :6· 2%-12· 5%，Nb :1· 0%-2· 0%，Co :0· 1%-0· 4%， Si :彡 0· 8%，Mn :0· 2%-0· 8%，N :0· 05%-0· 30%，0 彡 0· 008%，余量為鐵和雜質。
[0020] 為了達到更好的綜合性能，本發明粉末冶金耐磨損耐腐蝕合金中的各化學組分應 控制在要求范圍之內。
[0021] 作為對上述方式的限定，所述MC碳化物的體積分數為12%_20%。
[0022] 作為對上述方式的限定，所述MC碳化物至少80V〇1% MC碳化物尺寸&