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MA-SPS技术制备新型高合金工具钢HGSF01

发布人:上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn 更新时间:2016-01-11
以新型高合金工模具钢(HGSF01)为研究对象,分别采用机械合金化加放电等离子烧结工艺制备成型,分析了其显微结构和力学性能。

 高合金工具钢作为一种常用的工模具钢,其工作环境决定了其必须具有高硬度、高耐磨性以及高韧性。传统铸造法制备的高合金工具钢在生产过程中会产生严重的宏观偏析,在显微组织中形成粗大的共晶碳化物,严重影响了材料的性能。粉末冶金方法制备的高合金工具钢具有晶粒较细、显微结构均匀、碳化物很少偏聚等优点,具有更好的强韧性能。使用机械合金化(MA)来制备烧结用的粉末,能避免高温熔化和凝固过程,在合金化的同时获得颗粒细小、结构精细的粉末。常用的烧结方法有热压烧结、热等静压烧结等,由于烧结时间长,易导致晶粒长大,不利于得到高致密度的烧结体。近几年发展起来的放电等离子烧结技术(Spark Plasma Sintering,简称SPS)烧结温度低,烧结时间短,可获得细小、均匀的组织,在提高强度和硬度的同时,不会降低材料的塑性和韧性。因此,采用MA-SPS技术制备高合金工具钢可以获得成分均一、晶粒尺寸细小的组织,并具有更好的综合力学性能。本文以新型高合金工模具钢(HGSF01)为研究对象,分别采用机械合金化加放电等离子烧结工艺制备成型,分析了其显微结构和力学性能。

采用QM-2SP型行星式球磨机将合金元素粉机械合金化制备HGSF01高合金工具钢粉末,其化学成分(质量分数,%)为:0.91.3C6.58.5Cr1.51.8Mo1.53.0V,少量的W,余量为Fe。铁粉采用羰基铁粉,颗粒大小为35μm,其余合金元素均为纯度99.9%300目的单质元素粉。将配比好的粉末混粉2h后置于球磨罐中在氩气保护下球磨,球磨机转速226r/min,磨球为直径10mm的不锈钢球,球料质量比为101,球磨时间60hSPS烧结采用日本的DR.SINTER type SPS-825放电等离子设备,将球磨后的粉末装填于石墨模具中,并用石墨纸将粉末与模壁隔离以便脱模。试样尺寸Φ30mm×6mm,烧结压力50MPa,烧结温度1100℃,升温速率50/min,保温时间5min
元素粉末经高能球磨后,合金元素固溶到了Fe中以外还生成了新的合金相,主要是(FeCr)3C型碳化物,实现了机械合金化,同时得到了细小的粉末颗粒,为烧结后形成细晶组织提供了条件。球磨后的高合金工具钢粉末固相线温度为1085℃,因此最佳烧结温度为1100℃。球磨后的粉末经SPS烧结工艺制备的高合金工具钢,硬度达到63HRC,致密度达到98.4%,且得到成分均匀的细晶组织,平均晶粒尺寸约为5μm,无碳化物偏聚,抗弯强度达到1510MPa,比传统电渣重熔制备的材料有了显著提高。同时,马氏体组织使基体的硬化以及碳化物细小均匀的分布,从而使耐磨性能优于电渣重熔的材料,但是孔洞的存在对耐磨性能有较大影响。

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