粉末冶金耐磨損耐腐蝕合金棒材的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種工模具鋼類合金棒材，尤其涉及一種粉末冶金耐磨損耐腐蝕合金 棒材。
【背景技術(shù)】
[0002] 在一些特殊工況條件下，塑料模具或機(jī)械零部件表面不僅經(jīng)受運(yùn)動(dòng)部件或工作介 質(zhì)中硬的研磨顆粒直接接觸引起磨損，還經(jīng)受潮濕、酸或其它腐蝕劑的腐蝕作用，如注塑成 形機(jī)械中的螺桿、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(zhì)顆粒，如玻 璃纖維、碳纖維等，導(dǎo)致這些零部件磨損加劇，另一方面塑料中腐蝕性成分對(duì)零部件產(chǎn)生化 學(xué)腐蝕。為了使應(yīng)用于這些特殊工況的零部件具備長(zhǎng)的使用壽命，所使用塑料模具鋼表面 必須具有高的耐磨性能和耐蝕性能，另外為了承受工作應(yīng)力加載和沖擊，塑料模具鋼需具 備一定的硬度和韌性。
[0003] 目前模具鋼主要采用傳統(tǒng)的鑄鍛工藝制備，采用鑄鍛工藝制備模具鋼受到工藝過 程鋼液緩慢冷卻凝固特點(diǎn)的限制，合金成分在凝固過程中容易發(fā)生偏析，形成粗大的碳化 物組織，即使經(jīng)過后續(xù)鍛軋?zhí)幚恚@種不良組織仍然會(huì)對(duì)合金性能帶來不良影響，導(dǎo)致鑄鍛 模具鋼性能上包括強(qiáng)度、韌性、耐磨性能、可磨削性能等處于偏低水平。采用粉末冶金工藝 制備模具鋼解決了合金元素偏析的問題，制備得到合金組織細(xì)小均勻，相比鑄鍛合金性能 有大幅度提升，但是粉末制備成本高昂，帶來合金整體成本的提高，如何降低粉末冶金模具 鋼的成本是需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種低成本的粉末冶金耐磨損耐腐 蝕合金棒材。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的粉末冶金耐磨損耐腐蝕合金棒材，由外層合金和內(nèi) 層合金組成，所述內(nèi)層合金為碳素鋼或不銹鋼，外層合金由粉末冶金的金屬粉末致密化 后制成，其金屬粉末化學(xué)組分按質(zhì)量百分比計(jì)包括：C : 1. 8%-2. 3%，W :0. 1%-1. 0%，Mo: 彡 L 8%，Cr :18· 2%-24· 0%，V :3· 0%-5· 2%，Nb :0· 2%-1· 8%，Co :0· 1%-0· 5%，Si :彡 L 0%，Mn : 0· 2%-1· 0%，N :0· 05%-0· 5%，余量為鐵和雜質(zhì)。
[0006] 本發(fā)明中內(nèi)層合金對(duì)外層合金提供力學(xué)支撐，外層合金金屬粉末的組分設(shè)計(jì)是實(shí) 現(xiàn)耐磨耐蝕性能的關(guān)鍵。
[0007] C元素部分固溶于基體，提高基體強(qiáng)度，同時(shí)，C元素是碳化物的組成元素之一，含 量不能小于1. 8%，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2. 3%，避 免過多的C固溶于基體導(dǎo)致韌性下降，在C含量I. 8%-2. 3%范圍內(nèi)，能夠獲得最大耐磨性能 以及強(qiáng)韌性的配合。
[0008] W、Mo固溶于基體，提高基體淬透性，本發(fā)明外層合金W含量范圍是0. 1%-1. 0%，M〇 的含量范圍是Mo彡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，限定Cr含量為 18. 2%-24, 0%〇
[0010] V主要用于形成MC型碳化物，提高耐磨性能，V含量控制范圍為3. 0%-5. 2%。
[0011] Nb的作用與V類似，參與形成MC碳化物，本發(fā)明外層合金Nb固溶于MC碳化物，提 高M(jìn)C碳化物析出時(shí)的形核數(shù)量，促進(jìn)MC碳化物析出和細(xì)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，因此控制Nb的含量范圍為0. 2%-1. 8%。
[0012] Co主要固溶于基體，促進(jìn)碳化物析出，細(xì)化碳化物顆粒度，Co含量的范圍限定為 0· 1%-0· 5%〇
[0013] Si不參與碳化物形成，作為一種脫氧劑和基體強(qiáng)化元素來使用，Si過多會(huì)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，Mn含量范圍為 0· 2%-1· 0%〇
[0015] N參與形成MC碳化物，快速冷卻條件下，N促進(jìn)MC碳化物形核析出，同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致 MC碳化物過分長(zhǎng)大，有利于提高耐磨性能，N同時(shí)促進(jìn)鋼的耐蝕性能提高，限定N含量范圍 為 0· 05%-0· 5%。
[0016] 外層合金中V、Nb、C、N等元素形成MC碳化物類型為（V、Nb) (C、N)，在粉末冶金工 藝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(xì)化MC 碳化物顆粒，使初性提尚。
[0017] 作為對(duì)上述方式的限定，所述外層合金金屬粉末的化學(xué)組分中雜質(zhì)包括0， 0^0. 01%〇
[0018] 0過高導(dǎo)致韌性下降，本發(fā)明中控制0含量范圍為< 0. 01%。
[0019] 作為對(duì)上述方式的限定，所述外層合金金屬粉末的化學(xué)組分按質(zhì)量百分比計(jì) 包括：C :1· 8%-2· 2%，W :0· 1%-0· 8%，Mo :彡 L 8%，Cr :18· 2%-23· 0%，V :3· 0%-5· 0%，Nb : 0· 2%-1· 5%，Co :0· 1%-0· 4%，Si :彡 0· 8%，Mn :0· 2%-0· 8%，N :0· 05%-0· 4%，0 彡 0· 008%，余量 為鐵和雜質(zhì)。
[0020] 為了達(dá)到更好的綜合性能，本發(fā)明的粉末冶金耐磨損耐腐蝕合金棒材其外層合金 金屬粉末的各化學(xué)組分應(yīng)控制在要求范圍之內(nèi)。
[0021] 作為對(duì)上述方式的限定，所述外層合金的碳化物組成為MC碳化物和M7C3碳化物。
[0022] 作為對(duì)上述方式的限定，所述MC碳化物的類型為（V、Nb) (C、N)。
[0023] 作為對(duì)上述方式的限定，所述MC碳化物的體積分?jǐn)?shù)為2%~6%，至少80V〇1%MC碳化 物尺寸為0. 5~1. 1 μ m，最大MC碳化物尺寸不超過2. 5 μ m。
[0024] 作為對(duì)上述方式的限定，所述M7C3碳化物為富Cr碳化物。
[0025] 作為對(duì)上述方式的限定，所述M7C3碳化物的體積分?jǐn)?shù)為18%~26%，至少80V〇1%MC 碳化物尺寸為1~5 μ m，最大MC碳化物尺寸不超過10 μ m。
[0026] 作為對(duì)上述方式的限定，所述外層合金的化學(xué)組分中雜質(zhì)還包括S、P，其中 S 彡 0· 1