粉末冶金工藝制備耐磨耐蝕合金管件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合金管件的制備方法，尤其涉及一種粉末冶金工藝制備耐磨耐蝕合金管件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在一些特殊工況條件下，工模具或機(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、酸或其他腐蝕劑的腐蝕作用，如注塑成形機(jī)械中的螺桿、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，所使用合金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，合金需具備一定的硬度和韌性。
[0003]目前工模具用合金主要采用傳統(tǒng)的鑄鍛工藝制備，澆注過(guò)程液態(tài)合金緩慢冷卻凝固，合金成分在凝固過(guò)程中容易發(fā)生偏析，形成粗大組織，即使經(jīng)過(guò)后續(xù)鍛軋?zhí)幚?，這種不良組織仍然會(huì)對(duì)合金性能帶來(lái)不良影響，導(dǎo)致合金的性能包括強(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合金解決了合金元素偏析的問(wèn)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(lái)合金整體成本的提高，如何降低粉末冶金工藝制備合金的成本是需要解決的問(wèn)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工藝制備耐磨耐蝕合金管件的方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的粉末冶金工藝制備耐磨耐蝕合金管件的方法，所述耐磨耐蝕合金為鐵基合金，該方法包括以下制備步驟:
步驟一、通過(guò)粉末冶金工藝制備鐵基合金粉末；
步驟二、取一端開(kāi)口的中空?qǐng)A柱形熱等靜壓包套，熱等靜壓包套外層為厚度10~300_的碳素鋼或不銹鋼合金，熱等靜壓包套內(nèi)層及底部為厚度1.5~3mm的低碳鋼，將鐵基合金粉末裝填于厚度為5~300mm的環(huán)形空隙中振實(shí)；
步驟三、對(duì)熱等靜壓包套進(jìn)行抽真空脫氣處理，抽真空過(guò)程對(duì)熱等靜壓包套加熱保溫，熱等靜壓包套脫氣后繼續(xù)加熱保溫，隨后對(duì)熱等靜壓包套端部進(jìn)行封焊處理；
步驟四、對(duì)脫氣并封焊后的熱等靜壓包套進(jìn)行熱等靜壓處理，待熱等靜壓包套內(nèi)鐵基合金粉末完全致密固結(jié)并與外層合金緊密結(jié)合后隨爐冷卻，車(chē)削去掉管件內(nèi)層的低碳鋼熱等靜壓包套層，制得耐磨耐蝕合金管件。
[0006]本發(fā)明通過(guò)熱等靜壓包套將具有耐磨耐蝕性能特征的鐵基合金粉末與外層碳素鋼或不銹鋼合金組合，經(jīng)過(guò)熱等靜壓壓制結(jié)合形成雙層合金結(jié)構(gòu)的管件，鐵基合金粉末形成的內(nèi)層合金使管件具有耐磨耐蝕性能，能夠滿足磨損及腐蝕性工況對(duì)耐磨耐蝕性能的應(yīng)用要求，外層合金采用價(jià)格低廉的碳素鋼或不銹鋼，極大降低了管件的生產(chǎn)成本。制備方法中對(duì)外層合金厚度、熱等靜壓包套內(nèi)層及底部厚度、合金粉末裝填厚度的限定保證了粉末合金與外層合金在熱等靜壓壓制過(guò)程中能夠達(dá)到完全致密且緊密結(jié)合的結(jié)構(gòu)，使用過(guò)程中管件外層合金能夠?qū)?nèi)層耐磨耐蝕合金層提供足夠的力學(xué)支撐，管件整體表現(xiàn)出良好強(qiáng)韌性，同時(shí)滿足于腐蝕及磨損性工況的性能要求。
[0007]作為對(duì)上述方式的限定，所述步驟一中粉末冶金工藝采用非真空方式進(jìn)行熔煉然后霧化制粉，包括以下工藝步驟:
a、將鋼液轉(zhuǎn)移至鋼包；
b、鋼包內(nèi)鋼液上表面覆蓋鋼包保護(hù)渣，加熱鋼包保護(hù)渣，維持鋼液的過(guò)熱度；在鋼包底部通入惰性氣體對(duì)鋼液進(jìn)行攪拌；
C、將鋼液通過(guò)鋼包底部的導(dǎo)流管以穩(wěn)定流量流入預(yù)加熱的中間包，待鋼液進(jìn)入中間包埋沒(méi)導(dǎo)流管下端面時(shí)對(duì)鋼液上表面施加中間包保護(hù)渣；
d、對(duì)中間包進(jìn)行持續(xù)補(bǔ)償加熱，維持鋼液的過(guò)熱度；
e、鋼液從中間包進(jìn)入具有保護(hù)氣氛的霧化室后采用惰性氣體在穩(wěn)定氣體壓力下進(jìn)行霧化制粉，制得的合金粉末沉降至霧化室底部，后進(jìn)入具有保護(hù)氣氛的儲(chǔ)粉罐，通過(guò)保護(hù)篩分裝置對(duì)合金粉末進(jìn)行篩分后再進(jìn)入儲(chǔ)粉罐儲(chǔ)裝。
[0008]本發(fā)明的粉末冶金工藝采用非真空方式進(jìn)行熔煉然后霧化制粉，過(guò)程中采取了多種有效保護(hù)手段來(lái)減少有害夾雜混入及防止合金氧含量增加，如鋼包的保護(hù)渣具備隔絕空氣以及導(dǎo)電加熱功能；鋼包底部通入惰性氣體，使鋼包內(nèi)不同位置鋼液溫度均衡，同時(shí)加速有害夾雜的上浮去除；鋼包底部的導(dǎo)流管一方面對(duì)鋼液起導(dǎo)流作用，減少鋼液流轉(zhuǎn)過(guò)程紊流產(chǎn)生，避免卷渣或減少夾雜進(jìn)入到下一環(huán)節(jié)，另一方面避免了鋼液流直接與空氣的接觸，防止鋼液氧含量上升；中間包鋼液保護(hù)渣防止流經(jīng)中間包的鋼液直接與空氣接觸，減少鋼液氧含量的升高；鋼液進(jìn)入中間包前對(duì)中間包預(yù)加熱，防止鋼液進(jìn)入中間包時(shí)局部凝結(jié)或?qū)е碌诙嗵崆拔龀?；霧化室、儲(chǔ)粉罐具有強(qiáng)制降溫冷卻功能，內(nèi)部均為正壓惰性氣體保護(hù)氣氛；粉末保護(hù)篩分裝置腔體內(nèi)部通有正壓惰性保護(hù)氣體，對(duì)粉末篩分過(guò)程起到保護(hù)作用同時(shí)防止粉末飄揚(yáng)；由此制得的粉末固結(jié)成形后獲得的錠材組織細(xì)小均勻，具備優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。由于采用非真空熔煉霧化制粉，單次制備粉末重量可達(dá)1.5-8噸，使粉末制備成本顯著降低。
[0009]作為對(duì)上述方式的限定，所述粉末冶金工藝中鋼液過(guò)熱度為100°C _150°C，中間包預(yù)加熱溫度為800°C -1200°C。
[0010]作為對(duì)上述方式的限定，所述粉末冶金工藝中導(dǎo)流管鋼液流量范圍為10 kg/min-50 kg/minο
[0011]作為對(duì)上述方式的限定，所述粉末冶金工藝中惰性氣體為氬氣或氮?dú)?，氣體純度^ 99.999%，氧含量< 2ppm。
[0012]作為對(duì)上述方式的限定，所述粉末冶金工藝中霧化氣體壓力為1.0MPa-5.0MPa,
作為對(duì)上述方式的限定，所述步驟三中熱等靜壓包套加熱保溫在200°C -600°C。
[0013]作為對(duì)上述方式的限定，所述步驟三中熱等靜壓包套脫氣至0.0lPa后繼續(xù)加熱保溫多2h。
[0014]作為對(duì)上述方式的限定，所述步驟四的熱等靜壓溫度為1050~1200°C，壓力為彡lOOMPa，時(shí)間彡Iho
[0015]綜上所述，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，將具有耐磨耐蝕性能特征的鐵基合金粉末與外層碳素鋼或不銹鋼合金經(jīng)過(guò)熱等靜壓壓制結(jié)合，形成完全致密且緊密結(jié)合的雙層合金結(jié)構(gòu)，使合金管件內(nèi)表面合金層具有耐磨耐蝕性能特點(diǎn)，同時(shí)減少了高成本合金粉末的使用量，降低了生產(chǎn)成本，提升了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本發(fā)明的粉末冶金工藝制備耐磨耐蝕合金管件的方法，操作簡(jiǎn)單易控，具有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的耐磨耐蝕合金管件的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的耐磨耐蝕合金管件橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖圖中:1、熱等靜壓包套；2、內(nèi)層合金；3、外層合金；D1:外層合金外徑；D2:外層合金內(nèi)徑；D3:熱等靜壓包套內(nèi)層直徑；H:管件高度。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，耐磨耐蝕合金管件的高度為H。
[0018]如圖2所示，熱等靜壓包套I為一端開(kāi)口的中空?qǐng)A柱形，熱等靜壓包套內(nèi)層及底部為1.5mm-3mm厚低碳鋼，熱等靜壓包套內(nèi)層直徑D3形成合金管件的內(nèi)徑；外層合金3為厚度10mm-300mm的圓環(huán)形碳素鋼或不銹鋼合金，外層合金外徑Dl形成合金管件的外徑；熱等靜壓包套內(nèi)層與外層合金3形成的厚度5_-300_環(huán)形空隙用于裝填鐵基合金粉末，經(jīng)過(guò)熱等靜壓壓制形成內(nèi)層合金2，外層合金內(nèi)徑D2形成內(nèi)層合金的外徑。
[0019]實(shí)施例一本實(shí)施例涉及一種粉末冶金工藝制備耐磨耐蝕合金管件的方法，包括以下制備步驟:步驟一、制備一種具有耐磨耐蝕性能的鐵基合金的粉末，合金化學(xué)組分的質(zhì)量百分比計(jì)為 C:2.68% ；ff:0.5% ；Mo: 1.3% ；Cr:16.5% ；V:8.3% ；Nb:2.0% ；Co:0.2% ；S1:0.6% ；Mn:0.3% ；N:0.12% ；0: 0.006% ;余量為鐵和雜質(zhì)。采用非真空粉末冶金工藝制備合金粉末，粉末冶金工藝步驟如下:
a、將鋼液轉(zhuǎn)移至鋼包，鋼液裝載重量為3噸；
b、鋼包內(nèi)鋼液上表面覆蓋鋼包保護(hù)渣，加熱鋼包保護(hù)渣，維持鋼液的過(guò)熱度為110°C；在鋼包底部通入氮?dú)鈱?duì)鋼液進(jìn)行攪拌；
C、將鋼液通過(guò)鋼包底部的鋼液導(dǎo)流管流入預(yù)加熱至850°C的中間包，控制導(dǎo)流管入口大小，使鋼液流量為50 kg/min，鋼液進(jìn)入中間包后埋沒(méi)導(dǎo)流管下端面時(shí)施加中間包保護(hù)渣；
d、對(duì)中間包進(jìn)行持續(xù)補(bǔ)償加熱，維持鋼液的過(guò)熱度為110°C;
e、鋼液從中間包進(jìn)入霧化室后采用氮?dú)庾鳛闅怏w介質(zhì)進(jìn)行霧化制粉，氮?dú)饧兌萟 99.999%，氧含量< 2ppm，霧化氣體壓力為3.5MPa，霧化制粉過(guò)程維持鋼液溫度穩(wěn)定、鋼液流量穩(wěn)定，霧化氣體壓力穩(wěn)定，制得的鐵基合金粉末沉降至霧化室底部，后進(jìn)入具有氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛的儲(chǔ)粉罐，霧化制粉完成后，待儲(chǔ)粉罐內(nèi)鐵基合金粉末冷卻到室溫通過(guò)氮?dú)獗Ｗo(hù)篩分裝置對(duì)鐵基合金粉末進(jìn)行篩分，再進(jìn)入儲(chǔ)粉罐儲(chǔ)裝備用；
步驟二、將篩分后儲(chǔ)粉罐體內(nèi)鐵基合金粉末裝填入一端開(kāi)口的中空?qǐng)A柱形熱等靜壓包套，如圖1、2所示，其中Dl為200mm，D2為70mm，D3為50mm，H為1800mm，熱等靜壓包套外層合金為鑄鍛工藝制備的45#鋼，熱等靜壓包套內(nèi)層及底部材質(zhì)為低碳鋼，厚度2_，鐵基合金粉末裝填于環(huán)形空隙中；裝粉前先對(duì)熱等靜壓包套內(nèi)通入氮?dú)馀懦諝?，隨后密閉連接熱等靜壓包套和儲(chǔ)粉罐體，將鐵基合金粉末裝填至熱等靜壓包套內(nèi)，熱等靜壓包套裝粉過(guò)程實(shí)施振動(dòng)操作，增加鐵基合金粉末裝填密度；
步驟三、鐵基合金粉末裝填完成后對(duì)熱等靜壓包套進(jìn)行抽真空脫氣處理，抽真空過(guò)程熱等靜壓包套加熱保溫在300°C，熱等靜壓包套脫氣至0.0lPa后繼續(xù)加熱保溫彡2h,隨后對(duì)熱等靜壓包套端部進(jìn)行封焊處理；
步驟四、將脫氣并封焊后熱等靜壓包套進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓溫度1100°C，在^ 10MPa壓力下保持時(shí)間多Ih后熱等靜壓包套內(nèi)鐵基合金粉末完全致密固結(jié)，隨爐冷卻制得耐磨耐蝕合金管件