一种热压烧结模具用合金材料制造技术

本发明专利技术公开了一种热压烧结模具用合金材料，属于冶金技术领域。本发明专利技术所述合金材料的化学成分组成及其质量百分比为：C：0.01～0.06%，Si≤0.2%，Mn≤0.2%，P≤0.01%，S≤0.002%，Al：1.20～2.0%，Nb：2.20～2.60%，Ti：2.30～2.60%，Mo：8～10%，Cr：12～15%，Fe：22.0～25.0%，B≤0.01%，Cu≤0.07%，V≤0.07%，W≤0.2%，Co≤0.2%，其余为Ni和不可避免的杂质。本发明专利技术所述合金材料基体为均匀奥氏体组织，材料室温和高温性能优良。

A kind of alloy material for hot pressing sintering die

The invention discloses a kind of alloy material for hot pressing sintering mould, which belongs to the field of metallurgical technology. The chemical composition of alloy materials and its mass percentage is C:0.01 ~ 0.06%, Si = 0.2%, Mn = 0.2%, P = 0.01%, S = 0.002%, Al:1.20 ~ 2%, Nb:2.20 ~ 2.60%, Ti:2.30 ~ 2.60%, Mo:8 ~ 10%, Cr:12 ~ 15%, Fe:22.0 ~ 25%, B = 0.01%, Cu = 0.07%, V = 0.07%, W = 0.2%, Co = 0.2%, the remaining Ni and inevitable impurities. The alloy matrix of the present invention is uniform austenite, and the material has excellent properties at room temperature and high temperature.

【技术实现步骤摘要】
一种热压烧结模具用合金材料
本专利技术属于冶金
，具体涉及一种热压烧结模具用合金材料。
技术介绍
热压烧结是粉末冶金生产工艺中重要的一类，通过在金属粉料烧结的过程中施加一定的压力，获得极高致密度的制品。由于该工艺与常压烧结相比可以缩短工艺时间，提高制品综合性能，因此在金刚石工具制造业被越来越多地应用于高端圆盘锯、钻头等产品刀头的生产，并呈现出在行业内广泛推广的趋势。在金刚石工具制造业，热压烧结模具对金刚石刀头制品的生产至关重要，通常使用的模具材料为石墨材质，具有线膨胀系数低、耐受温度高、高温强度高、采购成本低的突出优势，尤其是其强度可以随着温度升高而增大，在高温高压的工艺条件下可以确保不失效。然而，石墨材料自身又存在一些不足，如塑性差、韧性差、服役寿命短以及不可修复，导致模具加工手段单一、不利于生产复杂形状的刀头、更换频率高、难以循环利用等问题。中国专利CN102886519A公开了一种高度自动化的热压烧结机，解决了传统热压烧结生产中设备占地空间大、热能利用率低、有害烟尘气体无限制放散以及人力占用多的问题，极大地提高了生产效率。该热压烧结设备采用金属材质模具进行配套，使产品造型不再受石墨模具的限制，为金刚石工具制造企业进一步完善产品结构奠定了硬件基础，并且金属材料的可循环利用与大力发展绿色经济、循环经济完美契合。然而，热压烧结工艺自身的特点对金属模具材料提出了非常高的要求，如高硬度、高强度、良好高温稳定性与高温强韧性等。传统的热作模具钢、铁素体耐热钢等材料虽然在一定温度范围内可以满足热压烧结生产，但当温度进一步提升（800～900℃）时，上述材料便由于热强性差而很快失效；热强性较高的高温合金尽管在热压烧结的工艺温度范围内可以实现稳定服役，但是由于室温下硬度普遍偏低（通常不超过45HRC），在装模过程中很容易发生严重划伤，生产的刀头产生毛刺缺陷。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种热压烧结模具用合金材料。针对金刚石刀头热压烧结生产受模具材料制约的突出问题，设计出一种适合在800～900℃温度下使用的热压烧结模具用合金材料，兼具高热强性、高塑性的特点，且室温硬度高于常规高温合金，以满足热压烧结生产金刚石刀头的工艺要求。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种热压烧结模具用合金材料，所述合金材料的化学成分组成及其质量百分比为：C：0.01～0.06%，Si≤0.2%，Mn≤0.2%，P≤0.01%，S≤0.002%，Al：1.20～2.0%，Nb：2.20～2.60%，Ti：2.30～2.60%，Mo：8～10%，Cr：12～15%，Fe：22.0～25.0%，B≤0.01%，Cu≤0.07%，V≤0.07%，W≤0.2%，Co≤0.2%，其余为Ni和不可避免的杂质。本专利技术所述合金材料中C的质量百分比为：0.03～0.05%。本专利技术所述合金材料中B的质量百分比为：0.007～0.01%。本专利技术所述合金材料中Cu的质量百分比为：0.03～0.07%。本专利技术所述合金材料中W和Co的质量百分比之和为：W+Co≤0.3%。本专利技术所述合金材料时效处理后硬度值在47～54HRC。本专利技术所述合金材料室温下抗拉强度为1420～1470MPa、屈服强度为1116～1124MPa，延伸率为6～7%。本专利技术所述合金材料800℃下抗拉强度为945～969MPa，屈服强度为838～848MPa，延伸率为19.76～22.34%。本专利技术所述合金材料900℃下抗拉强度为765～802MPa，屈服强度为730～737MPa，延伸率为23.79～27.72%。本专利技术使用真空感应炉，按照上述化学成分配比的合金料进行熔炼，在铸铁模内浇铸成铸锭，经液压机开坯得到锻材，在硅碳棒式加热炉内经过固溶处理与时效处理，得到成品合金材料。本专利技术热压烧结模具用合金材料检测方法参考：GB/T142032016《火花放电原子发射光谱分析法通则》。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本专利技术所述合金材料基体为均匀奥氏体组织，借助Mo、Nb、Ti等元素构成的MC型碳化物以及金属间化合物Ni3Al的弥散析出起到沉淀强化作用，同时借助硼化物在晶界处的析出实现晶界韧化，避免高温下在晶界处发生沿晶开裂。2、本专利技术材料室温和高温性能优良，时效处理后硬度值在47～54HRC，室温下抗拉强度和屈服强度分别为1420～1470MPa、1116～1124MPa，延伸率为6～7%；800℃下抗拉强度与屈服强度分别为945～969MPa、838～848MPa，延伸率为19.76～22.34%；900℃下抗拉强度与屈服强度分别为765～802MPa、730～737MPa，延伸率为23.79～27.72%。3、本专利技术材料作为热压烧结模具材料服役，较传统热作模具钢服役寿命延长2倍以上，大大减少由于模具失效进行换模的时间，提高了热压烧结生产的工作效率；此外，由于材料高温性能优异，可以在不超过900℃条件下正常服役，使得热压烧结生产的烧结温度与压制力不再受到模具材料的制约，为下游用户生产工艺升级创造了良好条件。附图说明图1为本专利技术实施例1中合金材料200倍金相组织图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1本实施例热压烧结模具用合金材料的化学成分见表1，将合金料按该化学成分比例配比，使用500kg真空感应炉熔炼，具体步骤为：将电解镍板（Ni9920）、纯铁（YT01）、金属钴（Co9980）、钨铁（FeW80-C）、铌铁（FeNb60A）、金属铬（JCR99A）、钼铁（FeMo55-B）作为炉料置于真空感应炉内，初始功率为50KW，半小时后功率提升至100KW，45分钟后，将功率调整至150KW，35分钟后功率调至200KW；10分钟后功率降至180KW，直至炉料熔化完毕，整个熔炼过程真空度保持在5～7Pa。接着开始充氩气并进行合金化，依次添加铝粒、钛铁、钒铁、金属锰、碳粉等，与此同时功率提升至250KW；完成合金化后，待钢液温度达到1450℃左右时，向铸铁模内浇铸，得到合金铸锭。铸锭经800吨液压式锻压机以2.9的锻压比开坯得到合金锻材，而后在1200℃固溶、780℃时效后，得到最终合金材料。本实施例得到的合金材料室温硬度达到47.24HRC，室温抗拉强度1420MPa，室温屈服强度1116MPa，室温延伸率6%；800℃下的抗拉强度945MPa，800℃下的屈服强度842MPa，800℃下的延伸率19.76%；900℃下的抗拉强度765MPa，900℃下的屈服强度731MPa，900℃下的延伸率23.79%；金相组织图见图1。实施例2本实施例热压烧结模具用合金材料的化学成分见表1，将合金料按该化学成分比例配比，使用500kg真空感应炉熔炼，具体步骤为：将电解镍板（Ni9920）、纯铁（YT01）、金属钴（Co9980）、钨铁（FeW80-C）、铌铁（FeNb60A）、金属铬（JCR99A）、钼铁（FeMo55-B）作为炉料置于真空感应炉内，初始功率为50KW，半小时后功率提升至100KW，45分钟后，将功率调整至150KW，35分钟后功率调至200KW；10分钟后功率降至180KW，直至炉料熔化完毕，整个熔炼过程真空度保持在5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热压烧结模具用合金材料，其特征在于：所述合金材料的化学成分组成及其质量百分比为：C：0.01～0.06%，Si≤0.2%，Mn≤0.2%，P≤0.01%，S≤0.002%，Al：1.20～2.0%，Nb：2.20～2.60%，Ti：2.30～2.60%，Mo：8～10%，Cr：12～15%，Fe：22.0～25.0%，B≤0.01%，Cu≤0.07%，V≤0.07%，W≤0.2%，Co≤0.2%，其余为Ni和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种热压烧结模具用合金材料，其特征在于：所述合金材料的化学成分组成及其质量百分比为：C：0.01～0.06%，Si≤0.2%，Mn≤0.2%，P≤0.01%，S≤0.002%，Al：1.20～2.0%，Nb：2.20～2.60%，Ti：2.30～2.60%，Mo：8～10%，Cr：12～15%，Fe：22.0～25.0%，B≤0.01%，Cu≤0.07%，V≤0.07%，W≤0.2%，Co≤0.2%，其余为Ni和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种热压烧结模具用合金材料，其特征在于：所述合金材料中C的质量百分比为：0.03～0.05%。3.根据权利要求1所述的一种热压烧结模具用合金材料，其特征在于：所述合金材料中B的质量百分比为：0.007～0.01%。4.根据权利要求1所述的一种热压烧结模具用合金材料，其特征在于：所述合金材料中Cu的质量百分比为：0.03～0.07%。5.根据权利要求1-4...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔毅，张雲飞，韩彦光，吕达，
申请(专利权)人：河钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13