本發明屬于高速鋼制造技術領域，特別提供了一種快速高效制備高性能粉末高速鋼的方法。

技術背景

高速鋼是一種高碳、高合金萊氏體鋼，是常用的工模具材料，被廣泛應用于加工制造行業。現代工業和制造業的飛速發展，對高速鋼材料要求性能更好、更穩定，對加工技術也向著材料利用率更高、精度更高的方向發展。由于高速鋼合金元素種類多、含量大，使得合金的共晶點與高速鋼的熔點非常接近，傳統鑄鍛高速鋼碳化物粗大、組織偏析嚴重，為改善組織均勻性，鍛打改性工序多、工藝復雜。為解決鑄鍛高速鋼所面臨的難題，誕生了粉末高速鋼。粉末高速鋼的主要工藝包括壓制燒結和粉末包套熱等靜壓。對于粉末壓制燒結，為達到致密化往往要選用最佳的燒結溫度，由于高速鋼燒結窗口較窄，尺寸較大的制品很容易出現局部溫度過高，一方面，若溫度達到合金熔點則會產生液相，一旦產生液相量較大則很難保證制品原有形狀，破壞了制品的成型性；另一方面，過高的燒結溫度往往導致生成的碳化物粗大，從而導致制品組織不均勻，使得制品性能變差。粉末熱等靜壓高速鋼性能優異，是高性能高速鋼生產的終極手段，但是鋼包套從制作到封焊，周期較長，鋼材成形變形困難，不利于形狀復雜的異形件生產。

本發明就是針對上述問題，解決鋼包套在熱等靜壓制備過程中，包套變形困難、包套制作周期長的難題，提供了一種快速高效制備得到高性能粉末高速鋼的致密化技術。本發明是利用粉末冶金方法，通過將高速鋼粉末制備成預成型坯或裝入3D打印的玻璃原型，熔覆玻璃粉末或真空封裝玻璃原型，最后進行熱等靜壓致密化處理，即可獲得高速鋼近終型產品。

技術實現要素：

本發明主要針對熱等靜壓制備高速鋼過程中，鋼包套的制作變形困難、制作封焊時間較長等問題，采用在高速鋼預成型坯表面熔覆玻璃粉末，或利用3D打印制備玻璃原型填充高速鋼粉末的方法，提供了一種快速、高效制備高性能粉末高速鋼的方法。其具體制備工藝如下：

a、高速鋼預成型坯熔覆玻璃粉及熱等靜壓致密化

(1)預成型坯制備：將高速鋼粉末經冷等靜壓制備預成型坯，冷等靜壓壓力50～200MPa，保溫保壓1～30min；

(2)預成型坯表面熔覆玻璃粉末：將玻璃粉末與粘結劑混合均勻，涂覆于預成型坯表面，涂覆厚度為1～5mm；然后在馬弗爐中加熱，使玻璃粉末呈液態均勻包覆整個坯體，隨爐冷卻至室溫；

(3)熱等靜壓致密化：將熔覆玻璃粉末的預成型坯進行熱等靜壓致密化，熱等靜壓溫度為900～1200℃，先升溫，達到玻璃軟化點，再升壓至50～200MPa，保溫保壓0.5～5h。

b、玻璃原型填充高速鋼粉末及熱等靜壓致密化

(1)玻璃原型制備：通過玻璃絲材3D打印成形具有高速鋼制品輪廓形狀的玻璃原型；

(2)裝粉與真空密封：將高速鋼粉末填充玻璃原型，填充好后進行真空封裝以保證玻璃原型的氣密性，真空度達到10^-3～10^-5Pa；

(3)熱等靜壓致密化：將填充高速鋼粉末的玻璃原型進行熱等靜壓，熱等靜壓溫度為900～1200℃，先升溫，達到玻璃軟化點，再升壓至50～200MPa，保溫保壓0.5～5h。

優選的，所述預成型坯所用高速鋼粉末選用水霧化粉末，其平均粒度為10～60μm；玻璃原型填充高速鋼粉末選用氣霧化粉末，其平均粒度為30～100μm。

優選的，所述選用的熔融玻璃粉末和成型玻璃原型所用的玻璃軟化點為900～1200℃，其中，玻璃粉平均粒度為10～100μm。

采用以上技術方案，本發明的有益效果在于：

1、工藝簡單，生產周期短，能夠快速高效地生產高性能粉末高速鋼制品。

2、玻璃粉末以及3D打印玻璃原型所用材料選材方便、成本低、成型方便。

3、易于短流程獲得復雜形狀高性能粉末高速鋼制品。

具體實施方案

實施例1

選用平均粒度為60μm的水霧化M2高速鋼粉末，在80MPa壓力下進行冷等靜壓成型制備預成型坯。在預成型坯表面均勻地涂覆玻璃粉末(軟化點為1100℃，平均粒度為100μm)與水玻璃的均勻混合物，涂覆厚度為1mm。然后置于馬弗爐中加熱，待其均勻熔覆后冷卻至室溫取出，放入熱等靜壓爐中，升溫至1100℃，再升壓至100MPa，保溫保壓2h。熱等靜壓完成后，脫除玻璃外殼即得高性能粉末高速鋼制品。

實施例2

選用平均粒度為10μm的水霧化M42高速鋼粉末，在180MPa壓力下進行冷等靜壓成型制備預成型坯。在預成型坯表面均勻地涂覆玻璃粉末(軟化點為950℃，平均粒度為10μm)與水玻璃的均勻混合物，涂覆厚度為5mm。然后置于馬弗爐中加熱，待其均勻熔覆后冷卻至室溫取出，放入熱等靜壓爐中，升溫至950℃，再升壓至160MPa，保溫保壓4h。熱等靜壓完成后，脫除玻璃外殼即得高性能粉末高速鋼制品。

實施例3

根據高速鋼制品輪廓形狀尺寸采用3D打印技術制作玻璃原型(軟化點為1050℃)，將粒平均度為50μm的氣霧化M2高速鋼粉末裝入玻璃原型內，真空密封使玻璃原型內部真空度達10^-5Pa，然后置于熱等靜壓爐中，升溫至1050℃，再升壓至120MPa，保溫保壓3h。熱等靜壓完成后，脫除玻璃外殼即得高性能粉末高速鋼制品。

實施例4

根據高速鋼制品輪廓形狀尺寸采用3D打印技術制作玻璃原型(軟化點為1000℃)，將粒平均度為80μm的氣霧化M42高速鋼粉末裝入玻璃原型內，真空密封使玻璃原型內部真空度達10^-4Pa，然后置于熱等靜壓爐中，升溫至1000℃，再升壓至150MPa，保溫保壓1h。熱等靜壓完成后，脫除玻璃外殼即得高性能粉末高速鋼制品。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所述技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。