用粉末冶金工艺制备高氮奥氏体钢

高氮奥氏体钢用廉价的氮代替贵金属镍来稳定钢中奥氏体能够在不损害塑性和韧性的情况下显著提高钢的强度,粗糙度仪因而在许多领域都获得了十分广阔的发展和应用前景。高氮钢现有的制备方法主要是熔炼法和粉末冶金法。由于高压冶炼高氮钢制备技术存在能耗高、设备复杂等不足而粉末冶金生产高氮钢的优势在于能够细化晶粒可以通过非平衡方法获得过饱和的含氮固溶体和细小沉淀相能较为容易地获得更高的氮含量并可实现近终成形另外它工艺灵活、资金投入低因此成为当前高氮钢制备中最有潜力的研究方向之一。

我国潍坊学院采用机械合金化、渗氮以及粉末冶金压制-烧结工艺制备了 0Cr18Mn12Mo3N 高氮奥氏体钢。结果表明用机械合金化和渗氮相结合工艺获得的近球形高氮钢粉末具有良好的压缩性和成形性在 650 MPa 压制力下压坯的相对密度高达 76.2%。在1250℃烧结温度下烧结2 h可使粉末致密化过程完成获得相对密度为 97.2%氮含量高达 0.80wt%的烧结体烧结体经 1150℃×1.5 h 固溶处理水淬冷却后获得全部奥氏体组织且奥氏体晶粒细小其屈服强度和抗拉强度分别达到 598 MPa 和 882 MPa显著优于传统粉末冶金高氮奥氏体钢。
他们采用的工艺路线如下:首先将适量 Cr-Fe 粉、Mo 粉和 Mn 粉混合进行 2 h 球磨目的是细化粉末颗粒使得在随后渗氮时氮在粉末中的扩散距离得以缩短并增加氮的固溶度。检测表明:绝大部分颗粒尺寸降至 20~40μm 之间同时原始粉末中许多细小颗粒在球磨后消失说明球磨使得锰、钼等元素固溶进了 Fe-Cr 中实现了部分合金化。然后将上述粉末在 1000℃下流动氮气中渗氮 1 h获得氮含量很高的 Cr-Mo-Mn-Fe-N 复合粉末。检测表明所获粉末的氮含量很高这是因为粉末渗氮后形成了大量的氮化物这些硬脆氮化物的存在使得粉末具有很大脆性容易破碎成很多细小颗粒。随后将此高氮复合粉末添加纯 Fe 粉配置到合金名义成分并继续球磨3 h在此过程中较软的Fe 粉会比较均匀地包覆在较硬的 Cr-Mo-Mn-Fe-N 粉末表面形成近球形的包覆粉末这种粉末具有良好的流动性和塑性,液压万能试验机有利于压制成形。检测表明在此球磨过程中硬脆的氮化物颗粒发生细化破碎而延性好的铁粉颗粒在机械力作用下发生变形、加工硬化、断裂最后比较均匀地冷焊在较硬的氮化物颗粒的表面形成较细的多层状近球形的复合包覆粉末。上述试验在振动型高能球磨机上进行球磨前抽真空充氮气保护以防氧化;在球磨粉末中加入 1% 的硬脂酸锌润滑剂。球磨结束后在一定压力下冷压然后在流动氮气下烧结致密化最后对烧结试样进行 1150℃×1.5 h 固溶处理后水淬冷却。试验表明最佳烧结工艺条件为流动氮气下1250 ℃烧结2 h烧结方式以液相烧结为主烧结体相对密度达97.2%,数字超声波探伤仪组织由单一的奥氏体晶粒组成没有脆性氮化物析出氮含量高达0.80wt%。(钢研)