[0001] 本发明涉及粉末成型领域，特别涉及耐磨钢粉末及耐磨钢复杂零件的制备工艺。

[0002] 耐磨钢是一种兼具高强度和卓越耐磨性能的合金材料，广泛应用于需要高精度和高耐久性的精密零件领域，如航空航天、汽车制造、医疗器械和电子零件中。这些应用场景对材料的力学性能、耐磨性能和尺寸精度有着极为严格的要求，因此对耐磨钢的需求不断增长。

[0003] 传统的耐磨钢制备方法主要包括冶金铸造、热轧及机械加工等。然而，这些方法存在显著的不足之处。首先，传统方法难以实现精确的成分控制，导致材料性能不均匀，影响其在高精度应用中的可靠性。其次，铸造和热轧过程中容易产生气孔、偏析等缺陷，这些缺陷不仅降低了材料的力学性能，还可能在使用过程中引发裂纹和破损。此外，传统制备方法生产复杂形状的小型精密零件时效率低下，成本高昂。

[0004] 金属粉末注射成型(MIM)技术在制备耐磨钢方面展现出诸多优势。MIM结合了粉末冶金和塑料注射成型的优点，能够高效、精准地制造复杂形状和高性能的金属零部件。具体而言，MIM技术具有以下优势：首先，它可以实现高精度的成分控制，确保材料的均匀性和一致性；其次，在低温条件下成型，减少了热处理过程中的组织缺陷，提高了材料的整体性能；此外，MIM适用于大规模生产，能够显著降低生产成本。

[0005] 尽管MIM技术在制备耐磨钢方面具有显著优势，但其工艺仍存在一些不足。例如，合金粉末的选择和配比对最终材料性能有着至关重要的影响。如果合金粉末成分不合理，成品的力学性能和耐磨性能将不理想。此外，成型后的烧结和热处理工艺直接影响材料的微观结构和宏观性能。目前的热处理工艺在提升材料性能方面还有较大的改进空间。

[0006] 本发明旨在通过优化合金粉末的成分以及改进热处理工艺两方面来提升耐磨钢的性能。首先，通过调整合金粉末的配比，采用多元合金设计，提高材料的综合性能；其次，优化热处理工艺，特别是烧结和后续的淬火回火工艺，以改善材料的微观结构和宏观性能。这种双重优化策略不仅能够充分发挥MIM技术的优势，还能有效提升耐磨钢的整体性能，满足精密零件制造领域对高性能材料的需求。

[0046] (实施例1)

[0047] 本发明中，耐磨合金粉末的主要成分及其具体含量为C：1.6‑1.8％，Cr：11‑13％，Mo：0.8‑1.2％，V：0.2‑0.5％；Si≤0.4％，Mn≤0.4％，S≤0.03％，P≤0.03％，Cu≤0.25％，Ni≤0.5％，Nb≤1.0％，O≤0.4％，其余为Fe。

[0048] 本发明旨在通过优化合金粉末的成分以及改进热处理工艺两方面来提升耐磨钢的性能。具体而言，本发明所使用的合金粉末组分为：C：1.6‑1.8％，Cr：11‑13％，Mo：0.8‑1.2％，V：0.2‑0.5％；Si≤0.4％，Mn≤0.4％，S≤0.03％，P≤0.03％，Cu≤0.25％，Ni≤
0.5％，Nb≤1.0％，O≤0.4％，其余为Fe。通过调整这些元素的比例，我们在材料的硬度、耐磨性以及韧性之间找到了平衡。

[0049] 在这些组分的选择和配比过程中，本发明充分考虑了它们在MIM工艺中的表现及相互作用。例如，高碳含量(C：1.6‑1.8％)为材料提供了高硬度，但也可能在烧结过程中引发晶界碳化物析出的问题，这需要通过精确控制烧结温度和时间来解决。铬(Cr：11‑13％)和钼(Mo：0.8‑1.2％)的添加赋予材料优异的耐磨性能和耐腐蚀性能，但也可能导致烧结过程中晶粒长大，需要通过适当调整冷却速率来控制晶粒尺寸。此外，钒(V：0.2‑0.5％)的引入可以提高材料的抗疲劳性能，但其在微观结构中的均匀分布需要通过优化烧结和后续的热处理工艺来实现。

[0050] 因此，本发明在工艺设计中，专门针对这些组分的特性进行了工艺优化。例如，通过调整烧结温度和时间，确保碳化物的适当析出，并通过精确控制冷却速率，防止晶粒长大，优化材料的综合性能。此外，在后续的淬火和回火工艺中，精确调整温度和保温时间，使材料内部的微观结构更加稳定，进一步提升了耐磨钢的整体性能。

[0051] 这种基于组分特性的工艺优化，不仅克服了传统工艺中的缺陷，还能充分发挥MIM技术的优势，实现耐磨钢整体性能的显著提升，满足精密零件制造领域对高性能材料的需求。

[0052] 本发明中耐磨钢复杂零件的制备工艺，包括如下步骤：

[0053] S1、制备上述的耐磨强钢喂料：将上述耐磨钢粉末和粘结剂按照最佳装载量放入喂料制备机内均匀混合制备形成喂料；

[0054] S2、注射成型：通过注射成型获得注射坯。将步骤S2制备的耐磨钢喂料置于粉末注射成型机中，注射到模具型腔内，形成注射坯；

[0055] S3、脱脂：对于注射坯进行脱脂，形成脱脂坯；

[0056] S4、烧结：将脱脂坯置于单体烧结炉中，进行烧结获得烧结坯。

[0057] S5、热处理：对烧结坯进行热处理获得最终件；

[0058] S6、整形/机加工：将烧结好的零件按照客户给定的标准加工至最佳尺寸；

[0059] S7、其他后处理方式：表面处理。

[0060] 所述步骤S2，将步骤S1制备的耐磨钢喂料置于粉末注射成型机中，在100～200MPa注射压力和150～200℃的注射温度条件下注射到模具型腔内，形成注射坯。

[0061] 所述步骤S4中，将脱脂坯置于单体烧结炉中，在Ar气氛下进行分压烧结，得到烧结坯；烧结温度T、保温时间和压力分别为：第一阶段1200℃/4h，压力10Kpa，气体流量为15L/min；第二阶段1220℃/4h，压力10Kpa，气体流量为15L/min；第三阶段1050℃/1h，压力30Kpa，气体流量为10L/min。烧结完成后在1h内强制冷却至30℃，压力为86Kpa。

[0062] 所述步骤S5中，热处理工艺如下：

[0063] 一、淬火

[0064] 第一次预热温度：650℃，升温时间30分钟，保温时间2小时；

[0065] 第二次预热温度：850℃，升温时间20分钟，保温时间2小时；

[0066] 第三次升温温度：1000℃，升温时间20分钟，保温时间2小时；

[0067] 冷却：

[0068] 冷却方式：气淬，介质温度：20～60℃，冷却至气体温度；随后，空冷，HRC＝60～63。然后及时进行第一次回火。

[0069] 二、回火：565℃/4h，回火后空冷(加风扇)至室温即可。

[0070] 本发明中的耐磨钢成分与已知的SKD11钢成分对比，将本发明中的耐磨钢编号为SKD11‑1，将其他两种已知的SKD11钢命名为SKD11‑2和SKD11‑3对照表如下表：

[0071] SKD11钢的化学成分(质量分数)％

[0072]

[0073] 并对三种SKD11材料的性能进行比较，三种材料的性能对比如下表：

[0074]

[0075] 本发明中的SKD11‑1通过将碳含量提高至1.6‑1.8％并添加Ni、Nb、P、Cu、S、O等元素，实现了硬度和冲击韧性的显著提升。高碳含量的设置促进了更多碳化物的形成，从而增强了材料的硬度和耐磨性。而镍(Ni)的加入进一步细化了晶粒，提高了材料的韧性和低温性能。磷(P)和硫(S)虽会增加材料的脆性，但其含量得到严格控制，以确保整体性能的优化。铜(Cu)的添加通过固溶强化和析出强化显著提高了材料的强度和硬度。通过这些合金元素的精确配比和协同作用，该材料在硬度和冲击韧性上均表现出卓越的性能提升。

[0076] SKD11‑2材料是常规SKD11合金，以其稳定且成熟的成分配比著称，通常包含1.4‑1.6％的碳和较高的铬含量，以确保高硬度和耐磨性。该材料通过传统的热处理工艺，形成了细小且均匀分布的碳化物，提供了良好的硬度和耐磨性。然而，由于缺乏额外的合金元素如镍、铜等，其在韧性和强度方面的提升有限。常规SKD11主要适用于对硬度和耐磨性要求较高，但对冲击韧性要求较低的应用场景。

[0077] SKD11‑3在常规SKD11合金的基础上增加了镍(Ni)，从而显著改善了材料的韧性和低温性能。镍作为奥氏体稳定元素，不仅细化了晶粒，还提高了材料的整体强度和韧性，特别是在低温条件下表现尤为突出。相比于常规SKD11材料，增加镍后的材料在保持高硬度和耐磨性的同时，具有更高的冲击韧性和更好的延展性，适用于要求高韧性和高硬度的复杂工况环境。

[0078] 通过对三种不同成分的SKD11材料进行分析，发现SKD11‑1材料在硬度和冲击韧性方面表现最为优异，这主要得益于合理的碳含量以及镍、铜等元素的添加和优化。而第二种常规的SKD11材料则提供了稳定且可靠的性能，适用于一般应用。SKD11‑3通过添加镍，在韧性和强度上得到了显著提升，适合于要求更高综合性能的应用场景。优化的烧结与热处理制度通过控制碳化物的形成和分布，显著提升了耐磨钢的硬度。在烧结过程中，通过严格控制温度和压力，促进碳化物的均匀分布和细化。热处理中的多次预热和淬火过程，进一步细化了晶粒结构，强化了材料的硬度。本发明的工艺使得最终产品的硬度显著提高，能够有效抵抗磨损和变形。

[0079] 本发明通过优化SKD11材料中的合金元素类型与含量，并通过精确优化烧结与热处理制度，在耐磨钢的制备中取得了显著的性能提升。多阶段的烧结工艺和精确的热处理工艺，显著提升了材料的硬度与抗冲击性。这些优化措施不仅提高了材料的耐磨性和机械强度，也使其在高应力、高磨损环境中的应用更为广泛和可靠。

[0080] (实施例2)

[0081] 本发明中，耐磨合金粉末的主要成分及其具体含量为C：1.6‑1.8％，Cr：11‑13％，Mo：0.8‑1.2％，V：0.2‑0.5％；Si≤0.4％，Mn≤0.4％，S≤0.03％，P≤0.03％，Cu≤0.25％，Ni≤0.5％，Nb≤1.0％，O≤0.4％，其余为Fe。

[0082] 本发明中耐磨钢复杂零件的制备工艺，包括如下步骤：

[0083] S1、制备上述的超高耐磨强钢喂料：将上述耐磨钢粉末和粘结剂按照最佳装载量放入喂料制备机内均匀混合制备形成喂料；

[0084] S2、注射成型：通过注射成型获得注射坯。将步骤S2制备的耐磨钢喂料置于粉末注射成型机中，注射到模具型腔内，形成注射坯；

[0085] S3、脱脂：对于注射坯进行脱脂，形成脱脂坯；

[0086] S4、烧结：将脱脂坯置于单体烧结炉中，进行烧结获得烧结坯。

[0087] S5、热处理：对烧结坯进行热处理获得最终件；

[0088] S6、整形/机加工：将烧结好的零件按照客户给定的标准加工至最佳尺寸；

[0089] S7、其他后处理方式：表面处理。

[0090] 所述步骤S2，将步骤S1制备的耐磨钢喂料置于粉末注射成型机中，在100～200MPa注射压力和150～200℃的注射温度条件下注射到模具型腔内，形成注射坯。

[0091] 所述步骤S4中，将脱脂坯置于单体烧结炉中，在Ar气氛下进行分压烧结，得到烧结坯；烧结温度T、保温时间和压力分别为：第一阶段1200℃/4h，压力10Kpa，气体流量为15L/min；第二阶段1220℃/4.5h，压力10Kpa，气体流量为15L/min；第三阶段1050℃/1h，压力30Kpa，气体流量为10L/min。烧结完成后在1h内强制冷却至30℃，压力为86Kpa。

[0092] 所述步骤S5中，热处理工艺如下：

[0093] 一、淬火

[0094] 第一次预热温度：650℃，升温时间30分钟，保温时间2小时；

[0095] 第二次预热温度：850℃，升温时间20分钟，保温时间2小时；

[0096] 第三次升温温度：1000℃，升温时间20分钟，保温时间2小时；

[0097] 冷却：

[0098] 冷却方式：气淬，介质温度：20～60℃，冷却至气体温度；随后，空冷，HRC＝60～63。然后及时进行第一次回火。

[0099] 二、回火：进行两次回火，每次的温度和时间为565℃/3h，回火后空冷(加风扇)至室温即可。

[0100] 本实施例制备的零件的测试数据如下表：

[0101] 孔隙率％ 屈服(MPa) 抗拉(MPa) 延伸率(％) 硬度(HRC)1.6 1322 1584 6.5 62.3

[0102] (实施例3)

[0103] 本发明中，耐磨合金粉末的主要成分及其具体含量为C：1.6‑1.8％，Cr：11‑13％，Mo：0.8‑1.2％，V：0.2‑0.5％；Si：≤0.4％，Mn≤0.4％，S≤0.03％，P≤0.03％，Cu≤0.25％，Ni≤0.5％，Nb≤1.0％，O≤0.4％，其余为Fe。

[0104] 本发明中耐磨钢复杂零件的制备工艺，包括如下步骤：

[0105] S1、制备上述的耐磨钢喂料：将上述耐磨钢粉末和粘结剂按照最佳装载量放入喂料制备机内均匀混合制备形成喂料；

[0106] S2、注射成型：通过注射成型获得注射坯。将步骤S2制备的耐磨钢喂料置于粉末注射成型机中，注射到模具型腔内，形成注射坯；

[0107] S3、脱脂：对于注射坯进行脱脂，形成脱脂坯；

[0108] S4、烧结：将脱脂坯置于单体烧结炉中，进行烧结获得烧结坯。

[0109] S5、热处理：对烧结坯进行热处理获得最终件；

[0110] S6、整形/机加工：将烧结好的零件按照客户给定的标准加工至最佳尺寸；

[0111] S7、其他后处理方式：表面处理。

[0112] 所述步骤S2，将步骤S1制备的钢喂料置于粉末注射成型机中，在100～200MPa注射压力和150～200℃的注射温度条件下注射到模具型腔内，形成注射坯。

[0113] 上述步骤S4中，将脱脂坯置于单体烧结炉中，在Ar气氛下进行分压烧结，得到烧结坯；烧结温度T、保温时间和压力分别为：第一阶段1200℃/4h，压力10Kpa，气体流量为15L/min；第二阶段1220℃/4.5h，压力10Kpa，气体流量为15L/min；第三阶段1050℃/1h，压力30Kpa，气体流量为10L/min。烧结完成后在1h内强制冷却至30℃，压力为86Kpa。

[0114] 上述步骤S5中，热处理工艺如下：

[0115] 一、淬火

[0116] 第一次预热温度：650℃，升温时间30分钟，保温时间2小时；

[0117] 第二次预热温度：850℃，升温时间20分钟，保温时间2小时；

[0118] 第三次升温温度：1000℃，升温时间20分钟，保温时间2小时；

[0119] 冷却：

[0120] 冷却方式：气淬，介质温度：20～60℃，冷却至气体温度；随后，空冷，HRC＝60～63。然后及时进行第一次回火。

[0121] 二、回火：进行两次回火，每次的温度和时间为570℃/3h，回火后空冷(加风扇)至室温即可。

[0122] 本实施例制备的零件的测试数据如下表：

[0123]孔隙率％ 屈服(MPa) 抗拉(MPa) 延伸率(％) 硬度(HRC)
2.3 1260 1534 6.5 63.6

[0124] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。