[0001] 本实用新型涉及金属复合材料及冶金技术领域，特别涉及热轧粉末高速钢的加工模具。

[0002] 粉末高速钢是指通过高压惰性气体或高压水雾化高速钢水而得到的细小的高速钢粉末，然后在高温、高压下压制成形，再经烧结而成的高速钢。粉末冶金高速钢具有合金含量高、纯度高、无偏析、碳化物颗粒细小和各向同性同质等特点，因而具有极佳的韧性和机加工性、良好的红硬性、较高的抗压强度和高的耐磨性，在冲击负荷大的切削加工和模具磨损场合可替代硬质合金，得到了广泛的应用。

[0003] 在高速钢中通常加入大量的W、Mo、Cr、Co、V等元素组成高碳、高合金钢。高速钢中的碳与W、Mo、Cr、V等形成碳化物，可使钢材获得良好的红硬性和耐磨性。高速钢铸造生产时，由于冷却速度较快，无法得到莱氏体、珠光体、碳化物的平衡组织，高速钢铸态组织和化学成分是极不均匀的，尤其是处于晶界处的鱼骨状的共晶莱氏体硬度很高，脆性大。铸态组织的这种不均匀性不能用热处理该去改变，只有经过热压力加工(锻造或轧制)才能打碎粗大的共晶碳化物。在锻、轧过程中，随变形度增加，破碎后的碳化物颗粒沿变形方向呈带状分布，或呈变形的网络，尤其堆积于初生奥氏体晶界处。因此一般锻、轧后碳化物的分布仍保留着不均匀性。这种碳化物的不均匀分布显著降低高速钢刃具或钢材的强度和韧性，出现机械性能的各向异性，并影响钢的耐磨性和红硬性。

[0004] 粉末冶金技术解决了传统高速钢冶炼过程中一次碳化物粗大和组织严重偏析等问题，改善了组织的同时使用性能得到极大的提升。粉末高速钢具有无成分偏析、晶粒细小、碳化物细小、热处理变形小、硬度均匀、韧性和耐磨性良好等诸多优点，广泛用于制造难加工材料的切削工具。目前粉末冶金高速钢的制备工艺主要采用冷压烧结、粉末注射烧结、热等静压、喷射沉积及放电等离子烧结等烧结工艺。这类工艺生产效率较低、难以生产大规格的产品。实用新型内容

[0005] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种热轧粉末高速钢的加工模具，利用粉末轧制技术，将高速钢粉末压紧后真空封装，然后再高温加热轧制，生产效率高，可生产大规格尺寸的粉末合金材料。为了解决上述问题，本实用新型提供的一种热轧粉末高速钢的加工模具，其技术方案如下：

[0006] 本实用新型的一种热轧粉末高速钢的加工模具，所述加工模具包括：包套、盖板和隔离层，所述包套为具有套底的圆桶或者方桶结构，所述盖板为与所述包套相适配且可在外力驱动下在所述包套内上下移动的板件，所述隔离层为粘附在所述包套内壁的隔离剂涂层。

[0007] 进一步地，所述隔离层为涂覆在所述包套内侧壁和底部的隔离剂涂层，所述包套内侧壁上的所述隔离层厚度为0.5mm‑1.0mm，所述包套底部的所述隔离层厚度为0.2mm‑0.5mm。

[0008] 进一步地，所述包套周围侧壁的厚度为5mm‑10mm，所述包套底壁的厚度为2mm‑5mm，所述盖板的厚度为2mm‑5mm。

[0009] 进一步地，所述包套周围侧壁与所述包套底壁之间通过相互吻合的卡嵌结构以及螺栓进行组合连固，以便于热轧粉末高速钢制备完成后进行拆卸。

[0010] 进一步地，所述包套周围侧壁与所述包套底壁之间通过焊接连固，热轧粉末高速钢制备完成后采用机械切割方式将该加工模具拆卸。

[0011] 使用本实用新型加工模具生产的热轧粉末高速钢，所述热轧粉末高速钢的化学成分以及各成分的质量百分占比为：C：1.0‑1.4％、Si:0.15‑0.40％、Mn:0.3‑0.7％、B：0.45‑0.85％、W：5.0‑5.7％、Mo：3.5‑4.3％、Cr:4.3‑4.8％、V:3.2‑3.6％、Ce:0.1‑0.3％、P≤
0.015％、S≤0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质。其中，成分中P、S是杂质，将P、S的含量控制到0.015％及其以下，则提高钢水的纯净度。本实用新型的热轧粉末高速钢成分中加入了稀土Ce和微量元素B，稀土Ce的加入可以去除杂质，使钢水更纯净，同时可以起到细化晶粒的效果，提高材料的强韧性；微量元素B的加入可在合金中形成大量的硼化物硬质相，提高材料的硬度，同时B还能提高合金的淬透性，提高基体硬度。

[0012] 进一步地，所述热轧粉末高速钢由以下质量百分占比的化学成分组成：C：1.15‑1.25％、Si:0.25‑0.30％、Mn:0.4‑0.5％、B：0.55‑0.65％、W：5.3‑5.5％、Mo：3.8‑4.1％、Cr:
4.5‑4.6％、V:3.35‑3.45％、Ce:0.15‑0.25％、P≤0.010％、S≤0.012％，余量为Fe及不可避免的杂质。

[0013] 使用本实用新型加工模具生产热轧粉末高速钢的方法，所述方法包括以下步骤：

[0014] 步骤S1，电炉冶炼：把废钢放入感应炉内熔炼，开始熔炼时加入钨铁、钼铁、铬铁合金，待废钢完全熔化后，采用铝脱氧，再加入钒铁、硅铁、锰铁合金进行合金化，最后加入稀土合金，成分调均匀后使钢水温度在1530℃‑1580℃时保温；

[0015] 步骤S2，真空雾化制粉：钢水从炉内出钢时直接进行真空雾化处理，雾化采用氮气进行，雾化喷嘴气体压力3MPa‑6MPa，制得高速钢粉末；

[0016] 步骤S3，粉末包套及封装：将高速钢粉末装入包套中，盖上端盖板后，将包套整体放入压力设备下压制30min‑90min，单位压力10MPa‑100MPa，将高速钢粉末压紧；然后将包套内的空气以及高速钢粉末中的部分气体排出，使得包套内真空度大于或者等于100Pa，最后用电子束焊机将包套端盖焊接密封；其中，包套内真空度大于或者等于100Pa，即包套内真空度为100Pa、90Pa、80Pa、70Pa、60Pa、50Pa等等。

[0017] 步骤S4，热轧：将包套粉末高速钢坯料加热到1100℃‑1200℃，保温1h‑2h后热轧，开轧温度1050℃‑1110℃，终轧温度大于920℃，热轧总压下量大于75％；

[0018] 步骤S5，热处理：包括淬火和回火，淬火工艺为：将粉末高速钢卷或者粉末高速钢板放入淬火炉中加热至淬火温度1000℃‑1200℃，出炉油冷淬火并冷却至室温；回火工艺为：淬火后的粉末高速钢卷或者粉末高速钢板放置在加热炉内进行回火处理，回火温度为560℃‑600℃，回火处理2‑4次；

[0019] 步骤S6，剥离包套：热处理后的粉末高速钢卷或者粉末高速钢板采用机械方法切除粉末高速钢卷或者粉末高速钢板左右两边以及头尾两端的包套，采用机械方法将上下两面的包套与粉末高速钢剥离，得到粉末高速钢成品。

[0020] 上述热轧粉末高速钢的制备方法，具有以下几方面的效果：第一、采用此工艺可生产出纯度高、杂质少、球形率高的高速钢粉末，是生产高品质粉末高速钢材料的基础；第二、采用真空封装工艺将粉末压实、封装在包套内，加热后采用热轧工艺轧制成粉末高速钢板材，具有生产效率高、成本低、可生产大规格产品等优点；第三、粉末高速钢经过热处理后能获得最优的性能；第四、切除头尾、两边部后，再将板/卷材上下两面的包套材料剥离，就可得到单一材质的粉末高速钢材料。

[0021] 进一步地，步骤S2中，雾化制粉制得的高速钢粉末参数如下：粉体球形率90％以上、粉体氧含量小于200ppm，100μm以下的雾化粉末质量百分比含量达到90％以上。

[0022] 进一步地，步骤S3中，包套选用塑性韧性较好的钢板，包套钢板厚度1mm‑10mm；包套预留侧面缺口或者端面缺口用于填装高速钢粉末。

[0023] 进一步地，步骤S3中，包套钢板与高速钢粉末接触的两个大面上涂刷隔离剂，隔离剂选用硅酸盐涂料或者氧化金属粉末涂料，涂刷厚度0.2mm‑1.0mm。

[0024] 进一步地，步骤S4中，热轧前3道次须采用大压下量轧制，单道次压下量大于15％。

[0025] 本实用新型提供的热轧粉末高速钢的加工模具的有益效果是：

[0026] 采用该加工模具生产粉末高速钢材料，具有生产效率高、可生产规格多、可实现大规模生产等优点。另外，热轧粉末高速钢采用稀土变质、同时加入适量的硼，使合金内部形成更多的硼化物硬质相，可减少贵重金属钨、钼的加入量，节省资源，降低生产成本，同时可使材料获得良好的硬度和耐磨性。

[0032] 为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例中的技术方案，并使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

[0033] 在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

[0034] 参考图1和图2，本实施例的一种热轧粉末高速钢的加工模具，该加工模具包括：包套1、盖板2和隔离层3，包套1为具有套底的圆桶或者方桶结构，盖板2为与包套1相适配且可在外力驱动下在包套1内上下移动的板件，隔离层3为粘附在包套1内壁的隔离剂涂层。

[0035] 优选地，隔离层3为涂覆在包套1内侧壁和底部的隔离剂涂层，包套1内侧壁上的隔离层3厚度为0.5mm‑1.0mm，包套1底部的隔离层3厚度为0.2mm‑0.5mm。

[0036] 优选地，包套1周围侧壁的厚度为5mm‑10mm，包套1底壁的厚度为2mm‑5mm，盖板2的厚度为2mm‑5mm。包套1周围侧壁与包套1底壁之间通过相互吻合的卡嵌结构以及螺栓进行组合连固，以便于热轧粉末高速钢制备完成后进行拆卸。或者，包套1周围侧壁与包套1底壁之间通过焊接连固，热轧粉末高速钢制备完成后采用机械切割方式将该加工模具拆卸。

[0037] 使用本实施例的一种热轧粉末高速钢的加工模具生产的热轧粉末高速钢，该热轧粉末高速钢的化学成分以及各成分的质量百分占比为：C：1.0‑1.4％、Si:0.15‑0.40％、Mn:0.3‑0.7％、B：0.45‑0.85％、W：5.0‑5.7％、Mo：3.5‑4.3％、Cr:4.3‑4.8％、V:3.2‑3.6％、Ce:
0.1‑0.3％、P≤0.015％、S≤0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质。

[0038] 优选地，该热轧粉末高速钢由以下质量百分占比的化学成分组成：C：1.15‑1.25％、Si:0.25‑0.30％、Mn:0.4‑0.5％、B：0.55‑0.65％、W：5.3‑5.5％、Mo：3.8‑4.1％、Cr:
4.5‑4.6％、V:3.35‑3.45％、Ce:0.15‑0.25％、P≤0.010％、S≤0.012％，余量为Fe及不可避免的杂质。

[0039] 使用本实施例的一种热轧粉末高速钢的加工模具生产热轧粉末高速钢的方法，该方法包括以下步骤：

[0040] 步骤S1，电炉冶炼：把废钢放入感应炉内熔炼，开始熔炼时加入钨铁、钼铁、铬铁合金，待废钢完全熔化后，采用铝脱氧，再加入钒铁、硅铁、锰铁合金进行合金化，最后加入稀土合金，成分调均匀后使钢水温度在1530℃‑1580℃时保温；

[0041] 步骤S2，真空雾化制粉：钢水从炉内出钢时直接进行真空雾化处理，雾化采用氮气进行，雾化喷嘴气体压力3MPa‑6MPa，制得高速钢粉末；

[0042] 步骤S3，粉末包套及封装：将高速钢粉末装入包套中，盖上端盖板后，将包套整体放入压力设备下压制30min‑90min，单位压力10MPa‑100MPa，将高速钢粉末压紧；然后将包套内的空气以及高速钢粉末中的部分气体排出，使得包套内真空度大于或者等于100Pa，最后用电子束焊机将包套端盖焊接密封；

[0043] 步骤S4，热轧：将包套粉末高速钢坯料加热到1100℃‑1200℃，保温1h‑2h后热轧，开轧温度1050℃‑1110℃，终轧温度大于920℃，热轧总压下量大于75％；

[0044] 步骤S5，热处理：包括淬火和回火，淬火工艺为：将粉末高速钢卷或者粉末高速钢板放入淬火炉中加热至淬火温度1000℃‑1200℃，出炉油冷淬火并冷却至室温；回火工艺为：淬火后的粉末高速钢卷或者粉末高速钢板放置在加热炉内进行回火处理，回火温度为560℃‑600℃，回火处理2‑4次；

[0045] 步骤S6，剥离包套：热处理后的粉末高速钢卷或者粉末高速钢板采用机械方法切除粉末高速钢卷或者粉末高速钢板左右两边以及头尾两端的包套，采用机械方法将上下两面的包套与粉末高速钢剥离，得到粉末高速钢成品。

[0046] 优选地，步骤S2中，雾化制粉制得的高速钢粉末参数如下：粉体球形率90％以上、粉体氧含量小于200ppm，100μm以下的雾化粉末质量百分比含量达到90％以上。步骤S3中，包套选用塑性韧性较好的钢板，包套钢板厚度1mm‑10mm；包套预留侧面缺口或者端面缺口用于填装高速钢粉末。步骤S3中，包套钢板与高速钢粉末接触的两个大面上涂刷隔离剂，隔离剂选用硅酸盐涂料或者氧化金属粉末涂料，涂刷厚度0.2mm‑1.0mm。步骤S4中，热轧前3道次须采用大压下量轧制，单道次压下量大于15％。

[0047] 进一步优选地，本实施例的一种热轧粉末高速钢的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

[0048] 第一，熔炼高速钢合金，把废钢放入感应炉内熔炼，开始熔炼时加入钨铁、钼铁、铬铁合金，待废钢完全熔化后，采用铝脱氧，再加入钒铁、硅铁、锰铁合金进行合金化，最后加入稀土合金，成分调均匀后使钢水温度在1530℃‑1580℃时保温，冶炼结束；粉末高速钢成分为：1.2wt％C、0.28wt％Si、0.45wt％Mn、0.008wt％P、0.007wt％S、0.65wt％B、5.3wt％W、3.8wt％Mo、4.5wt％Cr、3.4wt％V、0.25％Ce，余量为Fe及不可避免的杂质。

[0049] 第二，制备高速钢合金粉末，钢水由熔炼炉内出钢时直接进行真空雾化处理，雾化采用氮气进行处理，雾化喷嘴气体压力3.8MPa，制得高速钢粉末；粉体球形率90％以上、粉体氧含量小于200ppm，100μm以下的雾化粉末质量百分比含量达到90％以上。

[0050] 第三，包套制备：包套用4mm厚低碳钢板焊接，将5个面焊接好，预留上端面开口用于填装高速钢粉末，包套钢板与高速钢粉末接触的两个大面上涂刷隔离剂，隔离剂选用硅酸盐涂料，涂刷0.8mm厚。

[0051] 第四，粉末填装压紧：将高速钢粉末装入包套中，高速钢粉末填装满后盖上端盖板，放入压力设备下延端盖板向粉体施压，单位压力40MPa，压制40min，将粉末压紧。

[0052] 第五，真空封装：将冷压后的粉体包套盒转入抽真空设备，抽真空去除包套盒内的空气，真空度10Pa。之后用电子束焊机将端盖板焊接密封。

[0053] 第六，热轧：将真空封装的包套粉末高速钢坯料加热到1100℃‑1200℃，保温1h后热轧，开轧温度1060℃，终轧温度940℃，坯料热轧成厚度为4mm的板/卷，热轧总压下量92％。

[0054] 第七，淬火：将粉末高速钢板/卷放入淬火炉中加热至淬火温度1100℃，保温1.5h后出炉油冷淬火，并冷却至室温。

[0055] 第八，回火：淬火后的材料放置在加热炉内进行回火处理，回火温度为580℃，回火处理2次。

[0056] 第九，切头尾和切边：热处理后的粉末高速钢板/卷材通过剪切或锯切的方式切除头尾和左右两边的包套材料。

[0057] 第十，采用机械方法将上下两面的包套材料与粉末高速钢剥离，最终得到粉末高速钢成品材料。

[0058] 第十一，取样品进行性能检测，测得成品硬度为64～65HRC，抗弯强度4800MPa‑4850MPa。

[0059] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

[0060] 以上结合附图对本实用新型的实施方式作出详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本实用新型的保护范围之内。