一种粉末合金大马士革钢及其制备工艺的制作方法

本发明属于金属材料，具体为一种粉末合金大马士革钢及其制备工艺。

背景技术：

1、粉末合金材料具有传统熔铸工艺所无法获得的独特化学组成和物理、力学性能，例如材料的孔隙度可控，材料组织均匀、无宏观偏析，可一次成型等；使粉末合金材料具有高强度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性等优异性能。粉末合金技术可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基复合材料的工艺技术。

2、大马士革钢是曾经的冷兵器之王，传统大马士革钢是由两种或两种以上钢材经反复堆叠锻打而成，具有优良的韧性、高强度和高耐磨性能，且打磨浸蚀后表面呈现出美观的大马士革花纹。

3、采用粉末合金技术，选用高性能粉末合金材料制备新型粉末合金大马士革钢材，可获得性能更优的复合材料。cn114833340a专利中需要根据大马士革钢的纹路要求设计3d模型，然后依次经粘结剂喷射成形处理得到初坯，最后采用热等静压工艺成型，存在生产效率低、生产成本高等问题。

4、而本发明采用热轧工艺生产粉末合金大马士革钢具有生产效率高、生产成本低等优点，对推动我国高性能复合材料产业的发展具有积极意义。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供一种粉末合金大马士革钢及其制备工艺，采用合金粉末作为原料，通过热轧工艺生产大马士革钢材，可使材料兼具大马士革钢和粉末合金钢的优点，具有高强度、高硬度、高韧性优点。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种粉末合金大马士革钢，由两种或两种以上不同成分的合金粉末经组坯、热轧复合而成，不同合金粉末之间有分隔层，合金粉末中成分包括：c：0.5-2.0％，cr：13-20％，mo：2-5％，v：0.5-5％，co：0-2％。

4、进一步地，所述分隔层采用的是分隔板，选自3cr13、4cr13、5cr15不锈钢，其合金成分与和它接触的一种粉末的成分相近，或其耐腐蚀性能与和它接触的一种粉末相近。

5、进一步地，所述分隔层的厚度小于等于其相邻粉末中最薄一层粉末的厚度。

6、优选地，所述分隔层的厚度小于等于其相邻粉末中最薄一层粉末厚度的1/2。

7、进一步地，所述相邻两种粉末的层铺厚度比为1:1-5，不同位置的粉末厚度比例可以相同、也可以不同。

8、一种粉末合金大马士革钢的制备工艺，包括以下步骤：

9、s1，分隔板表面清洁：采用物理或化学方法清除分隔板表面的油污、氧化物及杂质；

10、s2，坯料组装：将表面清洁后的分隔板与准备好的合金粉末依次装入干净的包套盒中，一层分隔板、一层合金粉末，不同合金粉末之间放置分隔板，最后盖上包套盖板；

11、s3，粉末预压：包套盒整体放入压力设备下压制20-90min，单位压力为10-100mpa，将粉末压紧得到复合坯料；

12、s4，真空封装：将复合坯料送入真空封装设备，抽真空去除包套盒中空气，再将包套密封焊接；

13、s5，热轧：将上述步骤s4处理后的包套的复合坯料加热至1000-1150℃，保温2-4h后进行热轧，开轧温度980-1100℃，热轧总变形量大于85％；

14、s6，分切：将热轧后的坯料分切成符合后续加工的尺寸，其形状为棒状或条状中间坯；

15、s7，扭转：将棒状或条状中间坯加热至900-1100℃，在扭转设备上进行扭转得棒料；

16、s8，机加工处理：扭转后得到的棒料车削或铣削或磨削加工，去除表面氧化皮和杂质，并加工到所需尺寸及规格；

17、s9，浸蚀处理：将经机加工处理后的表面光洁的棒料放入酸性溶剂中浸泡2-30min，得到粉末合金大马士革钢，所述酸性溶液为硫酸和盐酸的混合酸，硫酸浓度10％，盐酸浓度3-10％。

18、进一步地，所述步骤s2坯料组装可以是5层、9层或更多层，合金粉末也可以是两种或多种成分，其分隔板可以是一种或多种材料；所述合金粉末与包套不接触，包套中最下层和最上层都是分隔板；包套盒材料选用5-20mm的碳钢或低合金钢材料。

19、进一步地，所述步骤s5中加热方式是分段加热，第一阶段是从室温快速加热至750-800℃，升温速率为100-150℃/h，保温2-4h，第二阶段是继续升温至1000-1150℃，升温速率为50-80℃/h。

20、进一步地，所述步骤s5中，热轧采用前10道次平轧和立轧交替轧制，且10道次截面变形量大于30％，前10道次热轧速度为10-60m/min。

21、进一步地，所述步骤s7中，扭转后棒料的螺距小于4cm，每米棒料扭转圈数大于25圈。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明采用合金粉末作为原料，通过热轧工艺生产大马士革钢材，可使材料兼具大马士革钢和粉末合金钢的优点，具有高强度、高硬度、高韧性优点；

23、(2)本发明采用不同合金粉末铺叠不同厚度，经热轧复合及扭转后可以获得丰富、美观的大马士革花纹；

24、(3)本发明中不同粉末层之间放一块与一种粉末材料成分或耐腐蚀性能相近的分隔板，可使浸蚀后的花纹更加层次分明，交界处不会色泽模糊或有明显的过渡区；

25、(4)本发明在粉末合金大马士革钢中的制作中采用的分隔层是不锈钢材料的，在进行热轧时由于含有非金属夹杂物(主要是硫化物、氧化物和硅酸盐)，被压成薄片而会出现分层现象，分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，从而在热轧中更容易发生裂纹或断裂，影响加工性能，而且对于大马士革钢这类注重外观纹理的材料，分层现象会破坏其特有的花纹，影响美观和商业价值，因此，在热轧前采用分段加热，确保钢坯在热轧前加热均匀，减少内部应力和夹杂物的不均匀分布，而且热轧前对钢坯表面进行清洁，去除表面的夹杂物和氧化皮，在热轧时又适当控制轧制速度，避免过快的轧制速度导致夹杂物的不均匀变形，从而避免分层现象发生；本发明采用热轧工艺生产粉末合金大马士革钢具有生产效率高、生产成本低的优点。

技术特征：

1.一种粉末合金大马士革钢，其特征在于，由两种或两种以上不同成分的合金粉末经组坯、热轧复合而成，不同合金粉末之间有分隔层，合金粉末中成分包括：c：0.5-2.0％，cr：13-20％，mo：2-5％，v：0.5-5％，co：0-2％。

2.根据权利要求1所述的一种粉末合金大马士革钢，其特征在于，所述分隔层采用的是分隔板，选自3cr13、4cr13、5cr15不锈钢，其合金成分与和它接触的一种粉末的成分相近，或其耐腐蚀性能与和它接触的一种粉末相近。

3.根据权利要求1所述的一种粉末合金大马士革钢，其特征在于，所述分隔层的厚度小于等于其相邻粉末中最薄一层粉末的厚度。

4.根据权利要求1所述的一种粉末合金大马士革钢，其特征在于，所述分隔层的厚度小于等于其相邻粉末中最薄一层粉末厚度的1/2。

5.根据权利要求1所述的一种粉末合金大马士革钢，其特征在于，所述相邻两种粉末的层铺厚度比为1:1-5，不同位置的粉末厚度比例可以相同、也可以不同。

6.一种粉末合金大马士革钢的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种粉末合金大马士革钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤s2坯料组装可以是5层、9层或更多层，合金粉末也可以是两种或多种成分，其分隔板可以是一种或多种材料；所述合金粉末与包套不接触，包套中最下层和最上层都是分隔板；包套盒材料选用5-20mm的碳钢或低合金钢材料。

8.根据权利要求6所述的一种粉末合金大马士革钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤s5中加热方式是分段加热，第一阶段是从室温快速加热至750-800℃，升温速率为100-150℃/h，保温2-4h，第二阶段是继续升温至1000-1150℃，升温速率为50-80℃/h。

9.根据权利要求6所述的一种粉末合金大马士革钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤s5中，热轧采用前10道次平轧和立轧交替轧制，且10道次截面变形量大于30％，前10道次热轧速度为10-60m/min。

10.根据权利要求6所述的一种粉末合金大马士革钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤s7中，扭转后棒料的螺距小于4cm，每米棒料扭转圈数大于25圈。

技术总结本发明公布了一种粉末合金大马士革钢及其制备工艺，属于金属材料技术领域，由两种或两种以上不同成分的合金粉末经组坯、热轧复合而成，不同合金粉末之间有分隔层。本发明采用合金粉末作为原料，通过热轧工艺生产大马士革钢材，可使材料兼具大马士革钢和粉末合金钢的优点，具有高强度、高硬度、高韧性优点。技术研发人员：黄玲,向勇,夏棋,曾麟芳,胡勇,周耿受保护的技术使用者：湖南三泰新材料股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18