CN100469918C - Nb微合金化高强度粉末冶金材料 - Google Patents
Nb微合金化高强度粉末冶金材料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种Nb微合金化高强度粉末冶金材料,其特征在于:所述材料主要由以下质量配比的原料成份组成:NbCl40.12%~0.15%、石墨粉0.5~0.7%、硬脂酸锌0.7~0.9%和铁粉98.35%~98.58%。本发明将Nb用于粉末冶金生产,最大限度的利用了Nb的强化作用,大大地降低了粉末冶金材料成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种Nb微合金化高强度粉末冶金材料及其成型方法。属粉末冶金技术领域。
背景技术
Nb(铌)对钢铁的强化作用远远超过Cu,Ni,Mo,达到同样的强化效果所需的合金元素含量很低,推广使用可以为国家节约大量昂贵的合金元素。但因为Nb的熔点与硬度太高,且Nb与铁固相扩散速率太低,无法用于粉末冶金生产。Nb(铌)对致密钢铁材料的强化方式为:在钢水中加入NbFe,在1550℃时NbFe溶解在钢水中并扩散均匀,冷切后形成Nb强化的微合金钢。Nb微合金化所需加入NbFe量最佳范围为0.05%~0.40%。而粉末冶金烧结为固相烧结,温度为1120℃,远低于钢水温度。在正常粉末冶金烧结温度下,NbFe的液相溶解无法发生,固相扩散要达到合金化需烧结200h以上,与通常烧结所需的5h相差太远,加之NbFe硬度为Hv1300,直接压制会降低压坯密度0.4g/cm3,无法用于粉末冶金生产。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供一种能将Nb用于粉末冶金生产以降低粉末冶金材料成本的Nb微合金化高强度粉末冶金材料。
本发明的目的是这样实现的:一种Nb微合金化高强度粉末冶金材料,其特征在于所述材料主要由以下质量配比的原料成份组成:NbCl40.12%~0.15%、石墨粉0.5~0.7%、硬脂酸锌0.7~0.9%和铁粉98.35%~98.58%。
一种利用Nb微合金化高强度粉末冶金材料制备粉末冶金零件的成型方法,该法包括以下工艺步骤:
a、按照NbCl40.12%~0.15%、石墨粉0.5~0.7%、硬脂酸锌0.7~0.9%和铁粉98.35%~98.58%的质量配比配好材料;
b、配好的材料在双锥混合器内以19~21r/min的转速混合30~35min;
c、将混好的材料在500MPa~600MPa的压力下于模具中压制成型为零件压坯;
d、将压坯在1120℃±5℃温度下,保护气氛组成为88~92%N2,7.5~8.5%H2,0.1~0.4%CH4下烧结5小时±1小时。
本发明采用低熔点(720℃),低硬度(Hv140:与铁粉颗粒相近),低分解温度(880℃)的NbCl4作为Nb的携带剂与铁粉、石墨粉和润滑剂混合,然后普通压制压力下压制成零件坯料并烧结。在烧结过程中发生反应:NbCl4+H2→Nb+HCl。生成的HCl在该温度下与零件中的Fe颗粒表面的氧化物反应:FeXOY+HCl→FeX++H2O+Cl-,本反应生成FeX+与上一步反应生成的Nb原子表面无氧化物薄膜,为新生态原子,具有很高的化学与物理活性(扩散系数高3个数量级),使相接触的Nb与Fe通过体积扩散与表面扩散形成Nb与Fe的固溶体。而由于粉末冶金所特有的细晶粒,宏观均匀,微观不匀的金相组织,使所得的粉末冶金零件金相组织为细小硬质相(NbC+NbFe)均匀分布在软质基体(珠光体+铁素体)上,最大限度的利用了Nb的强化作用。经过实验,发现Nb微合金化粉末冶金材料的屈服强度随Nb含量的增加先增大后减小,存在一最佳配比。本发明确认了Nb在粉末冶金材料中的引入方式与Nb添加量的最佳范围及烧结气氛的最佳组成。零件烧结态屈服强度与冲击功超过美国金属联合会MPIF-35FN-0405-35牌号,热处理态屈服强度与冲击功超过FN-0405-130HT牌号的典型性能,其中耐磨性能超出标准2.6倍。每吨零件可节约Ni粉40kg,铜粉15kg,成本降低20000元/吨。
具体实施方式
A、按照NbCl40.13%、石墨粉0.6%、硬脂酸锌0.8%、铁粉98.47%的质量配比配好材料。
B、配好的材料在双锥混合器内以19~21r/min的转速混合30~35min。
C、将混好的材料在500MPa~600MPa的压力下于模具中压制成型为零件压坯。
D、将压坯在1120℃温度下,保护气氛组成为88~92%N2,7.5~8.5%H2,0.1~0.4%CH4下烧结5小时。
Claims (1)
1、一种Nb微合金化高强度粉末冶金材料,其特征在于所述材料主要由以下质量配比的原料成份组成:NbCl40.12%~0.15%、石墨粉0.5~0.7%、硬脂酸锌0.7~0.9%和铁粉98.35%~98.58%。
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