CN100532606C - 铁基粉末组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粉末冶金组合物，包括铁基粉末A，该铁基粉末主要包括与钼预合金化的铁芯部颗粒并具有6-15重量%且优选是8-12重量%的扩散合金化于该芯部颗粒的铜；铁基粉末B，该铁基粉末主要包括与钼预合金化的铁芯部颗粒并具有4.5-8重量%且优选是5-7重量%的扩散合金化于该芯部颗粒的镍；及铁基粉末C，该粉末C主要包括与钼预合金化的铁芯部颗粒。本发明还涉及粉末A与B本身。另外，本发明涉及一种用于制备包含0.3-2重量%的钼、0.2-2重量%且优选是0.4-0.8重量%的铜以及0.1-4重量%的镍的铁基烧结构件的方法，以及一种获得具有预定强度并且在烧结过程中具有预定尺寸变化的烧结构件的方法。

Description

铁基粉末组合物
技术领域
本发明涉及铁基粉末冶金组合物和利用该组合物制备烧结粉末冶金构件的方法。更具体地，本发明涉及利用这些组合物生产的包含铜、镍及钼的烧结构件。
背景技术
长期以来，铜、镍和钼在粉末冶金领域中用作生产高强度烧结构件的合金元素。
可通过混合合金元素与纯铁粉来生产烧结的铁基构件。然而，这会造成粉尘和偏析问题，进而导致烧结构件的尺寸及机械性能的变化。为防止偏析，可以将合金元素与铁粉进行预合金化或扩散合金化。在一种方法中，使钼与铁粉进行预合金化，然后将该预合金化铁粉与铜和镍进行扩散合金化，以用含有钼、铜及镍的铁基粉末合成物生产烧结构件。
然而，很明显，当通过其中钼被预合金化并且其中铜和镍被扩散合金化的粉末生产烧结的铁基构件时，烧结的铁基构件中合金元素的含量与所用扩散合金化粉末中合金元素的含量大体上相同。为了使烧结构件中合金元素的含量不同以便产生不同性能，必须使用具有不同合金元素含量的铁基粉末。
本发明提供了一种方法，该方法不需要针对含有钼、铜及镍合金元素的烧结的铁基构件的每一期望化学合成物生产一特定粉末。本发明的另一优点是提供一种用于将尺寸变化及抗拉强度控制至预定值的方法。在一特定实施例中，尺寸变化与碳含量及密度无关。
发明内容
简言之，本发明涉及三种不同铁基粉末的粉末冶金组合物。这些铁基粉末中的第一种包括与钼预合金化并另外与铜扩散合金化的铁芯部颗粒；第二种铁基粉末包括与钼预合金化并另外与镍扩散合金化的铁芯部颗粒。第三种铁基粉末主要包括由与钼预合金化的铁组成的颗粒。
本发明还涉及两种扩散合金化的铁基粉末。
一种根据本发明的方法包括如下步骤：以预定量组合这三种铁基粉末；将石墨混合于该组合物中；压实所得到的混合物；烧结所得到的生坯。
本发明的另一方面涉及一种提供具有预定强度并且在烧结过程中具有预定尺寸变化的烧结构件的方法。
附图说明
图1-4示出用于确定粉末冶金组合物中的铜及镍含量以获得预定的强度及尺寸变化的图表。
具体实施方式
具体而言，本发明的铁基粉末冶金组合物包括：
铁基粉末A，主要包括与钼预合金化的铁芯部颗粒，其中该芯部颗粒与6-15重量％且优选8-12重量％的铜扩散合金化；
铁基粉末B，主要包括与钼预合金化的铁芯部颗粒，其中该芯部颗粒与4.5-8重量％且优选5-7重量％的镍扩散合金化；及
铁基粉末C，主要包括与钼预合金化的铁的颗粒。
在铁基粉末A、B及C的颗粒中预合金化的钼的量可分别在0.3-2重量％之间变化，且优选在0.5-1.5重量％之间变化。在一个实施例中，所有三种粉末中的颗粒与相同量的钼进行预合金化。钼的量超过2％不会获得与成本增加相应的强度增加。钼的量低于0.3％不会获得显著的强度效果。
扩散合金化到芯部颗粒上的铜及镍的量的上限分别为15％的铜及12％的镍。扩散合金化到芯部颗粒上的铜及镍的量的下限应显著高于烧结构件中所需的量，以获得本发明的优点。因此，从实用原因考虑，两种铁基粉末特别令人感兴趣：一种铁基粉末主要包括与钼预合金化的芯部颗粒并包括至少6％的扩散合金化到该芯部颗粒上的铜；另一种铁基粉末包括与钼预合金化的芯部颗粒并包括至少4.5％的扩散合金化到该芯部颗粒上的镍。
粉末A、B和C分别主要包括与钼预合金化的铁颗粒，但是也可将其它元素(除了不可避免的杂质)预合金化到该颗粒上。这些元素可以是镍、铜、铬和锰。
为了用本发明的粉末组合物生产烧结构件，需要分别确定粉末A、B和C的量并与达到预定强度所需量的石墨混合在一起。所得到的混合物在压实、烧结前可与其它添加剂混合。混合在粉末组合物中的石墨量最高可达1％，优选是0.3％-0.7％。
其它添加剂可选自：润滑剂、粘结剂、其它合金元素、硬质相材料、机加工性增强剂。
根据粉末冶金组合物的一个实施例，粉末C基本不含Cu和Ni。
优选地，对粉末A、B与C之间的比例关系进行选择，以使烧结构件中的铜含量为0.2-2重量％，镍含量为0.1-4重量％，钼含量为0.3-2重量％优选为0.5-1.5重量％。
在一个实施例中，铜含量为0.2-2％，优选为0.4-0.8％，且镍含量为0.1-4％。意外地发现，在该特定实施例中，烧结过程中的尺寸变化与碳含量和烧结密度无关。
为生产具有预定尺寸变化和强度的烧结构件，根据图表例如图1-4分别确定烧结构件中铜、镍与碳的量。然后，本领域技术人员可分别确定所需粉末A、B及C的量。
将粉末与石墨混合以获得最终期望的碳含量。在400-1000MPa的压实压力下压实此粉末组合物并在1100-1300℃下在保护气体中将所得到的生坯烧结10-60分钟。可以对烧坯进行进一步的后处理，例如热处理、表面致密化、机加工等。
图1-4中示例性的图表在如下条件下是有效的：压实压力为600MPa，在1120℃下烧结30分钟，烧结气体为90％的氮气和10％的氢气。
根据本发明，可以生产具有各种钼、铜及镍含量的烧结构件。该目的可通过使用三种不同粉末的组合物达到，该三种粉末以不同比例混合以获得具有实际烧结构件所需化学成分的粉末。
总之，本发明的特别优点在于可对烧结过程中的尺寸变化和烧结构件的强度加以控制。能够控制尺寸变化的优点将有利于使用现有的压制工具。当生产烧结部件时，碳含量和密度的某种分散(scatter)是不可避免的。通过使用其尺寸变化与密度和碳含量无关的组合物，将会降低烧结后的尺寸分散，从而减少以后的机加工和机加工费用。
通过下面的非限制性示例说明本发明：
示例1
本示例说明如何选择具有约600MPa的期望强度和三种尺寸变化水平(-0.1％、0.0％和+0.1％)的合金组合物。在根据表1的粉末组合物中，这种选择分别针对两种碳含量即0.5％的C和0.3％的C来进行，其中如表2中所示，较低的碳含量可获得优选的延展性。
本发明的粉末组合物由如下粉末制备：粉末A，其中10％的铜扩散合金化至与0.85％的钼预合金化的铁基粉末的表面上；粉末B，其中5％的镍扩散合金化至与0.85％的钼预合金化的铁基粉末的表面上；及粉未C，与0.85％的钼预合金化的铁基粉末。
将该粉末组合物与作为润滑剂的0.8％酰胺蜡及石墨混合在一起以分别产生0.3％和0.5％的烧结碳含量。将所得到的混合物压实制成符合ISO2740的抗拉试验试样。
压实压力为600MPa，且烧结条件为：1120℃，30分钟，90％的N2/10％的H2。表2列出本发明粉末组合物的其它机械性能。很明显，本发明的粉末组合物具有符合图3的预定尺寸变化。
表1
Figure C200680003307D00071
Figure C200680003307D00081
表2
示例2
如表3所示，本示例说明了包括0.6％的Cu和2％的Ni的本发明粉末组合物，以及其尺寸变化与碳含量和烧结密度无关的一个特定实施例。将使用这些组合物得到的结果与使用Distaloy AB(可购自
Figure C200680003307D0008154919QIETU
　AB，瑞典)得到的结果、以及与使用一与本发明粉末组合物具有相同化学成分但是其中与钼预合金化的铁基粉末的表面被铜和镍扩散合金化的粉末得到的结果(在表3中被称为“固定合成物”)进行比较。
本发明的粉末组合物由如下粉末制备：粉末A，其中10％的铜扩散合金化至与0.85％的钼预合金化的铁基粉末的表面；粉末B，其中5％的镍扩散合金化至与0.85％的钼预合金化的铁基粉末的表面；及粉末C，其包括与0.85％的钼预合金化的铁基粉末。
表3示出一特定示例，其中将由粉末A、粉末B和粉末C构成的总含铜量为0.6％、总含镍量为2％、总含钼的量为0.83％的混合物与两种粉末进行比较，其中，一种粉末是已知粉末Distaloy AB，一种粉末是与0.83％的钼预合金化且0.6％的铜和2％的镍扩散合金化至其表面的铁基粉末。如表3所示，与已知粉末Distaloy AB或与被铜和镍扩散合金化的铁基粉末相比，由本发明粉末组合物生产的烧结试样的尺寸变化基本上与碳含量和密度无关。
将此粉末组合物与作为润滑剂的0.8％酰胺蜡和石墨混合在一起，以产生表3中的烧结碳含量。在表3所示的不同压实压力下将所得混合物压实成符合ISO　2740的抗拉试验试样。在90％的氮气和10％的氢气气氛中在1120℃下将这些抗拉试验试样烧结30分钟。表4列出了其它机械性能。
表3
Figure C200680003307D00091
(＊)本发明的粉末组合物
表4
Figure C200680003307D00092
Figure C200680003307D00101
(＊)本发明的粉末组合物

Claims (17)

1.一种粉末冶金组合物，包括：
铁基粉末A，主要包括与钼预合金化的铁芯部颗粒，其中粉末A的6-15重量％是扩散合金化至该芯部颗粒的铜，
铁基粉末B，主要包括与钼预合金化的铁芯部颗粒，其中粉末B的4.5-8重量％是扩散合金化至该芯部颗粒的镍，及
铁基粉末C，主要包括与钼预合金化的铁颗粒。
2.如权利要求1的粉末冶金组合物，其特征在于，粉末A中的铜含量是8-12重量％。
3.如权利要求1的粉末冶金组合物，其特征在于，粉末B中的镍含量是5-7重量％。
4.如权利要求1的粉末冶金组合物，其特征在于，各粉末A、B或C中的钼含量为0.3-2重量％。
5.如权利要求1的粉末冶金组合物，其特征在于，各粉末A、B或C中的钼含量为0.5-1.5重量％。
6.如权利要求1的粉末冶金组合物，其特征在于，各粉末A、B或C中的钼含量基本相同。
7.如权利要求1的粉末冶金组合物，其特征在于，该组合物中的铜含量在0.2-2％范围内。
8.如权利要求1的粉末冶金组合物，其特征在于，该组合物中的铜含量在0.4-0.8重量％范围内。
9.如权利要求1的粉末冶金组合物，其特征在于，该组合物中的镍含量在0.1-4重量％范围内。
10.如权利要求1的粉末冶金组合物，其特征在于，该组合物还包括最高达1重量％的石墨。
11.如权利要求1的粉末冶金组合物，其特征在于，该组合物包括0.3-0.7重量％的石墨。
12.如权利要求1的粉末冶金组合物，其特征在于，该组合物包括选自润滑剂、粘结剂、其它合金元素、硬质相材料、机加工性增强剂的其它添加剂。
13.如权利要求1的粉末冶金组合物，其特征在于，粉末C基本上不含Cu和Ni。
14.一种通过下述步骤制备包括0.3-2重量％的钼、0.2-2重量％的铜、和0.1-4重量％的镍的铁基烧结构件的方法：
将如权利要求1至13中任一项的粉末A、B、C与石墨混合，
压实该混合物以制成一压实坯；
烧结该坯。
15.如权利要求14的制备铁基烧结构件的方法，其特征在于，该构件包括0.5-1.5重量％的钼。
16.如权利要求14的制备铁基烧结构件的方法，其特征在于，该构件包括0.4-0.8重量％的铜。
17.一种获得具有预定强度并且在烧结过程中具有预定尺寸变化的烧结构件的方法，包括如下步骤：
确定为获得预定强度和尺寸变化而在该烧结构件中需要的铜、镍、钼和碳的量；
确定如权利要求1至13中任一项的粉末A、B和C的相应量；
将其量已确定的粉末A、B和C与石墨和可选的其它添加剂混合；
压实该混合物以制成粉末压实体；以及
烧结该粉末压实体。
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