CN102029386B

CN102029386B - 一种高硬度粉末冶金低合金钢

Info

Publication number: CN102029386B
Application number: CN 201010573380
Authority: CN
Inventors: 罗丰华; 王翔; 高翔
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: CN102029386A

Abstract

本发明公开了一种低成本、高硬度的粉末冶金低合金钢，所述混合物具有70-90％的铁基粉末和30-10％的还原铁粉，其特征在于70-90％的铁基粉末包括1.0-2.5％电解铜粉、0.4-1.0％石墨粉末、0.2-0.8％石蜡润滑剂，余量为低合金钢粉，该低合金钢粉中包括0.4-0.6％铬，1.0-1.5％镍，0.4-0.5％钼，其中镍和钼的含量之和不超过2.0％，其余为铁(Fe)。将上所述混合物经混料、压制、烧结后，在空气中于180℃回火1h。通过具体实施可以得出，所得粉末冶金合金密度为6.81-6.95g/cm³，硬度可达43HRC，抗拉强度可达731N/mm²，且合金的硬度和强度可通过还原铁粉的添加量、合金成分和烧结密度加以调节。

Description

一种高硬度粉末冶金低合金钢

技术领域

本发明涉及一种低成本、高硬度的粉末冶金低合金钢，尤其是适用于制备各种高硬度、高强度的烧结元件。

背景技术

随着汽车、机械、电子电器等行业的发展，粉末冶金材料也得到了越来越广泛的应用，尤其是铁基粉末冶金材料，始终占据着主导地位，大量应用于汽车制动、传动等方面。由于大多数铁基粉末冶金材料是用于汽车工业的，因此生产成本和制品的性能就成为了粉末冶金产业发展的主要驱动力。近年来出现了很多新的工艺和合金体系，这些都旨在提高粉末冶金铁基零件的性价比。

预合金粉末越来越多地用于粉末冶金工业，这其中一个很重要的原因就是合金元素强化了铁基体，增强了最终制品的性能并提高制品的尺寸精度。镍、钼等元素是粉末冶金低合金钢粉中常用的合金化元素，可以增加制品的强度和淬透性，同时又保持高的粉末压缩性，并且与氧的亲和力不高，易于控制生产中的参数，因而预合金化镍钼低合金钢粉作为粉末冶金铁基零件的原料粉末得到了广泛的使用。但镍、钼等元素的价格较高并且近年来有逐步上涨的趋势，而铬作为合金化元素可使粉末冶金铁基零件以更低的价格得到更高的性能，逐渐引起了人们的兴趣。

然而，预合金化含铬低合金钢也有一些不足之处。例如，由于铬元素的固溶强化导致合金粉末的压缩性下降；更严重的是，铬与氧的亲和力非常高，并且氧化物难以还原。这些限制了其在粉末冶金低合金钢粉中的应用。为了保有合金钢粉的部分压缩性，目前生产的预合金化含铬低合金钢粉都是用水雾化方法制造的，在水雾化过程中铬元素易氧化为稳定的氧化物，这样生产出来的预合金粉末氧含量相对较高，从而会影响最终制品的性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有生产含铬低合金钢粉压制性能差、含氧量偏高的问题，可以为汽车、机械等行业提供一种生产低成本、高强度、高硬度零件的粉米冶金低合金钢。同时提供一种粉末冶金组合物以及由此制备的粉末冶金低合金钢。该组合物有以下组成：10-30％的纯铁粉和70-90％的铁基基质粉末。10-30％的纯铁粉是还原铁粉(小于，市场可购)，目的是提高混合粉末的压制性能。其中铁基基质粉末包括如下粉末：1.0-2.5％电解铜粉，0.4-1.0％石墨粉末，0.2-0.8％石蜡润滑剂，余量为低合金钢粉，其中包括0.4-0.6％铬，1.0-1.5％镍，0.4-0.5％钼，镍和钼的含量之和不超过2.0％，其余为铁。

本发明通过调整合金成分，以铬元素代替部分镍，从而降低成本，并利用惰性气体雾化法制备含铬低合金钢粉，从而降低粉末的含氧量。同时，本发明通过添加还原铁粉，使其可以直接成形，且使得最终合金成分含量低，密度低，因此产品重量轻，能耗小。经过压制烧结可以制备高性能粉末冶金低合金钢。应该提及的是，虽然下面的描述一般涉及模压成形和在氢气气氛下烧结，但是本发明具有更广泛的应用，申请人考虑本发明同样可以用于其他制备技术中，如温压成形、高速压制、粉末锻造、热压、真空烧结等。

本发明的优点：

(1)采用铬元素代替部分镍，从而降低了成本。

(2)用惰性气体雾化法制备了含铬低合金钢粉末，降低了粉末中的氧含量。

(3)粉末冶金组合物中混有10-30％的还原铁粉，可以提高粉末的压制性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

粉末冶金组合物的组成：30％的纯铁末和70％的铁基基质粉末。其中30％的纯铁粉是还原铁粉(小于74μm)，目的是提高混合粉末的压制性能。另外70％的铁基基质粉末包括如下粉末：2.5％电解铜粉(-200目)，0.8％石墨粉末，0.6％石蜡微粉，余量为低合金钢粉，其中包括0.4％铬，1.0％镍，0.5％钼，镍和钼的含量之和为1.5％，其余为铁。此低合金钢粉末是用氩气雾化法制备的，粉末的氧含量为0.060％。其物理性能见下表。

混合粉末经混料(滚筒混料机中干混1h)、压制(模压成形，600MPa)、烧结(1180℃，H₂气氛保护)后，在空气中于180℃回火1h。

经以上工序制备的粉末冶金低合金钢的性能：密度为6.95g/cm³，硬度42HRC，抗拉强度为731N/mm²。

实施例2：

粉末冶金组合物的组成：20％的纯铁粉和80％的铁基基质粉末。其中20％的纯铁粉是还原铁粉(-200目)，目的是提高混合粉末的压制性能。另外80％的铁基基质粉末包括如下粉末：2.0％电解铜粉(-200目)，0.4％石墨粉末，0.2％石蜡微粉，余量为低合金钢粉，其中包括0.5％铬，1.5％镍，0.4％钼，镍和钼的含量之和为1.9％，其余为铁。此低合金钢粉末是用氩气雾化法制备的，粉末的氧含量为0.058％。其物理性能见下表。

经以上工序制备的粉末冶金低合金钢的性能：密度6.82g/cm³，硬度43HRC，抗拉强度为562N/mm²。

实施例3：

粉末冶金组合物的组成：10％的纯铁粉和90％的铁基基质粉末，其中10％的纯铁粉是还原铁粉(-200目)，目的是提高混合粉末的压制性能。另外90％的铁基基质粉末包括如下粉末1.5％电解铜粉(-200目)，0.6％石墨粉末，0.5％石蜡微粉，余量为低合金钢粉，其中包括0.6％铬，1.1％镍，0.5％钼，镍和钼的含量之和为1.5％，其余为铁。此低合金钢粉末是用氩气雾化法制备的，粉末的氧含量为0.062％。其物理性能见下表。

经以上工序制备的粉末冶金低合金钢的性能：密度6.83g/cm³，硬度25HRC，抗拉强度为701N/mm²。

实施例4：

粉末冶金组合物的组成：30％的纯铁粉和70％的铁基基质粉末，其中30％的纯铁粉是还原铁粉(-200目)，目的是提高混合粉末的压制性能。另外70％的铁基基质粉末包括如下粉末1.0％电解铜粉(-200目)，1.0％石墨粉末，0.8％石蜡微粉，余量为低合金钢粉，其中包括0.4％铬，1.2％镍，0.5％钼，镍和钼的含量之和为1.7％，其余为铁。此低合金钢粉末是用氮气雾化法制备的，粉末的氧含量为0.057％。其物理性能见下表。

经以上工序制备的粉末冶金低合金钢的性能：密度6.93g/cm³，硬度39HRC，抗拉强度为624N/mm²。

实施例5：

粉末冶金组合物的组成：20％的纯铁粉和80％的铁基基质粉末。其中20％的纯铁粉是还原铁粉(-200目)，目的是提高混合粉末的压制性能。另外90％的铁基基质粉末包括如下粉末：1.5％电解铜粉(-200目)，1.0％石墨粉末，0.4％石蜡微粉，余量为低合金钢粉，其中包括0.5％铬，1.3％镍，0.4％钼，镍和钼的含量之和为1.7％，其余为铁。此低合金钢粉末是用氮气雾化法制备的，粉末的氧含量为0.063％。其物理性能见下表。

经以上工序制备的粉末冶金低合金钢的性能：密度6.83g/cm³，硬度42HRC，抗拉强度为553N/mm²。

实施例6：

粉末冶金组合物的组成：10％的纯铁粉和90％的铁基基质粉末，其中10％的纯铁粉是还原铁粉(-200目)，目的是提高混合粉末的压制性能。另外90％的铁基基质粉末包括如下粉末：1.5％电解铜粉(-200目)，0.5％石墨粉末，0.4％石蜡微粉，余量为低合金钢粉，其中包括0.6％铬，1.3％镍，0.5％钼，镍和钼的含量之和为1.8％，其余为铁。此低合金钢粉末是用氮气雾化法制备的，粉末的氧含量为0.056％。其物理性能见下表。

经以上工序制备的粉末冶金低合金钢的性能：密度6.81g/cm³，硬度24HRC，抗拉强度为584N/mm²。

Claims

1.一种高硬度的粉末冶金低合金钢，其特征在于合金由以下组成：30％的纯铁粉和70％的铁基基质粉末，其中纯铁粉是小于74μm的还原铁粉；铁基基质粉末的组分为：2.5％小于74μm的电解铜粉，0.8％石墨粉末，0.6％石蜡润滑剂，余量为用氩气雾化制备的低合金钢粉，包含0.4％铬，1.0％镍，0.5％钼，镍钼总量之和1.5％，其余为铁；粒度μm百分组成为：＜43μm的占20.7％，43-74μm的占52.5％，74-104μm占15.1％，104-147μm占9.7％，大于147μm的为余量，松装密度4.67g/cm³，粉末的氧含量为0.06％。