CN104708005A - 制造由铁-钴-钼/钨-氮合金制成的物品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造由带有以下化学组成(重量％)的、能沉淀硬化的合金制成的物品或工具及类似物的半成品，所述化学组成为：为了能实现以减小的耗费经济地、高精度地制作上述合金的物品或工具，在半成品的(Fe+(29×Co))+约1重量％的Mo型的基质中，通过特殊热处理防止了Fe原子和Co原子的有序结构的形成，并且以此方式改进了材料的可加工性。本发明还涉及用于制造由带有以下化学组成(重量％)的、能沉淀硬化的合金制成的物品或工具及类似物的半成品的方法，所述化学组成为：

Description

制造由铁-钴-钼/钨-氮合金制成的物品的方法
技术领域
本发明一般性地涉及一种由铁-钴-钼/钨-氮合金制成的物品，并且涉及其制造。
更精确地说，本发明涉及一种用于制造能沉淀硬化的铁-钴-钼/钨-氮合金的物件的半成品，以及一种改进能沉淀硬化的铁-钴-钼/钨-氮合金的可加工性的方法。
背景技术
由带有以下化学组成(重量％)的、能沉淀硬化的铁-钴-钼和/或钨-氮合金制成的工具或物品：
是公知的并且例如在AT 505 221 B1中被公开。
半成品的制造以有利方式通过粉末冶金(PM)方法进行，据此，能实现均一的材料结构。
PM制造，特别是由合金的、熔融物稀释得到的粉末制作热等静压制(HIP)锭是为本领域技术人员所公知的，并且因此无需详细介绍。
用于制造物品的方法大致包括热成形HIP锭，随后加以冷却，据此，Fe-Co-Mo/W-N材料具有大多在48至53HRC的硬度、是极其脆的并且基本上无法加工。
因此，为了对物品、特别是工具的制作进行准备，在奥氏体区中(即在合金的Ac3温度以上)进行成形的锭或半成品的软化退火，随后缓慢冷却。
这类热处理导致约41HRC以及更高的材料的降低了的硬度、约14J的韧性或者说缺口冲击功K，以及在拉伸试验中的在Ac＝4％范围中的断裂伸长率。
无论如何，尺寸精确地由软化退火的半成品或软化退火的预制材料制造物品(在必要时为工具)，要通过切削加工麻烦地实施，其中，成形件的调整或校准经常导致坯件的断裂。
对由半成品制成的零件的热学最终加工通常通过固溶退火、随后的淬火以及回火进行，其中，材料的硬度在必要时能达到68HRC。
由Fe-Co-Mo/W-N合金制成的物品、零件或工具针对多种特殊要求具有最佳的使用性能，然而由材料造成地要求：麻烦的制造。
发明内容
现在，本发明的目的在于，给出一种由带有开头所述的组成的合金制成的半成品，可以由该半成品通过减小的耗费制成高精度的物品或工具。
此外，本发明的任务在于，减少半成品的硬度，并且提高材料的韧性和断裂伸长率，并且以此方式改进合金的可加工性和合金加工的经济性。
当半成品主要由在(Fe+(29×Co))+约1重量％的Mo型的基质中的(FeCo)6(Mo+W/2)7型金属间相形成时，在通用类型的半成品的情况下实现了该目的，其中，在基质中基本上不存在Fe和Co原子的有序结构，或者说基本上防止了Fe-Co有序结构的形成，并且以此方式使材料具有低于40HRC的硬度、大于16.0J的无缺口试样冲击弯曲功K、以及在拉伸试验中大于6.5％的断面收缩率。
根据本发明的优选实施方式，该材料具有小于1220MPa的抗拉强度Rm和小于825MPa的屈服极限RP0.2。
根据本发明的半成品具有大幅改进的可加工性的优点。一方面，通常处在41HRC以上的范围中的材料硬度在根据本发明的材料中基本上被下降到40HRC以下，这使得切削加工变容易；另一方面，减小了材料脆性并且改进了在冷状态下的韧性和可成形性，这使得半成品的校正允许在界限内。
这些优点通过以下方式实现：如已发现的那样，根据本发明的材料在基质中具有大幅降低的Fe原子和Co原子有序结构，并且以此方式在尽管有高的相份额的情况下实现了其微小的可塑性，这通过所达到的力学材料值所揭露。
关于制造开头所提到的半成品的方法，本发明的另一任务借助用于把Fe-Co原子的有序结构溶解到基质中的特殊的热处理来解决，其中，零件或材料的升温或退火在600℃与840℃之间进行超过20分钟的持续时间，之后半成品以小于3的冷却速率λ经受冷却，并且以此方式实现了在材料韧性改进的情况下把硬度减小或调整到40HRC以下，该材料韧性测量为该材料的无缺口的试样K的大于16.0J的冲击弯曲功。
完全出乎本领域技术人员预料的是，原子有序结构在基质中的溶解能在合金的在600℃与840℃之间的上述铁素体区域的温度范围中，在相应的时长之后不维持序列地实现，并且随后在高冷却速率下可以在基质中保持或者说冻结Fe原子和Co原子的很大程度上无序的分布，并且以此方式完成了半成品的可加工性的改进。
在例如由根据本发明的半成品制成的工具的经济的最终加工之后，能通过固溶退火基本上无翘曲地实施对物品的热学硬化，随后实施对物品的淬火和回火，其中，在必要时能实现材料的68HRC的期望硬度。
附图说明
应当针对开发工作的结果进一步阐述本发明。在附图中：
图1示出Fe-Co-(Mo+W/2)N合金的微观结构；
图2示出在半成品特殊热处理时依赖于退火温度的硬度；
图3示出依赖于冷却速率的硬度；
图4示出由中子衍射得出的Fe-Co有序结构。
具体实施方式
以带有以下组成(重量％)并且带有48至53HRC的硬度的合金制成的试样进行试验：
所述试样由根据PM方法制成的并且经热等静经压制以及经成形的材料制造。
在1185℃的温度下软化退火一系列试样，并且随后以24℃/h冷却。试样在这种软化退火处理之后具有以下平均测量值：
在图1中示出了试样的结构照片，其中，能看出作为灰暗区域的基质，(明亮的)金属间相嵌入到该基质中。
对于其他同样处理的试样，在500℃至950℃的温度下进行特殊热处理，在该温度下的退火时间或保持时间为40分钟并且冷却速率λ为小于0.4。冷却速率λ由800℃到500℃的冷却时间除以100得到：
λ＝秒数/100
通过500℃至600℃的温度的特殊退火处理得到了42HRC的硬度值(如图2的区域1所表明的)。更高的、直至850℃的退火温度使得材料硬度降低到直至38HRC的值(如由图2的区域2和区域3所能看到的)，其中，进一步提升退火温度(区域4)造成显著的硬度提升(至44HRC)。
假如试样在特殊退火之后在800℃保持30分钟，并且随后以不同的λ值冷却，那么如在图3中所示明的，在λ为10时的41.18HRC的平均硬度值下降式地达到直至在λ为0.4时的38HRC以及更小的平均硬度值。
为了求得原子在结晶固体中的有序结构，可以利用中子束在周期性晶格上的衍射。通过原子在Fe-Co晶格中的周期性排布，发生了所谓的超结构反射。该超结构是在有序的B2晶格上的(100)反射。
对于经软化退火的试样A并且对于这种通过附加的特殊热处理的试样B，Fe原子和Co原子在基质中的有序相借助中子衍射仪求得，其带有STRESS-SPEC衍射器，该衍射器带有Ge 311单色仪，波长16nm。图4对比地示出了试样A和B相比较的超结构/有序结构反射的中子衍射图(100)。
在根据本发明特殊热处理的基质B中，明显存在很大程度上无序的Fe-Co结构。

Claims (4)

1.一种用于制造由带有以下化学组成(重量％)的、能沉淀硬化的合金制成的物品或工具及类似物的半成品，所述化学组成为：
在必要时的粉末冶金(PM)制造和/或成形之后，其中，所述半成品主要由在(Fe+(29×Co))+约1重量％的Mo型的基质中的(FeCo)6(Mo+W/2)7型金属间相形成，并且在所述基质中基本上不存在Fe原子和Co原子的有序结构，或者说尽可能防止了Fe-Co有序结构的形成，并且以此方式使得所述材料具有低于40HRC的硬度、大于16.0J的无缺口试样冲击弯曲功、以及在拉伸试验中大于6.5％的断面收缩率。
硬度         ＜40HRC
冲击弯曲功        K＞16.0J
断面收缩率   Ac＞6.5％
2.根据权利要求1所述的半成品，其中，所述材料具有小于1220MPa的拉伸强度以及小于825MPa的屈服极限。
拉伸强度  Rm＜1220MPa
屈服极限  RP0.2＜825MPa
3.一种用于制造由带有以下化学组成(重量％)的、能沉淀硬化的合金制成的物品或工具及类似物的半成品的方法，所述化学组成为：
其带有改进了的可加工性，其中，
所述在必要时粉末冶金式制造的材料(PM材料)在必要时在成形和软化退火之后，为了把(Fe-Co)原子的有序结构溶解在所述基质中而进行特殊热处理，
所述特殊热处理由对所述零件或材料的升温和退火组成，
其中，温度在600℃与840℃之间，持续时间高于20分钟，
随后，以小于3.0的冷却速率λ(λ＜3.0)经受冷却，
并且以此方式实现了把所述硬度调整到40HRC以下，并且调整出下述韧性，所述韧性测量为对所述材料的无缺口的试样KV的大于16.0J的冲击功。
4.根据权利要求3所述的方法，据此，所述半成品的材料在特殊热处理之后具有小于825[MPa]的屈服极限(RP0.2＜825MPa)、小于1220[MPa]的拉伸强度(Rm＜1220MPa)以及在拉伸试验中大于6.5％的(A＞6.5％)的断面收缩率。
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