CN104708005B - 制造能沉淀硬化合金的物品或工具的半成品及其制造方法 - 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
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:
铁(Fe)和由制造造成的杂质作为余量
是公知的并且例如在AT 505 221B1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%的断裂伸长率。
根据本发明的半成品的一种实施方式为一种用于制造由带有以下以重量百分比表示的化学组成的、能沉淀硬化的合金制成的物品或工具的半成品,该化学组成为:
铁(Fe)和由制造造成的杂质=余量,
在粉末冶金制造和/或成形之后,其中,该半成品主要由在(Fe+(29×Co))+1重量%的Mo型的基质中的(FeCo)6(Mo+W/2)7型金属间相形成,并且在基质中不存在Fe原子和Co原子的有序结构,或者说防止了Fe-Co有序结构的形成,并且以此方式使得该材料具有低于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%的断裂伸长率,
硬度 <40HRC
冲击弯曲功 K>16.0J
断裂伸长率 Ac>6.5%。
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。
根据本发明的方法的一种实施方式为一种用于制造由带有以下以重量百分比表示的化学组成的、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,该化学组成为:
铁(Fe)和由制造造成的杂质=余量,
其带有改进了的可加工性,其中,
粉末冶金式制造的材料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基质中而进行特殊热处理,
特殊热处理由对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经受冷却,
并且以此方式实现了把硬度调整到40HRC以下,并且调整出下述韧性,韧性测量为对材料的无缺口的试样的大于16.0J的冲击功。
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以重量百分比表示的化学组成的、能沉淀硬化的合金制成的物品或工具的半成品,所述化学组成为:
铁(Fe)和由制造造成的杂质=余量,
在粉末冶金制造和/或成形之后,其中,所述半成品主要由在(Fe+(29×Co))+1重量%的Mo型的基质中的(FeCo)6(Mo+W/2)7型金属间相形成,并且在所述基质中不存在Fe原子和Co原子的有序结构,或者说防止了Fe-Co有序结构的形成,并且以此方式使得所述半成品的材料具有低于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%的断裂伸长率,
硬度 <40HRC
冲击弯曲功 K>16.0J
断裂伸长率 Ac>6.5%。
2.根据权利要求1所述的半成品,其中,所述半成品的材料具有小于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以重量百分比表示的化学组成的、能沉淀硬化的合金制成的物品或工具的半成品的方法,所述化学组成为:
铁(Fe)和由制造造成的杂质=余量,
其带有改进了的可加工性,其中,
粉末冶金式制造的材料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半成品或所述半成品的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经受冷却,
并且以此方式实现了把硬度调整到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的大于16.0J的冲击弯曲功。
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825MPa的屈服极限RP0.2、小于1220MPa的拉伸强度Rm以及在拉伸试验中大于6.5%的断裂伸长率。
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