CN105772704A - 一种含钨铁基粉末冶金材料及其制备方法 - Google Patents

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王爽
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刘晓东
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Abstract

本发明公开了一种含钨铁基粉末冶金材料及其制备方法,该材料由以下组分按质量百分数组成:二硫化钨,0.5%~6%;硬脂酸锌,0.1%~0.8%;石墨,0%~5%;铜粉,0%~5%;镍粉,0%~5%;余量为铁粉。制备方法为:按质量百分数将组分混合,然后再进行压制和烧结等处理。本发明是利用二硫化钨优良的润滑性能,减少混合粉末中有机润滑剂的使用量,提高压坯的密度,同时可以降低生坯烧结时有机物挥发所产生的孔隙。使用本发明制备的含钨铁基材料相比于传统的含钨预合金铁粉制备的材料,表现出更高的硬度、拉伸强度和切削性能等。

Description

一种含钨铁基粉末冶金材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及粉末冶金领域,具体涉及一种含钨铁基粉末冶金材料及其制备方法。
背景技术
[0002] 粉末冶金用铁基合金粉包含:混合粉、扩散合金粉和预合金粉三种。混合粉是以铁 粉作为基体的粉末,混合一定的合金粉末如:石墨粉,铜粉,镍粉,钨粉等。扩散合金粉是将 合金粉末与铁粉混合然后经过加热处理,使不同粉末发生一定的扩散粘接,能够减少混合 粉末中不同成分的偏析。预合金粉是在熔炼铁时加入合金元素,然后再通过雾化还原等步 骤制备。合金元素在铁基材料当中起到固溶强化、第二相粒子强化等作用,从而增加铁基零 件硬度、拉伸强度等力学性能。铁基合金粉末在使用前都需要添加有机润滑剂,如硬脂酸锌 或者Kenolube Pll等,润滑剂有助于提高铁基混合粉末的压制密度,减少压制过程中金属 粉末对模具的损伤。铁基粉末冶金零件具有近净成形、节能和廉价等优点,广泛应用于机械 航空等领域,具有巨大的应用潜力。
[0003] 市场上销售的含钨合金粉,几乎都是通过预合金的方式制得,即在铁水熔炼时加 入钨铁合金再经过雾化还原处理,使用时再混合有机润滑剂或者其他合金粉末。而本发明 中是将钨以二硫化钨的形式加入到纯铁粉当中进行混合,再加入少量的有机润滑剂和一定 的合金粉末,制备出含二硫化钨的铁基混合粉。
[0004] 铁基混合粉末所制备的生坯在烧结过程中,其中的有机润滑剂发生分解挥发后在 铁基零件内部留下空隙,如果有机物分解过快还会导致零件产生裂纹等缺陷,从而影响铁 基零件的力学性能和表观质量。二硫化钨为密排六方晶体结构的无机材料,具有优异的润 滑性能,添加入铁基混合粉末中可以减少有机润滑剂的使用量,在粉末压制时促进生坯密 度的提高,同时在烧结阶段可以减少有机物挥发产生的空隙和裂痕等缺陷。在铁基零件的 烧结温度下,由于二硫化妈的吉布斯自由能高于硫化亚铁的吉布斯自由能,所以二硫化妈 与铁反应产生硫化亚铁;同时钨元素扩散固溶到铁基体当中。硫化亚铁与铁形成低熔点共 晶相,在铁基零件内部广生$父多液相有助于提尚烧结体密度。硫化亚铁的存在有助于提尚 铁基零件的切削性能和润滑性能。
发明内容
[0005] 本发明针对现有技术的不足,提供一种含钨铁基粉末冶金材料及其制备方法,所 制备的冶金材料具有良好机械性能。
[0006] 本发明采取如下技术方案: 一种含钨铁基粉末冶金材料,由以下组分按质量百分数组成:二硫化钨,0.5 %~6 %;硬 脂酸锌,0.1 %~0.8 %;石墨,0 %~5%;铜粉,0 %~5%;镍粉,0 %~5%;余量为铁粉。
[0007] 优选的,铁粉粒径为100目。
[0008] 优选的,二硫化钨的质量分数为5 %;硬脂酸锌的质量分数0.2 %;余量为铁粉。
[0009] 优选的,二硫化钨的质量分数为2 %;硬脂酸锌的质量分数0.6 %;余量为铁粉。
[0010] 本发明所述的含钨铁基粉末冶金材料的制备方法为: (1) 混料:将各组分按质量百分数均匀混合; (2) 压制:将混合的粉末填充入模具中冷压成型。
[0011] (3)烧结:将压制生坯烧结使粉末颗粒实现冶金结合。
[0012] 步骤(3)中烧结条件为真空烧结、分解氨气氛烧结或氮气气氛烧结的一种,烧结温 度为 1000 °01200 °C。
[0013] 本发明的有益效果如下: (1)以二硫化钨的形式向原料中添加钨元素,由于二硫化钨具有优异的润滑性能,有助 于压制过程中压坯密度的提高,减少混合粉末中有机润滑剂的加入量,降低有机物挥发所 产生的空隙和裂纹等缺陷。
[0014] (2)混合粉末制成的压坯在高温烧结阶段,二硫化钨会与铁基体反应形成液相,促 进烧结体密度的增加。
[00Ί5] (3)二硫化妈中的硫与铁反应生成硫化亚铁,硫化亚铁的存在有助于提尚铁基零 件的切削性能和润滑性能。
具体实施方式
[0016]下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍,但不局限于此。
[0017] 实施例! 一种含钨铁基粉末冶金材料,由以下组分按质量百分数组成:二硫化钨,5 %;硬脂酸 锌,0.2 %;余量为铁粉,100目。
[0018] 其制备方法为: (1) 混料:将各组分按质量百分数均匀混合; (2) 压制:将混合的粉末填充入模具中冷压成型; (3) 烧结:将压制生还在分解氨气氛下烧结,烧结温度位1000 °C。
[0019] 实施例2 一种含钨铁基粉末冶金材料,由以下组分按质量百分数组成:二硫化钨,2 %;硬脂酸 锌,0.6 %;余量为铁粉,100目。
[0020] 其制备方法为: (1) 混料:将各组分按质量百分数均匀混合; (2) 压制:将混合的粉末填充入模具中冷压成型; (3) 烧结:将压制生坯于真空条件下烧结,烧结温度为1200 °C; 实施例3 一种含钨铁基粉末冶金材料,由以下组分按质量百分数组成:二硫化钨,〇. 5 %;硬脂酸 锌,0.1 %;石墨,5 %;铜粉,5 %、镍粉,5 %;余量为铁粉,100目。
[0021] 其制备方法为: (1) 混料:将各组分按质量百分数均匀混合; (2) 压制:将混合的粉末填充入模具中冷压成型; (3) 烧结:将压制生坯于氮气气氛烧结,烧结温度为1100 °C; 实施例4 一种含钨铁基粉末冶金材料,由以下组分按质量百分数组成:二硫化钨,6 %;硬脂酸 锌,0.8 %;石墨,1 %;铜粉,2 %、镍粉,2 %;余量为铁粉,100目。
[0022]其制备方法为: (1) 混料:将各组分按质量百分数均匀混合; (2) 压制:将混合的粉末填充入模具中冷压成型; (3) 烧结:将压制生坯于氮气气氛烧结,烧结温度为1200 °C; 对以上实施例制备的含钨铁基粉末冶金材料进行密度、硬度及拉伸强度测试,测试结 果如表1所示:
Figure CN105772704AD00051

Claims (6)

1. 一种含钨铁基粉末冶金材料,其特征在于由以下组分按质量百分数组成:二硫化钨, 0.5 %~6 %;硬脂酸锌,0.1 %~0.8 %;石墨,0 %~5%;铜粉,0 %~5%;镍粉,0 %~5%;余量为铁 粉。
2. 根据权利要求1所述的一种含钨铁基粉末冶金材料,其特征在于铁粉粒径为100目。
3. 根据权利要求1所述的一种含钨铁基粉末冶金材料,其特征在于二硫化钨的质量分 数为5 %;硬脂酸锌的质量分数0.2 %;余量为铁粉。
4. 根据权利要求1所述的一种含钨铁基粉末冶金材料,其特征在于二硫化钨的质量分 数为2 %;硬脂酸锌的质量分数0.6 %;余量为铁粉。
5. 权利要求1至5任意一项所述的含钨铁基粉末冶金材料的制备方法,其特征在于包括 以下步骤: (1) 混料:将各组分按质量百分数均匀混合; (2) 压制:将混合的粉末填充入模具中冷压成型; (3) 烧结:将压制生坯烧结,使粉末颗粒实现冶金结合。
6. 根据权利要求5所述的含钨铁基粉末冶金材料的制备方法,其特征在于步骤(3)中烧 结条件为真空烧结、分解氨气氛烧结或氮气气氛烧结的一种,烧结温度为1000 °〇1200 Γ。
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