CN106086666A

CN106086666A - 一种高耐磨的粉末冶金复合材料

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Publication number: CN106086666A
Application number: CN201610454821.1A
Authority: CN
Inventors: 罗红丽; 赵善杰; 梁集标
Original assignee: Guangdong Dong Mu New Material Co Ltd
Current assignee: Guangdong Dong Mu New Material Co Ltd
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2036-06-20
Also published as: CN106086666B

Abstract

本发明提供了一种高耐磨的粉末冶金复合材料，按质量份计，包括如下组分：100份铁粉、0.9‑1.1份碳粉、0.9‑1.1份铜粉、0.3‑0.5份钼粉、0.1‑0.4份磷增强剂、0.25‑0.35份硫化锰和0.5‑0.7份润滑剂。该粉末冶金复合材料主要由铁、碳组成，制备工艺简单，无需进行后续热处理工序，获得的粉末冶金制品具有优异的耐磨性，并且具有较好的强度，与现有市场同类产品相比，耐磨性能大幅度提高。

Description

一种高耐磨的粉末冶金复合材料

技术领域

本发明涉及一种铁碳合金材料，具体涉及一种高耐磨的粉末冶金复合材料。

背景技术

铁碳合金可按照含碳量、用途、质量和冶炼方法进行分类。按含碳量可分为：低碳钢（C<0.25%）、中碳钢（0.25%<C<0.6%）和高碳钢（C>0.6%）；按钢的用途可分为碳素结构钢和碳素工具钢两大类；按钢的质量可分为：普通碳素钢（S≤0.055%，P≤0.45%），优质碳素钢（S、P≤0.04%）和高级优质碳素钢（s≤0.030%，P≤0.035%）三大类；按冶炼方法可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。

铁碳合金应用范围宽广，是一种重要的工程结构材料，其中，以低合金结构钢应用最广泛但是。但是，对于一些结构复杂，受交变应力的结构零件，低合金结构钢在强度、耐磨性等方面的性能还不够理想，其含碳量以及合金成分的配置还有待进一步完善，以实现资源的合理利用。

粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产。另外，部分用传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技术制造，因而备受工业界的重视。

粉末冶金材料由于其疏松多孔的特点，同等条件下与致密的钢件在耐磨性和强度方面时常处于劣势。而耐磨性是决定产品使用寿命的一个最主要标志，因此只能通过改进粉末冶金材料工艺和配方，提升其强度和耐磨性。中国专利CN200810059198.5中公开了一种高硬度耐磨损粉末冶金滚套制备方法，其中所用原料为：碳为0.3～2％，铬为0.5～4％，润滑剂0.1～2％，不超过2％的不可避免杂质，余量为铁，获得了一种抗拉强度、显微硬度较好（HRB>65）的粉末冶金产品，但是该产品采用高温烧结方式，对材料和设备的要求比较高，并且需要进行后续的热处理，在热处理前的HRB较低，耐磨损性能不足。

发明内容

为了解决上述问题，本发明通过对现有材料配方的基础上进行改进，采用常温烧结方式，获得了一种高耐磨的粉末冶金复合材料，并且无需进行热处理工序，减少了生产工序，降低生产成本。

为了实现本发明的技术目的，本发明采用如下技术方案。

一种高耐磨的粉末冶金复合材料，按质量份计，包括如下组分：100份铁粉、0.9-1.1份碳粉、0.9-1.1份铜粉、0.3-0.5份钼粉、0.1-0.4份磷增强剂、0.25-0.35份硫化锰和0.5-0.7份润滑剂。

进一步，所述磷增强剂为超细合金非晶扩散粉，按质量百分比计，包括20.1%-29.5%的P、70%-79.5%的Fe和总量不超过1%的杂质元素Si、Mn、C、S、O。

优选的，所述磷增强剂按质量百分比计，包括25.05%的P、74.17%的Fe、0.03%的Si、0.61%的Mn、0.068%的C、0.062%的S和0.01%的O。

优选的，所述磷增强剂的平均粒径为10-12μm。通过选择含磷的超细合金非晶扩散粉，可以使铁基粉末冶金材料烧结过程中形成瞬时液相，促进烧结，提高粉末间的结合强度，从而提升粉末冶金合金的致密度，使其硬度与耐磨性得到提升。此外，P元素在铁基合金中过多，将会引起合金的韧性急剧下降，导致合金耐冲击性能劣化，因此P元素的含量需严格控制。

优选的，所述铁粉的粒径小于150μm。

优选的，所述碳粉的粒径小等于30μm。碳粉的添加可以提高铁碳合金件中珠光体的含量，提升合金的塑韧性、耐冲击性和抗拉强度，但是珠光体硬度不高。

优选的，所述铜粉的粒径小于75μm。Cu粉的添加可以在烧结过程中促进粉末冶金的合金化，降低烧结温度，同时Cu的添加还可以提高合金的机械强度。

优选的，所述钼粉通过对铁粉进行预扩散的方法进行添加。钼粉的添加，一方面可以抑制烧结过程中珠光体的形成，另一方面还可以促进贝氏体的形成，从而使铁碳合金材料的硬度、强度得到较大提升。

优选的，所述硫化锰（MnS）的粒径小于12μm。MnS为易切削添加剂，提高产品后续机加工中的切削性能。

在本发明中，各原料的粒径对产品性能有较大影响，原料粒径越小，产品性能得到提升，合金坯料成型后的密度提升，但是粒径越小的原料相对成本也较高。

优选的，所述润滑剂为微粉蜡或硬脂酸盐。事实上微粉蜡和硬脂酸盐均可作为润滑剂。但是微粉蜡作为润滑剂时，除了具有在粉末冶金零件的压制成型及脱模过程中，减少粉末与模具的摩擦力的作用外，同时还可以减少合金烧结过程中的成分偏析。

相应的，本发明还提供了该粉末冶金材料的制备方法，包括如下步骤：

1）球磨混料，按配比将原料混合均匀后过80目筛；

2）模压成型，用模压成型设备对混好的粉末材料进行成型，制得合金坯料，坯料产品密度为6.8g/cm³；

3）烧结处理，将合金坯料在网带烧结炉中经脱蜡、预热后，于1110℃-1150℃下烧结0.5h，随炉降温冷却至室温；

4）水蒸气处理，将冷却后的合金工件在水蒸气处理炉中进行水汽处理后，得到耐磨粉末冶金产品。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种高耐磨的粉末冶金复合材料，与现有技术相比，具有以下优点：本发明获得的高耐磨粉末冶金材料，主要由铁、碳组成，并通过在铁、碳中添加Cu、Mo、MnS、磷增强剂来改善粉末冶金合金的耐磨性能，特别是Mo和磷增强剂的添加，促进了合金中金相组织的改变，而磷增强剂的适量加入，显著提高了本发明中粉末冶金合金的耐磨性能，具有突出的进步意义。此外，本发明制备工艺简单，无需进行后续热处理工序，获得的粉末冶金制品具有优异的耐磨性，并且具有较好的强度，与现有市场同类产品相比，耐磨性能大幅度提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍：

图1是本发明实施例1中粉末冶金产品金相组织形貌图；

图2是本发明对比例1中粉末冶金产品金相组织形貌图；

图3是本发明对比例2中粉末冶金产品金相组织形貌图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

实施例1

一种高耐磨的粉末冶金复合材料，按质量份计，组成如表1所示。图1是本发明实施例1中粉末冶金产品金相组织形貌图。

表1 实施例1粉末冶金材料组成

成分序号	成分	配方值
			1	Fe	100
2	C	0.9
			3	Cu	1.2
4	Mo	0.5
			5	磷增强剂	0.4
6	MnS	0.35
			7	微粉蜡	0.7

实施例2

一种高耐磨的粉末冶金复合材料，按质量份计，组成如表2所示。

表2 实施例2粉末冶金材料组成

成分序号	成分	配方值
			1	Fe	100
2	C	1.1
			3	Cu	0.9
4	Mo	0.3
			5	磷增强剂	0.1
6	MnS	0.25
			7	微粉蜡	0.5

实施例3

一种高耐磨的粉末冶金复合材料，按质量份计，组成如表3所示。

表3 实施例3粉末冶金材料组成

成分序号	成分	配方值
			1	Fe	100
2	C	1
			3	Cu	1.1
4	Mo	0.4
			5	磷增强剂	0.3
6	MnS	0.3
			7	微粉蜡	0.6

对比例1（不含Mo和磷增强剂）

一种高耐磨的粉末冶金复合材料，按质量份计，组成如表4所示。图2是本发明对比例1中粉末冶金产品金相组织形貌图。

表4 实施例4粉末冶金材料组成

成分序号	成分	配方值
			1	Fe	100
2	C	0.9
			3	Cu	1.2
4	MnS	0.35
			5	微粉蜡	0.7

对比例2（无磷增强剂）

一种高耐磨的粉末冶金复合材料，按质量份计，组成如表5所示。图3是本发明对比例2中粉末冶金产品金相组织形貌图。

表5 实施例5粉末冶金材料组成

成分序号	成分	配方值
			1	Fe	100
2	C	0.9
			3	Cu	1.2
4	Mo	0.5
			5	MnS	0.35
6	微粉蜡	0.7

对实施例1-3和对比例1-2的粉末冶金材料制备方法如下，其中各实施例和对比例中磷增强剂为超细合金非晶扩散粉，按质量百分比计，包括20.1%-29.5%的P、70%-79.5%的Fe和总量不超过1%的杂质元素Si、Mn、C、S、O。

1）球磨混料，按配比将原料混合均匀后过80目筛；

对实施例1-3和对比例1-2所制备的粉末冶金产品进行耐磨性能检测，检测结果如表6所示。

表6 实施例1-3和对比例1-2性能检测结果

	硬度（HRB）	金相	磨损量（g）	摩擦系数
					实施例1	98.2	较多贝氏体，孔隙减少粉末间结合更紧密	0.0498	0.42
实施例2	98.3	较多贝氏体，孔隙减少粉末间结合更紧密	0.0503	0.43
					实施例3	98	较多贝氏体，孔隙减少粉末间结合更紧密	0.0513	0.46
对比例1	90.6	珠光体含量90%以上	0.0803	0.52
					对比例2	95.3	珠光体和铁素体含量均较少，含较多贝氏体	0.0677	0.49
市售产品	92	\	0.0785	0.51

根据上表数据可以看出，实施例1-3具有较好的硬度和耐磨性能，在相同条件下的磨损量和摩擦系数均较小。对比例1为不添加Mo和磷增强剂所得粉末冶金制品，与实施例1-3相比，其金相组织发生了较大改变，由珠光体含量在90%以上，逐渐过渡到有较多贝氏体形成。对比例2为不添加磷增强剂所得粉末冶金制品，与实施例1-3和对比例1相比，可以看出珠光体的含量与对比例相比减少，并且有少部分珠光体和铁素体。随着实施例1-3中磷增强剂的加入，粉末冶金制品的金相组织发生了较大改变，获得了较多的贝氏体。本发明提供的一种高耐磨的粉末冶金复合材料，通过在现有铁碳合金材料的基础上进行改性，将Mo和磷增强剂引入粉末冶金合金材料中，尤其是磷增强剂的适当引入，改善了合金制品的金相组织，获得了高耐磨的粉末冶金复合材料，具有开创性的意义。与现有市售产品相比，其耐磨性能提高30%以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作出的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高耐磨的粉末冶金复合材料，其特征在于，按质量份计，包括如下组分：100份铁粉、0.9-1.1份碳粉、0.9-1.1份铜粉、0.3-0.5份钼粉、0.1-0.4份磷增强剂、0.25-0.35份硫化锰和0.5-0.7份润滑剂。

2.根据权利要求1所述的一种高耐磨的粉末冶金复合材料，其特征在于：所述磷增强剂为超细合金非晶扩散粉，按质量百分比计，包括20.1%-29.5%的P、70%-79.5%的Fe和总量不超过1%的杂质元素Si、Mn、C、S、O。

3.根据权利要求2所述的一种高耐磨的粉末冶金复合材料，其特征在于：所述磷增强剂按质量百分比计，包括25.05%的P、74.17%的Fe、0.03%的Si、0.61%的Mn、0.068%的C、0.062%的S和0.01%的O。

4.根据权利要求1所述的一种高耐磨的粉末冶金复合材料，其特征在于：所述磷增强剂的粒径为10-12μm。

5.根据权利要求1所述的一种高耐磨的粉末冶金复合材料，其特征在于：所述铁粉的粒径小于150μm。

6.根据权利要求1所述的一种高耐磨的粉末冶金复合材料，其特征在于：所述碳粉的粒径小于30μm。

7.根据权利要求1所述的一种高耐磨的粉末冶金复合材料，其特征在于：所述铜粉的粒径小于75μm。

8.根据权利要求1所述的一种高耐磨的粉末冶金复合材料，其特征在于：所述硫化锰的粒径小于12μm。

9.根据权利要求1所述的一种高耐磨的粉末冶金复合材料，其特征在于：所述润滑剂为微粉蜡或硬脂酸盐。