CN107030278A - 烧结合金的制造方法、烧结合金压坯和烧结合金 - Google Patents

Abstract

使用含有第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子的混合粉末制造烧结合金。第一硬粒子是Fe‑Mo‑Cr‑Mn基合金粒子，第二硬粒子是Fe‑Mo‑Si基合金粒子。当将第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子的总质量设定为100质量％时，该混合粉末含有5至50质量％的第一硬粒子、1至8质量％的第二硬粒子和0.5至1.0质量％的石墨粒子。

Description

烧结合金的制造方法、烧结合金压坯和烧结合金

发明背景

1.发明领域

本发明涉及烧结合金的制造方法、烧结合金压坯和烧结合金。

2.相关技术描述

具有铁基质的烧结合金可用于内燃机的阀座等。在烧结合金中还可含有硬粒子以改进耐磨性。在含有硬粒子的情况下，将石墨粒子和铁粒子与硬粒子混合成粉末形式，并将该混合粉末压制成烧结合金压坯。此后，加热该烧结合金压坯并烧结成烧结合金。

作为这种烧结合金的制造方法，已经提出一种制造耐磨铁基烧结合金的方法(例如参见日本专利申请公开No.2004-156101(JP 2004-156101A))。在该耐磨铁基烧结合金的制造方法中，将硬粒子、石墨粒子和铁粒子的混合粉末压制成烧结合金压坯。然后，在使这种烧结合金压坯的石墨粒子中的碳(C)扩散到硬粒子和铁粒子中的同时烧结该烧结合金压坯。

在此，硬粒子含有20至70质量％Mo、0.2至3质量％C、1至15质量％Mn且余量由不可避免的杂质和Co构成。当将硬粒子、石墨粒子和铁粒子的总质量设定为100质量％时，该混合粉末含有10至60质量％的硬粒子和0.2至2质量％的石墨粒子。由于硬粒子扩散在这种烧结合金中，可以抑制该烧结合金的磨料磨损。

发明概述

但是，通过JP 2004-156101 A中描述的制造方法制成的烧结合金中粘结硬粒子的基质材料是Fe-C系材料，其中石墨粒子中的C扩散到铁粒子中，因此柔软。因此，当该烧结合金接触配合滑动件中的金属材料时，促进烧结合金的接触表面的塑性变形，并促进这一接触表面的粘着磨损。为避免这些，合意地提高烧结合金的硬度。但是，烧结合金的提高的硬度造成降低的可机械加工性。因此，难以平衡抗粘着磨损性和可机械加工性。

本发明提供能在抑制粘着磨损的同时保证可机械加工性的烧结合金制造方法、烧结合金压坯和烧结合金。

本发明人认为，如上所述的烧结合金的铁基基质的塑性变形促进接触表面的粘着磨损。从这一角度出发，本发明人考察了除抑制磨料磨损的传统硬粒子外还添加另一类型的可抑制铁基基质的塑性变形的硬粒子。因此，本发明人已将注意力集中在钼作为该硬粒子的主要组分并发现，通过使铁-钼金属间化合物和在烧结过程中沉淀的碳化钼分散在铁基基质中，可以控制铁基基质的塑性变形。

本发明基于这一发现。本发明的第一方面涉及烧结合金的制造方法，其包括：将含有第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子的混合粉末压制成烧结合金压坯；和在使所述烧结合金压坯的石墨粒子中的碳扩散到第一硬粒子、第二硬粒子和铁粒子中的同时烧结所述烧结合金压坯。在本发明的第一方面中，当第一硬粒子具有100质量％时，第一硬粒子含有10至50质量％Mo、3至20质量％Cr、2至15质量％Mn、1质量％或更少的C和包括Fe和不可避免的杂质的余量。当第二硬粒子具有100质量％时，第二硬粒子含有60至70质量％Mo、2质量％或更少的Si和包括Fe和不可避免的杂质的余量。当将第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子的总质量设定为100质量％时，所述混合粉末含有5至50质量％的第一硬粒子、1至8质量％的第二硬粒子和0.5至1.0质量％的石墨粒子。

本发明的第二方面是一种烧结合金压坯，其含有：第一硬粒子，当第一硬粒子具有100质量％时，其含有10至50质量％Mo、3至20质量％Cr、2至15质量％Mn、1质量％或更少的C和包括Fe和不可避免的杂质的余量；第二硬粒子，当第二硬粒子具有100质量％时，其含有60至70质量％Mo、2质量％或更少的Si和包括Fe和不可避免的杂质的余量；石墨粒子；和铁粒子。当将第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子的总质量设定为100质量％时，所述烧结合金压坯含有5至50质量％的第一硬粒子、1至8质量％的第二硬粒子和0.5至1.0质量％的石墨粒子。本发明的第三方面是作为烧结合金压坯的烧结体的烧结合金。

根据本发明，可以在抑制其粘着磨损的同时确保烧结合金的可机械加工性。

附图简述

下面参照附图描述本发明的示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业意义，其中类似数字是指类似元件，且其中：

图1是实施例和对比例中使用的磨损试验的示意性概念图；

图2是实施例和对比例中使用的可机械加工性试验的示意性概念图；

图3A是根据实施例1的试件在磨损试验后的表面的图像；

图3B是根据对比例2的试件在磨损试验后的表面的图像；

图4A显示根据实施例1和对比例2的试件在磨损试验后的表面轮廓；

图4B是显示根据实施例1和对比例2的试件的磨损深度结果的曲线图；

图5A是显示在实施例4至7和对比例1、3中的磨损试验后的轴向磨损量的结果的曲线图；

图5B是显示在实施例4至7和对比例1、3中的可机械加工性试验后的刀具磨损量的结果的曲线图；

图6A是显示在实施例8至10和对比例1、5、6中的磨损试验后的轴向磨损量的结果的曲线图；

图6B是指示在实施例8至10和对比例1、5、6中的可机械加工性试验后的刀具磨损量的结果的曲线图；

图7A是显示在实施例11至13和对比例1、7、8中的磨损试验后的轴向磨损量的结果的曲线图；

图7B是显示在实施例11至13和对比例1、7、8中的可机械加工性试验后的刀具磨损量的结果的曲线图；

图8A是根据实施例1的试件的结构的图像；

图8B是根据对比例7的试件的结构的图像；

图8C是根据对比例8的试件的结构的图像；

图9A是显示在实施例14、15和对比例9、10中的磨损试验后的轴向磨损量的结果的曲线图；

图9B是显示在实施例14、15和对比例9、10中的可机械加工性试验后的刀具磨损量的结果的曲线图。

实施方案详述

下面详细描述本发明的一个实施方案。通过压制含有下文将描述的第一和第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子的混合粉末，形成根据这一实施方案的烧结合金压坯(下文称作压坯)。通过在使石墨粒子中的碳(C)扩散到硬粒子和铁粒子中的同时烧结该压坯，形成耐磨铁基烧结合金(下文称作烧结合金)。下面将描述硬粒子、通过压制含有硬粒子的混合粉末而形成的压坯和通过烧结该压坯而形成的烧结合金。

1.关于第一硬粒子

第一硬粒子作为原材料混入烧结合金中，是硬度高于该烧结合金的铁粒子和铁基基质的粒子，并且是用于通过在确保烧结合金的韧度的同时提高基质的强度而抑制烧结合金的磨料磨损的粒子。

第一硬粒子是包括Fe-Mo-Cr-Mn基合金的粒子。更具体地，第一硬粒子含有10至50质量％Mo、3至20质量％Cr、2至15质量％Mn、1质量％或更少的C且余量由Fe和不可避免的杂质构成。

制备含有以上述比率掺合的上述组成的熔融金属，并在雾化法中雾化这种熔融金属。由此可以制造第一硬粒子。作为另一方法，可以机械研磨通过固化该熔融金属而形成的固化体。可采用气体雾化法和液体雾化法的任一种作为该雾化法。但是，考虑到可烧结性等，用于获得圆形粒子的气体雾化法是优选的。

在此，可以根据使用该硬粒子的元件的各性质的重要程度、考虑下述限制该组成的原因以及在该界限内的硬度、固体润滑性、粘合性、成本等适当改变上述硬粒子的组成的上限值和下限值。

1-1.Mo:10至50质量％

在第一硬粒子的组成中，Mo可以在烧结过程中与石墨粒子中的C产生Mo碳化物并改进第一硬粒子的硬度和耐磨性。此外，在固溶体中的Mo和Mo碳化物在高温使用环境下氧化以产生Mo氧化物膜。由此，Mo能使该烧结合金具有有利的固体润滑性。

在Mo含量小于10质量％的情况下，只产生少量Mo碳化物。此外，第一硬粒子的氧化起始温度提高，这抑制在高温使用环境下的Mo氧化物的生成。因此，制成的烧结合金具有不足的固体润滑性和降低的抗磨料磨损性。

另一方面，在Mo含量超过50质量％的情况下，难以通过雾化法制造硬粒子。此外，可能降低硬粒子与铁基基质之间的粘合。因此，Mo的更优选含量为25至35质量％。

1-2.Cr:3至20质量％

在第一硬粒子的组成中，Cr可产生Cr碳化物，改进第一硬粒子的硬度和耐磨性并改进硬粒子与基质之间的粘合。此外，Cr可抑制第一硬粒子的过度氧化。

在Cr含量小于3质量％的情况下，没有充分改进第一硬粒子与基质之间的粘合。此外，第一硬粒子中的氧化物膜的生成增加，这可能导致第一硬粒子中的氧化物膜的剥离。

另一方面，在Cr含量超过20质量％的情况下，第一硬粒子变得过硬，并提高其对配合件的侵袭性。此外，过度抑制第一硬粒子中的氧化物膜的生成。因此，Cr的更优选含量为5至10质量％。

1-3.Mn:2至15质量％

在第一硬粒子的组成中，Mn在烧结过程中有效地从第一硬粒子扩散到烧结合金的铁基基质中。因此，Mn可以改进第一硬粒子与铁基基质之间的粘合。此外，Mn可增加第一硬粒子的基质和烧结合金的铁基基质各自中的奥氏体结构。

在Mn含量小于2质量％的情况下，小量Mn扩散到铁基基质中，因此硬粒子与铁基基质之间的粘合降低。此外，所得烧结合金的机械强度降低。另一方面，在Mn含量超过15质量％的情况下，Mn的上述效应饱和。因此，Mn的优选含量为2至10质量％，Mn的更优选含量为4至8质量％。

1-4.C:1质量％或更少

在第一硬粒子的组成中，C可以与Mo结合以产生Mo碳化物并改进第一硬粒子的硬度和耐磨性。在这一实施方案中，将C含量限于1质量％或更少。由此，C可改进压坯的压制性质并提高烧结合金的密度。在C含量超过1质量％的情况下，压制性质降低，这降低烧结合金的密度。

1-5.第一硬粒子的粒径

可以根据烧结合金的用途、类型等适当地选择第一硬粒子的粒径。但是，第一硬粒子的粒径优选在44至250微米的范围内，更优选在44至105微米的范围内。

在第一硬粒子含有粒径小于44微米的硬粒子的情况下，该粒径太小。因此，该耐磨铁基烧结合金的耐磨性可能降低。另一方面，在第一硬粒子含有粒径超过105微米的硬粒子的情况下，该粒径过大。因此，该耐磨铁基烧结合金的可机械加工性可能降低。

2.关于第二硬粒子

类似于第一硬粒子，第二硬粒子作为原材料混入烧结合金中并且是硬度高于该烧结合金的铁粒子和铁基基质的粒子。甚至第二硬粒子的轻微添加量也可显著提高烧结合金的硬度。因此，第二硬粒子是用于抑制烧结合金的铁基基质的塑性变形并由此降低烧结合金的粘着磨损的粒子。

第二硬粒子是包括Fe-Mo基合金的粒子。当第二硬粒子具有100质量％时，第二硬粒子含有60至70质量％Mo、2质量％或更少的Si且余量由Fe和不可避免的杂质构成。

通过将固化体机械研磨成粉末形式来制造第二硬粒子，所述固化体通过固化熔融金属形成。或者，类似于第一硬粒子，可通过气体雾化法、液体雾化法等制造第二硬粒子。

2-1.Mo:60至70质量％

在第二硬粒子的组成中，Mo可以在烧结过程中与石墨粒子中的C产生Mo碳化物并改进第二硬粒子的硬度和耐磨性。此外，在固溶体中的Mo和Mo碳化物在高温使用环境下氧化以产生Mo氧化物膜。由此，Mo能使该烧结合金具有有利的固体润滑性。特别地，第二硬粒子具有比第一硬粒子高的Mo含量。因此，通过使Mo碳化物在烧结过程中沉淀在铁基基质的晶粒边界上，可以抑制铁基基质在使用过程中的塑性变形并可抑制其粘着磨损。

在Mo含量小于60质量％的情况下，难以通过如上所述的Mo碳化物抑制铁基基质的塑性变形，且铁基基质的抗粘着磨损性降低。另一方面，在Mo含量超过70质量％的情况下，难以通过研磨法制造第二硬粒子，这降低第二硬粒子的收率。

2-2.Si:2质量％或更少

在第二硬粒子的组成中含有Si的情况下，有利于通过研磨法制造第二硬粒子。在Si含量超过2质量％的情况下，第二硬粒子硬化。因此，压坯的压制性质降低，这降低烧结合金的密度。此外，烧结合金的可机械加工性降低。

2-3.第二硬粒子的粒径

可以根据烧结合金的用途、类型等适当地选择第二硬粒子的粒径。但是，第二硬粒子的粒径(最大粒径)优选在75微米和更小的范围内。由此，第二硬粒子可以进一步均匀分散到基质中，这可以提高烧结合金的硬度。在第二硬粒子含有粒径超过75微米的硬粒子的情况下，该粒径过大。因此，该烧结合金的可机械加工性可能降低。从制造角度看，第二硬粒子的粒径优选为1微米或更大。

3.关于石墨粒子

石墨粒子可以是天然石墨或人造石墨的石墨粒子或可以是天然石墨和人造石墨的混合石墨粒子，只要该石墨粒子中的C可在烧结过程中作为固溶体扩散到铁基基质和硬粒子中。石墨粒子的粒径优选在1至45微米的范围内。作为含有优选石墨粒子的粉末，可以使用石墨粉末(CPB-S:Nippon Graphite Industries,Co.,Ltd.制造)等。

4.关于铁粒子

充当烧结合金的基质的铁粒子包括具有Fe作为主要组分的铁粒子。纯铁粉优选作为含有铁粒子的粉末。但是，可以使用低合金钢粉，只要在压制过程中的压制性质不降低并且不抑制上述第一硬粒子中的Mn原子等的扩散。可以采用Fe-C基粉末作为低合金钢粉。例如，当低合金钢粉的量具有100质量％时，可以采用在组成中含有0.2至5质量％的C且余量由不可避免的杂质和Fe构成的低合金钢粉。此外，这种组成的粉末可以是气体雾化粉末、液体雾化粉末或还原粉末。铁粒子的粒径优选在150微米和更小的范围内。

5.关于混合粉末的混合比

制造混合粉末以包括第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子。当将第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子的总质量设定为100质量％时，该混合粉末含有5至50质量％的第一硬粒子、1至8质量％的第二硬粒子和0.5至1.0质量％的石墨粒子。

该混合粉末可包括第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子，并且在防止所得烧结合金的机械强度和耐磨性降低的前提下可含有若干质量％的另一粒子。在这种情况下，当第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子的总质量为该混合粉末的95质量％或更大时，可以充分期望该烧结合金的作用。例如，该混合粉末可含有选自硫化物(例如MnS)、氧化物(例如CaCO₃)、氟化物(例如CaF)、氮化物(例如BN)和氧硫化物的至少一种类型的改进可机械加工性的粒子。

由于第一硬粒子占第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子的总质量的5至50质量％，烧结合金的机械强度和抗磨料磨损性都可改进。

从下文描述的本发明人进行的实验显而易见，在第一硬粒子仅占这种组合物的总质量的小于5质量％的情况下，不能充分发挥第一硬粒子的抗磨料磨损作用。

另一方面，在第一硬粒子占这种组合物的总质量的大于50质量％的情况下，第一硬粒子的量过大。因此，即使在尝试压制该混合粉末时，也不容易制造压坯。此外，第一硬粒子之间的相互接触增加且铁粒子的烧结部分减少。因此，烧结合金的密度降低，这降低其耐磨性。此外，由于第一硬粒子在烧结合金中的比率提高，烧结合金的可机械加工性降低。

由于第二硬粒子占第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子的总质量的1至8质量％，如上所述，可以抑制铁基基质在使用过程中的塑性变形，并可以降低烧结合金的粘着磨损。

从下文描述的本发明人进行的实验显而易见，在第二硬粒子仅占这种组合物的总质量的小于1质量％的情况下，烧结合金的铁基基质更有可能塑性变形，并且这一部分更有可能鼓起的(plucked)。因此，发生烧结合金的粘着磨损。另一方面，从下文描述的本发明人进行的实验显而易见，在第二硬粒子占这种组合物的总质量的大于8质量％的情况下，第二硬粒子在烧结合金中的比率提高。因此，烧结合金的可机械加工性降低。

由于石墨粒子占第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子的总质量的0.5至1.0质量％，石墨粒子中的C可以在烧结后作为固溶体扩散到第一和第二硬粒子中而不熔融第一和第二硬粒子。此外，可以保证铁基基质中的珠光体结构。由此，烧结合金的机械强度和耐磨性都可改进。

在石墨粒子仅占这种组合物的总质量的小于0.5质量％的情况下，铁基基质的铁素体结构倾向于增加，这降低烧结合金中的铁基基质本身的强度。另一方面，在石墨粒子占这种组合物的总质量的大于1.0质量％的情况下，C过度扩散到第一硬粒子和第二硬粒子中，并降低第一硬粒子和第二硬粒子的熔点。因此，第一硬粒子和第二硬粒子由于烧结过程中的加热而熔融，这降低烧结合金的密度。

6.关于耐磨铁基烧结合金的制造方法

将由此获得的混合粉末压制成烧结合金压坯。该烧结合金压坯以与混合粉末相同的比率含有第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子。

在使烧结合金压坯的石墨粒子中的C扩散到第一硬粒子、第二硬粒子和铁粒子中的同时烧结压制的烧结合金压坯。由此制造耐磨铁基烧结合金。此时，增加铁从铁基基质(铁粒子)扩散到第一硬粒子和第二硬粒子中。由于限制第一硬粒子中的C含量并且第二硬粒子不含C，有利于石墨粒子中的C扩散到第一和第二硬粒子中。特别地，由于第二硬粒子含有比第一硬粒子大的Mo量，在第二硬粒子的晶粒边界上产生Mo碳化物。由此，可以进一步有效地提高烧结合金的硬度。

可以采用大约1050至1250℃，特别是1100至1150℃的烧结温度。可以采用在上述烧结温度下30分钟至120分钟，优选45分钟至90分钟的烧结持续时间。烧结气氛可以是非氧化气氛，如惰性气体气氛。可以使用氮气气氛、氩气气氛或真空气氛作为非氧化气氛。

为了确保硬度，通过烧结获得的铁基烧结合金的基质优选含有包括珠光体的结构。包括珠光体的结构可以是珠光体结构、珠光体-奥氏体基混合结构或珠光体-铁素体基混合结构。为了确保耐磨性，硬度低的铁素体的量优选小。

根据上述方法，可以获得含有1.0至31.0质量％Mo、0.01至10质量％Cr、0.1至7.5质量％Mn、0.2质量％或更少的Si、0.5至1.0质量％C且余量由铁和不可避免的杂质构成的烧结合金。

7.耐磨铁基烧结合金的用途

在上述制造方法中获得的烧结合金具有在高温使用环境中比传统烧结合金高的机械强度和耐磨性。例如，该烧结合金可有利地用于在高温使用环境下的使用压缩天然气或液化石油气作为燃料的内燃机的阀系统(例如阀座、阀导管)和用于涡轮增压器的排气泄压阀。

例如，即使内燃机的排气阀的阀座由该烧结合金形成并且如果发生混合了在阀座和阀之间的接触过程中的粘着磨损和在阀相对于阀座滑动时的磨料磨损的磨损，可以与相关现有技术相比显著改进阀座的耐磨性。特别地，在使用压缩天然气或液化石油气作为燃料的使用环境下，较不可能产生Mo氧化物膜。但是，甚至在这种环境下也可以降低粘着磨损。

下面描述实际实施本发明的实施例和对比例。

[实施例1]

通过下列制造方法制造根据实施例1的烧结合金。作为第一硬粒子，制备硬粒子(Sanyo Special Steel Co.,Ltd.制造)。该硬粒子由含有30质量％Mo、5质量％Cr、6质量％Mn且余量由Fe和不可避免的杂质构成的合金(即Fe-30Mo-5Cr-6Mn)通过气体雾化法制成。使用符合JIS Standard Z8801的筛子将第一硬粒子分级到44微米至250微米的范围。要指出，通过这种方法分级的值用作本说明书中的“粒子的粒度(粒径)”。

作为第二硬粒子，制备第二硬粒子(KINSEI MATEC CO.,LTD.制造)。第二硬粒子由含有65质量％Mo、1质量％Si且余量由Fe和不可避免的杂质构成的Fe-65Mo-1Si合金通过研磨法制成。将第二硬粒子分级到75微米和更小的范围内。

接着，制备包括石墨粒子的石墨粉(CPB-S:Nippon Graphite Industries,Co.,Ltd.制造)和包括纯铁粒子的还原铁粉(JIP255M-90:JFE Steel Corporation制造)。使得上述第一硬粒子占20质量％、上述第二硬粒子占3质量％、石墨粒子占0.85质量％且铁粒子占余量(76.15质量％)，并通过V型混合机将这种组成的混合物混合30分钟。由此获得混合粉末。

接着，使用模具通过施加784MPa的压力将所得混合粉末压制成环形试件，由此形成烧结合金压坯(压坯)。该压坯在惰性气氛(氮气气氛)下在1120℃下烧结60分钟。由此形成根据实施例1的烧结合金试件(阀座)。

[实施例2、3]

以与实施例1中相同的方式制造烧结合金试件。如表1中所示，实施例2与实施例1的区别在于第一硬粒子的组成为Fe-30Mo-10Cr-6Mn(增加Cr以占10质量％)。

如表1中所示，实施例3与实施例1的区别在于第一硬粒子的组成为Fe-35Mo-10Cr-6Mn(增加Mo以占35质量％并增加Cr以占10质量％)。

[对比例1]

以与实施例1中相同的方式制造烧结合金试件。如表1中所示，对比例1与实施例1的区别在于使用包括Co-40Mo-6Mn-0.9C合金并相当于JP2004-156101 A中描述的硬粒子的粒子作为第一硬粒子并且不添加第二硬粒子。要指出，石墨粒子的添加量也如表1中所示不同。

[对比例2]

以与实施例1中相同的方式制造烧结合金试件。如表1中所示，对比例2与实施例1的区别在于第一硬粒子的组成为Fe-35Mo-10Cr-6Mn(增加Mo以占35质量％并增加Cr以占10质量％)并且不添加第二硬粒子。

<磨损试验>

使用图1中的试验仪对根据实施例1至3和对比例1、2的烧结合金试件进行磨损试验并评估这些试件的耐磨性。在此试验中，如图1中所示，使用丙烷气燃烧器10作为加热源，并将环形阀座12与阀13的阀面14之间的滑动部分置于丙烷气体燃烧气氛下。阀座12由如上所述制成的烧结合金形成。阀面14由经过氮碳共渗处理的EV 12(SAE标准)形成。将阀座12的温度控制在250℃。弹簧16在阀座12与阀面14的接触过程中对阀座12和阀面14施加25kgf的荷载。使阀座12和阀面14以3250次/分钟的速率互相接触，并进行磨损试验8小时。在实施例1至3和对比例1、2中，测量该磨损试验后阀座12和阀面14的轴向磨损深度的总量作为轴向磨损量。这一结果显示在表1中。

使用显微镜观察根据实施例1和对比例2的试件在该磨损试验后的表面。这一结果显示在图3A和图3B中。图3A是根据实施例1的试件在磨损试验后的表面的图像，且图3B是根据对比例2的试件在磨损试验后的表面的图像。

在200℃的温度(在此试件表面较不可能被氧化)下进一步对根据实施例1和对比例2的试件进行上述磨损试验。然后，测量在该磨损试验后根据实施例1和对比例2的表面轮廓，并由测得的表面轮廓测量磨损深度。这一结果显示在图4A和4B中。图4A显示根据实施例1和对比例2的试件在磨损试验后的表面轮廓，且图4B是显示根据实施例1和对比例2的试件的磨损深度的结果的曲线图。

<可机械加工性试验>

使用图2中所示的试验仪对根据实施例1至3和对比例1、2的烧结合金进行可机械加工性试验以评估其可机械加工性。在此试验中，对于实施例1至3和对比例1、2各制备六个试件20，并且各试件20具有30毫米外径、22毫米内径和9毫米总长度。使用NC车床，通过氮化钛铝涂布的碳化物刀具(carbide cutter)30对以970rpm的旋转频率旋转的各试件20施以具有0.3毫米的切削量、0.08mm/rev的进给速率和320米的切削距离的湿横向切削。此后，使用光学显微镜测量刀具30的后刀面的最大磨损深度作为刀具磨损量。这一结果显示在表1中。

[表1]

(结果1)

如表1中所示，第一硬粒子的添加量和石墨粒子的添加量在实施例1至3中小于对比例1中的。同时，实施例1至3中的轴向磨损量各自小于对比例1中的，且实施例1至3中的刀具磨损量各自小于对比例1中的。此外，对比例2中的轴向磨损量大于实施例1至3中的轴向磨损量。

在对比例1和对比例2中，在被刀具切削的烧结合金的表面上发现粘着磨损。同时，在实施例1至3中，在被刀具切削的烧结合金的表面上几乎没有发现粘着磨损。更具体地，在实施例1中，在图3A中被白线包围的部分上部分存在由粘着磨损造成的轻微鼓起的(plucked)痕迹。同时，在对比例2中，在图3B中被白线包围的整个黑色部分上存在由粘着磨损造成的鼓起的(plucked)痕迹。

在200℃的温度环境下进行的磨损试验中，如图4A中所示，证实在对比例2的试件的表面轮廓上存在鼓起的(plucked)状部分，因此发生粘着磨损。同时，在实施例1的试件的表面轮廓上几乎不存在任何鼓起的(plucked)状部分。

由此前描述的内容认为，在实施例1至3通过添加第二硬粒子降低粘着磨损并且实施例1至3中的轴向磨损量变得小于对比例1、2中的那些。

要指出，在实施例1至3中改变第一硬粒子中的Mo量和Cr量；但是，轴向磨损量和刀具磨损量几乎相同。因此，Mo和Cr的添加对耐磨性和可机械加工性的影响小。因此推测，在第一硬粒子的组成落在本发明的上述范围内时，可以期望这样的效应。

[实施例4至7:第一硬粒子的最佳添加量]

以与实施例1中相同的方式制造烧结合金试件。实施例4至7是用于评估第一硬粒子的最佳添加量的实施例。

如表2中所示，实施例4与实施例1的区别在于添加占整个混合粉末的5质量％的第一硬粒子。实施例5中的烧结合金试件与实施例1中相同。

如表2中所示，实施例6与实施例1的区别在于添加占整个混合粉末的40质量％的第一硬粒子并且第一硬粒子的组成为Fe-25Mo-5Cr-6Mn(减少Mo以占25质量％)。

如表2中所示，实施例7与实施例1的区别在于添加占整个混合粉末的50质量％的第一硬粒子并且第一硬粒子的组成为Fe-30Mo-10Cr-6Mn(增加Cr以占10质量％)。

[对比例3、4:第一硬粒子的最佳添加量的对比例]

以与实施例1中相同的方式制造烧结合金试件。对比例3、4是用于评估第一硬粒子的最佳添加量的对比例。如表2中所示，对比例3、4与实施例1的区别在于添加分别占整个混合粉末的0质量％(即不添加)和60质量％的第一硬粒子。要指出，在对比例4中，无法压制该混合粉末。

类似于实施例1，对实施例4至7和对比例3中的试件进行磨损试验，并测量磨损试验后的轴向磨损量。这一结果显示在表2和图5A中。图5A是显示在实施例4至7和对比例1、3中的磨损试验后的轴向磨损量的结果的曲线图，且上述对比例1的结果也显示在图5A中。

类似于实施例1，对实施例4至7和对比例3中的试件进行可机械加工性试验，并测量可机械加工性试验后的刀具磨损量。这一结果显示在表2和图5B中。图5B是显示在实施例4至7和对比例1、3中的可机械加工性试验后的刀具磨损量的结果的曲线图，且上述对比例1的结果也显示在图5B中。

[表2]

(结果2:第一硬粒子的最佳添加量)

如图5A中所示，实施例4至7中的轴向磨损量小于对比例3中的。轴向磨损量以实施例4至7的顺序降低。此外，在实施例4至7中的试件的表面上几乎没有发现粘着磨损。由此前描述的内容认为，通过添加第一硬粒子改进烧结合金的抗磨料磨损性。同时还认为，在对比例4中，由于过量添加第一硬粒子，压坯的压制性质降低。总之，第一硬粒子的优选添加量为该混合粉末的5至50质量％。

如图5B中所示，在实施例4至7中的刀具磨损量小于对比例1中的，且刀具磨损量以实施例4至7的顺序提高。如图5A中所示，实施例4中的轴向磨损量与对比例1中的基本相同。但是，如图5B中所示，实施例4中的刀具磨损量小于对比例1中的。由此前描述的内容认为，如实施例4至7中通过添加第一硬粒子和第二硬粒子而得的烧结合金可以在确保耐磨性的同时改进可机械加工性。

[实施例8至10:第二硬粒子的最佳添加量]

以与实施例1中相同的方式制造烧结合金试件。实施例8至10是用于评估第二硬粒子的最佳添加量的实施例。

如表3中所示，实施例8与实施例1的区别在于添加占整个混合粉末的1质量％的第二硬粒子。

如表3中所示，实施例9与实施例1的区别在于第一硬粒子的组成为Fe-30Mo-10Cr-6Mn(增加Cr以占10质量％)，且实施例9中的烧结合金试件与实施例2中相同。

如表3中所示，实施例10与实施例1的区别在于添加占整个混合粉末的8质量％的第二硬粒子。实施例10与实施例1的区别还在于第一硬粒子的组成为Fe-25Mo-10Cr-6Mn(减少Mo以占25质量％并增加Cr以占10质量％)。

[对比例5、6:第二硬粒子的最佳添加量的对比例]

以与实施例8中相同的方式制造烧结合金试件。对比例5、6是用于评估第二硬粒子的最佳添加量的对比例。

如表3中所示，对比例5与实施例1的区别在于不添加第二硬粒子(0质量％)。对比例5与实施例1的区别还在于第一硬粒子的组成为Fe-35Mo-10Cr-6Mn(增加Mo以占35质量％并增加Cr以占10质量％)。对比例5中的烧结合金试件与对比例2中相同。

如表3中所示，对比例6与实施例1的区别在于添加占整个混合粉末的10质量％的第二硬粒子。对比例6与实施例1的区别还在于第一硬粒子的组成为Fe-25Mo-5Cr-6Mn(减少Mo以占25质量％)。

类似于实施例1，对实施例8至10和对比例5、6中的试件进行磨损试验，并测量磨损试验后的轴向磨损量。这一结果显示在表3和图6A中。图6A是显示在实施例8至10和对比例1、5、6中的磨损试验后的轴向磨损量的结果的曲线图，且上述对比例1的结果也显示在图6A中。

类似于实施例1，对实施例8至10和对比例5、6中的试件进行可机械加工性试验，并测量可机械加工性试验后的刀具磨损量。这一结果显示在表3和图6B中。图6B是显示在实施例8至10和对比例1、5、6中的可机械加工性试验后的刀具磨损量的结果的曲线图，且上述对比例1的结果也显示在图6B中。

[表3]

(结果3:第二硬粒子的最佳添加量)

如图6A中所示，实施例8至10和对比例6中的轴向磨损量小于对比例1、5。轴向磨损量以实施例8至10和对比例6的顺序轻微降低。同时，如图6B中所示，对比例6中的刀具磨损量大于实施例8至10中的。

由此前描述的内容认为，第二硬粒子抑制烧结合金的铁基基质在使用过程中的塑性变形并通过改进烧结后的烧结合金的硬度而降低烧结合金的粘着磨损。更具体地，第二硬粒子含有比第一硬粒子大的Mo量并且与第一硬粒子相比使铁基基质变硬。因此认为，通过在烧结过程中使Mo碳化物沉淀在铁基基质的晶粒边界上，改进铁基基质在烧结后的硬度。同时认为，当如对比例6中那样过量添加第二硬粒子时，烧结后的烧结合金变得过硬，这降低可机械加工性。根据此前描述的结果，第二硬粒子的最佳添加量为该混合粉末的1至8质量％。

[实施例11至13:石墨粒子的最佳添加量]

以与实施例1中相同的方式制造烧结合金试件。实施例11至13是用于评估石墨粒子的最佳添加量的实施例。

如表4中所示，实施例11与实施例1的区别在于添加占整个混合粉末的0.5质量％的石墨粒子。实施例11与实施例1的区别还在于第一硬粒子的组成为Fe-30Mo-10Cr-6Mn(增加Cr以占10质量％)。

如表4中所示，实施例12与实施例1的区别在于第一硬粒子的组成为Fe-35Mo-10Cr-6Mn(增加Mo以占35质量％并增加Cr以占10质量％)。实施例12中的烧结合金试件与实施例3中的相同。

如表4中所示，实施例13与实施例1的区别在于添加占整个混合粉末的1.0质量％的石墨粒子。实施例13与实施例1的区别还在于第一硬粒子的组成为Fe-25Mo-5Cr-6Mn(减少Mo以占25质量％)。

[对比例7、8:石墨粒子的最佳添加量的对比例]

以与实施例1中相同的方式制造烧结合金试件。对比例7、8是用于评估石墨粒子的最佳添加量的对比例。

如表4中所示，对比例7与实施例1的区别在于添加占整个混合粉末的0.4质量％的石墨粒子。对比例7与实施例1的区别还在于第一硬粒子的组成为Fe-25Mo-5Cr-6Mn(减少Mo以占25质量％)。

如表4中所示，对比例8与实施例1的区别在于添加占整个混合粉末的1.10质量％的石墨粒子。

类似于实施例1，对实施例11至13和对比例7、8中的试件进行磨损试验，并测量磨损试验后的轴向磨损量。这一结果显示在表4和图7A中。图7A是显示在实施例11至13和对比例1、7、8中的磨损试验后的轴向磨损量的结果的曲线图，且上述对比例1的结果也显示在图7A中。

类似于实施例1，对实施例11至13和对比例7、8中的试件进行可机械加工性试验，并测量可机械加工性试验后的刀具磨损量。这一结果显示在表4和图7B中。图7B是显示在实施例11至13和对比例1、7、8中的可机械加工性试验后的刀具磨损量的结果的曲线图，且上述对比例1的结果也显示在图7B中。

使用Nital蚀刻上文制成的根据实施例1的试件和根据对比例7、8的试件并使用显微镜观察该烧结合金的结构。这一结果显示在图8A至图8C中。图8A是根据实施例1的试件的结构的图像，图8B是根据对比例7的试件的结构的图像，且图8C是根据对比例8的试件的结构的图像。

[表4]

(结果4:石墨粒子的最佳添加量)

如图7A中所示，实施例11至13和对比例8中的轴向磨损量小于对比例7中的。同时，如图7B中所示，对比例8中的刀具磨损量大于实施例11至13中的。

如图8A中所示，在实施例1中所示的烧结合金的结构中形成珠光体结构。认为在实施例11至13中的烧结合金的结构中也形成珠光体结构。

但是，如图8B中所示，对比例7中所示的烧结合金的结构主要由铁素体构成。因此其铁基基质的硬度低于其它。认为对比例7中的轴向磨损量由此变得大于实施例11至13和对比例8中的。

同时，如图8C中所示，在对比例8中，由于提高的石墨粒子质量，在烧结合金的结构中C过度扩散到(第一和第二)硬粒子中。相应地，(第一和第二)硬粒子的熔点降低，并且(第一和第二)硬粒子由于烧结过程中的加热而熔融，这降低烧结合金的密度。认为由此降低对比例8中的烧结合金的可机械加工性。根据此前描述的内容，石墨粒子的优选添加量为该混合粉末的0.5至1.0质量％。

[实施例14、15:第二硬粒子的最佳粒径]

以与实施例1中相同的方式制造烧结合金试件。实施例14、15是用于评估第二硬粒子的最佳粒径的实施例。如表5中所示，实施例14、15与实施例1的区别在于将所用的第二硬粒子分级以使其粒径(粒度)分别落在45微米和更小的范围和超过45微米至75微米的范围内。实施例15与实施例1的区别还在于第一硬粒子的组成为Fe-30Mo-10Cr-6Mn(增加Cr以占10质量％)。

[对比例9、10:第二硬粒子的最佳粒径的对比例]

以与实施例1中相同的方式制造烧结合金试件。对比例9、10是用于评估第二硬粒子的最佳粒径的对比例。如表5中所示，对比例9、10与实施例1的区别在于将所用的第二硬粒子分级以使其粒径(粒度)分别落在超过75微米至100微米的范围和超过100微米至150微米的范围内。对比例9与实施例1的区别还在于第一硬粒子的组成为Fe-25Mo-10Cr-6Mn(减少Mo以占25质量％并增加Cr以占10质量％)。对比例10与实施例1的区别还在于第一硬粒子的组成为Fe-35Mo-10Cr-6Mn(增加Mo以占35质量％并增加Cr以占10质量％)。要指出，根据对比例9、10的试件是包括在本发明的范围内并且为了与实施例14、15比较而为方便起见被称作对比例9、10的烧结合金。

类似于实施例1，对实施例14、15和对比例9、10中的试件进行磨损试验以测量磨损试验后的轴向磨损量。这一结果显示在表5和图9A中。图9A是显示在实施例14、15和对比例9、10中的磨损试验后的轴向磨损量的结果的曲线图。

类似于实施例1，对实施例14、15和对比例9、10中的试件进行可机械加工性试验以测量可机械加工性试验后的刀具磨损量。这一结果显示在表5和图9B中。图9B是显示在实施例14、15和对比例9、10中的可机械加工性试验后的刀具磨损量的结果的曲线图。

[表5]

(结果5:第二硬粒子的最佳粒径)

如图9A中所示，实施例14、15和对比例9、10中的轴向磨损量处于相当的水平。同时，如图9B中所示，实施例14、15中的刀具磨损量小于对比例9、10中的那些。这是因为在对比例9、10中第二硬粒子的粒径太大，因此各试件的可机械加工性降低。根据这些结果，第二硬粒子的优选粒径(最大粒径)落在75微米和更小的范围内。

此前已经详细描述了本发明的实施方案。但是，本发明不限于这些实施方案并且可以在不背离权利要求书中描述的本发明的精神的范围内对其作出各种设计变动。

Claims (10)

1.一种制造烧结合金的方法，其包括：

将含有第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子的混合粉末压制成烧结合金压坯；和

在使所述烧结合金压坯的石墨粒子中的碳扩散到第一硬粒子、第二硬粒子和铁粒子中的同时烧结所述烧结合金压坯，其中

当第一硬粒子具有100质量％时，第一硬粒子含有10至50质量％Mo、3至20质量％Cr、2至15质量％Mn、1质量％或更少的C、和包括Fe和不可避免的杂质的余量，

当第二硬粒子具有100质量％时，第二硬粒子含有60至70质量％Mo、2质量％或更少的Si、和包括Fe和不可避免的杂质的余量和

当将第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子的总质量设定为100质量％时，所述混合粉末含有5至50质量％的第一硬粒子、1至8质量％的第二硬粒子、和0.5至1.0质量％的石墨粒子。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中

第二硬粒子的粒径在75微米和更小的范围内。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其中

在1050至1250℃下加热和烧结所述烧结合金压坯。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其中

当第一硬粒子具有100质量％时，第一硬粒子含有25至35质量％Mo、5至10质量％Cr、2至10质量％Mn、和1质量％或更少的C。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其中

第一硬粒子的余量和第二硬粒子的余量是Fe和不可避免的杂质。

6.一种烧结合金压坯，其包含：

第一硬粒子，当第一硬粒子具有100质量％时，其含有10至50质量％Mo、3至20质量％Cr、2至15质量％Mn、1质量％或更少的C、和包括Fe和不可避免的杂质的余量；

第二硬粒子，当第二硬粒子具有100质量％时，其含有60至70质量％Mo、2质量％或更少的Si、和包括Fe和不可避免的杂质的余量；

石墨粒子；和

铁粒子，其中

当将第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和铁粒子的总质量设定为100质量％时，第一硬粒子占5至50质量％，第二硬粒子占1至8质量％，且石墨粒子占0.5至1.0质量％。

7.根据权利要求6所述的烧结合金压坯，其中

第二硬粒子的粒径在75微米和更小的范围内。

8.根据权利要求6所述的烧结合金压坯，其中

当第一硬粒子具有100质量％时，第一硬粒子含有25至35质量％Mo、5至10质量％Cr、2至10质量％Mn、和1质量％或更少的C。

9.根据权利要求6所述的烧结合金压坯，其中

第一硬粒子的余量和第二硬粒子的余量是Fe和不可避免的杂质。

10.一种烧结合金，其是根据权利要求6至9任一项所述的烧结合金压坯的烧结体。