CN107208204B - 用于容易切削加工的粉末金属组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于铁的粉末组合物，其至少含有基于铁的粉末和少量的切削性添加剂，所述添加剂含有至少一种钛酸盐化合物。本发明还涉及切削性改进添加剂的用途，以及生产用于容易切削加工的基于铁的烧结部件的方法。

Description

用于容易切削加工的粉末金属组合物
本发明的技术领域
本发明涉及用于生产粉末金属部件的粉末金属组合物，其含有新型切削性改进剂，以及涉及生产具有改进的切削性的粉末金属部件的方法。
发明背景
粉末-冶金制造技术的主要优点之一是可以通过压实和烧结来生产具有最终形状或与最终形状十分接近的形状的部件。但是存在其中需要后续切削加工的情况。例如，因为高公差要求或因为最终部件具有不能直接压制但需要在烧结之后切削加工的形状，这种切削加工可以是必要的。更具体而言，几何形状、例如横跨压实方向的孔、凹陷和螺纹需要后续的切削加工。
通过继续开发具有更高强度和更高硬度的新型烧结钢，切削加工在粉末-冶金制造部件方面提出挑战。这当评估粉末-冶金制造是否是制造部件的最佳成本有效方法时通常是限制性因素。
目前，有许多已知的物质被加入基于铁的粉末混合物中以促进部件在烧结之后的切削加工。最常规的粉末添加剂是MnS(硫化锰)，这例如可以参见EP 0 183 666，其中描述了如何通过这种粉末的混合物改进烧结钢的切削性。
美国专利No.4 927 461描述了向基于铁的粉末混合物加入0.01％和0.5重量％的六方BN(氮化硼)以改进在烧结之后的切削性。
美国专利No.5 631 431涉及用于改进基于铁的粉末组合物的切削性的添加剂。根据此专利，添加剂含有氟化钙粒子，其含量是粉末组合物的0.1-0.6重量％。
日本专利申请JP08-095649描述了切削性改进剂。此改进剂含有Al2O3-SiO2-CaO，并具有钙长石或钙铝黄长石晶体结构。钙长石是架状硅酸盐，属于长石类，具有6-6.5的莫氏硬度；钙铝黄长石是寿硅酸盐，具有5-6的莫氏硬度。
美国专利US7,300,490描述了用于生产经压制和烧结的部件的粉末混合物，其由硫化锰粉末(MnS)和磷酸钙粉末或羟基磷灰石粉末组成。
WO 2005/102567公开了六方氮化硼和氟化钙粉末的组合物用作切削加工改进剂。
US5,938,814描述了含硼粉末例如氧化硼、硼酸或硼酸铵与硫组合使用。
EP 1985393A1描述了要用作切削加工添加剂的其它粉末组合物，此组合物含有选自滑石和块滑石的至少一种以及脂肪酸。
JP1-255604描述了滑石用作切削加工改进剂。
申请EP1002883描述了粉状金属共混物用于生产金属部件，尤其是阀座插件。此共混物含有0.5-5％的固体润滑剂以提供低摩擦和滑动磨损，并且改进切削性。在一个实施方案中，云母用作固体润滑剂。这些类型的粉末混合物用于制备抗磨损剂和高温稳定性组分，总是含有高含量的合金元素，通常是大于10重量％，并含有硬相，通常是碳化物。
US4.274.875描述了通过粉末冶金技术生产制品的方法，与EP100288中所述相似，包括将粉状云母在压实和烧结之前按照0.5-2重量％的量加入金属粉末中。具体而言，公开了可以使用任何类型的云母。
另外，日本专利申请JP10317002描述了粉末或烧结的压实体，其具有降低的摩擦系数。此粉末具有化学组成为1-10重量％的硫、3-25重量％的钼和余量的铁。另外，加入固体润滑剂和硬相材料。
WO2010/074627公开了基于铁的粉末组合物含有基于铁的粉末以及少量的切削性改进添加剂，所述添加剂含有至少一种选自层状硅酸盐的硅酸盐。添加剂的具体例子是白云母、膨润土和高岭土。
经压制和烧结的部件的切削加工是十分复杂的，并且受许多参数的影响，例如部件的合金体系的类型，合金元素的量，烧结条件例如温度、气氛和冷却速率，部件的烧结密度，部件的尺寸和形状。显然，切削加工操作的类型和切削加工的速度也是对切削操作的结果具有显著影响的参数。建议加入粉末冶金组合物中的切削加工改进剂的多样性反映了PM切削加工技术的复杂性质。
发明概述
本发明公开了用于改进烧结钢的切削性的新型添加剂，其含有特定的钛酸盐。具体而言，新型添加剂能促进切削加工操作，例如烧结钢的钻孔，特别是含有铁、铜和碳的烧结部件的钻孔，这些部件例如是连接杆、主轴承盖和可变气门正时(VVT)部件。新型切削性改进剂也能促进其它切削加工操作，例如转动、研磨、开槽、铰孔、车螺纹等等。当将新型添加剂加入预先合金化的、扩散合金化的、烧结硬化的钢和不锈钢中时，可以获得在改进切削性方面的优异性能。另外，新型添加剂可以用于要通过多种刀具材料切削加工的部件中，例如高速钢、碳化钨、金属陶瓷、陶瓷和立方氮化硼，并且刀具也可以被涂覆。
发明目的
本发明的一个目的是提供在粉末金属组合物中的新型添加剂，其用于改进切削性。
本发明的另一个目的是提供这些添加剂，其可以用于不同类型的烧结钢的各种切削加工操作中。
本发明的另一个目的是提供新型切削性改进物质，其对于经压制和烧结的部件的机械性能没有影响或此影响可以忽略。
本发明的另一个目的是提供一种粉末冶金组合物，其含有新型切削性改进添加剂，以及提供由此组合物生产压实部件的方法。
本发明的另一个目的是提供具有改进的切削性的烧结部件，特别是含有铁-铜-碳的烧结部件。
现在惊奇地发现，通过在基于铁的粉末组合物中加入含有粉末形式的特定钛酸盐化合物的切削性改进剂，由这种基于铁的粉末组合物制成的烧结部件的切削性得到显著改进。另外，即使在添加量非常低的情况下也能获得对切削性的有利影响，因此由于加入额外物质引起的对于可压实性的不利影响将最小化。也显示所加入的钛酸盐对于机械性能的影响是可接受的。
根据本发明，通过本发明的不同方面实现了至少一个上述目的以及从以下讨论显然可见的其它目的。
附图简述
图1和2显示烧结样品在切削加工之前和之后的切削刀具的切削刀口磨损。
图3显示进行腐蚀实验的烧结样品。
发明详述
根据本发明的第一方面，提供一种基于铁的粉末组合物，其至少含有基于铁的粉末和少量的粉末形式的切削性改进添加剂，所述添加剂含有粉末形式的至少一种合成钛酸盐化合物，所述钛酸盐化合物具有下式：MxO*nTiO2，其中x可以是1或2，n是至少1且低于20的数，优选低于10。M是碱金属例如Li、Na、K，或碱土金属例如Mg、Ca、Ba，或其组合。根据第一方面的一个实施方案，钛酸盐含有至少一种碱金属。
根据第一方面的另一个实施方案，钛酸盐化合物可以选自钛酸锂、钛酸钠、钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸镁钾、钛酸钡或它们的混合物。根据第一方面的另一个实施方案，钛酸盐化合物可以选自钛酸锂、钛酸钠、钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸镁钾或它们的混合物，优选钛酸盐化合物是选自钛酸钾和钛酸镁钾或它们的混合物。
根据本发明的第二方面，提供一种新型切削性改进添加剂，所述添加剂含有粉末形式的至少一种合成钛酸盐化合物，所述钛酸盐化合物具有下式：MxO*nTiO2，其中x可以是1或2，n是至少1且低于20的数，优选低于10。M是碱金属例如Li、Na、K，或碱土金属例如Mg、Ca、Ba，或其组合。
根据第二方面的一个实施方案，钛酸盐含有至少一种碱金属。
根据第二方面的另一个实施方案，钛酸盐化合物可以选自钛酸锂、钛酸钠、钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸镁钾、钛酸钡或它们的混合物。根据第二方面的另一个实施方案，钛酸盐化合物可以选自钛酸锂、钛酸钠、钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸镁钾或它们的混合物，优选钛酸盐化合物是选自钛酸钾和钛酸镁钾或它们的混合物。
根据第三方面，提供在切削性改进添加剂中所含的粉末形式的钛酸盐化合物用于基于铁的粉末组合物的用途。所述钛酸盐是粉末形式的至少一种钛酸盐化合物，其具有下式：MxO*nTiO2，其中x可以是1或2，n是至少1且低于20的数，优选低于10。M是碱金属例如Li、Na、K，或碱土金属例如Mg、Ca、Ba，或其组合。
在第三方面的一个实施方案中，钛酸盐含有至少一种碱金属。
根据第三方面的一个实施方案，钛酸盐化合物可以选自钛酸锂、钛酸钠、钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸镁钾、钛酸钡或它们的混合物。在第三方面的另一个实施方案中，钛酸盐化合物可以选自钛酸锂、钛酸钠、钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸镁钾或它们的混合物，优选钛酸盐化合物是选自钛酸钾和钛酸镁钾或它们的混合物。
根据本发明的第四方面，提供一种制备基于铁的粉末组合物的方法，包括：提供基于铁的粉末；和将基于铁的粉末与粉末形式的切削性改进添加剂和任选的其它材料混合，其中切削性改进添加剂如上文所述。
根据本发明的第五方面，提供一种生产基于铁的烧结部件的方法，所述部件具有改进的切削性，此方法包括：根据上文所述制备基于铁的粉末组合物；将基于铁的粉末组合物在400-1200MPa的压实压力下压实；将经压实的部件在700-1350℃的温度下烧结；和任选地热处理经烧结的部件。
根据本发明的第六方面，提供提供一种烧结部件，其含有上文所述的新型切削性改进剂。在第六方面的一个实施方案中，烧结部件含有铁、铜和碳。在另一个实施方案中，烧结部件是选自连接杆、主轴承盖和可变气门正时(VVT)部件。根据第六方面的另一个实施方案，烧结部件含有一种或多种其它合金元素，例如Ni、Mo、Cr、Si、V、Co、Mn等。
切削性改进添加剂或改进剂含有特定的粉末形式的钛酸盐化合物。粉末形式的钛酸盐具有优选的形状，其与具有相同化学组成的纤维状钛酸盐之间的不同之处在于钛酸盐化合物的粒子的平均纵横比是至多5。纵横比定义为长度尺寸与一个小尺寸之比，通常定义为平均长度与平均直径之比，即用平均长度除以平均直径。纵横比可以通过图像分析用显微镜检测。纤维形式的钛酸盐，即纵横比大于5，是难以与其它基于铁的粉末组合物混合得到均匀混合物的。
钛酸盐化合物是一类合成陶瓷，其化学式为MxO*nTiO2，其中M＝碱金属例如Li、Na、K，或碱土金属例如Mg、Ca、Ba，或其组合，从而x可以是1或2，n是1或更大、并且低于20的数，优选低于10，并且不是必须为整数。可以包含在本发明切削性改进添加剂中或者构成本发明切削性改进添加剂的钛酸盐化合物的例子是钛酸锂、钛酸钠、钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸镁钾和钛酸钡或它们的混合物；优选钛酸盐化合物是选自钛酸钾和钛酸镁钾或它们的混合物。
本发明的切削性改进添加剂可以包含其它公知的切削改进添加剂或与它们混合，例如硫化锰，六方氮化硼，其它含硼物质，氟化钙，云母例如白云母，滑石，顽辉石，膨润土，高岭土等等。
在基于铁的粉末组合物和进而在烧结部件中的切削性改进添加剂的存在量可以是0.05-1.0重量％，优选0.05-0.5重量％，优选0.05-0.4重量％，优选0.05-0.3重量％，更优选0.1-0.3重量％。根据本发明的钛酸盐或切削性改进添加剂在基于铁的粉末组合物中的添加量特别是大于0.1重量％且小于0.5重量％，优选大于0.12重量％且至多为0.4重量％，例如0.15-0.4重量％，最优选大于0.12重量％且至多为0.3重量％，例如0.15-0.3重量％。
更小的量可能不能获得对于切削性的预期作用，更高的量可能对机械性能有不利影响。
根据SS-ISO 13320-1检测，在本发明切削性改进添加剂中包含的钛酸盐的粒径X95可以是低于50μm，优选低于40μm，更优选低于30μm，更优选低于20μm，例如低于15μm或低于10μm。另外或作为另一个选择，平均粒径X50可以是低于25μm，优选低于20μm，更优选低于15μm，更优选低于10μm，例如8μm或低于5μm。但是，粒径是大于0.1μm，优选大于0.5μm，即至少95重量％的粒子可以大于0.5μm。如果粒径低于0.5μm，则此添加剂会难以与其它基于铁的粉末组合物混合得到均匀的粉末混合物。过细的粒径也将不利地影响烧结性能。大于50μm的粒径会不利地影响切削性和机械性能。
因此，在本发明切削性改进添加剂中包含的钛酸盐的优选粒径分布的例子是：
X95低于50μm，X50低于25μm，并且至少95重量％大于0.1μm，或
X95低于30μm，X50低于15μm，并且至少95重量％大于0.1μm，或
X95低于20μm，X50低于10μm，并且至少95重量％大于0.5μm。
基于铁的粉末组合物
本发明的切削性改进添加剂可以用于基本上任何含铁的粉末组合物中。因此，在基于铁的粉末组合物中所含的基于铁的粉末可以是纯铁粉末，例如雾化铁粉末、还原铁粉末等等。也可以使用预先合金化的粉末，例如低合金化钢粉末和不锈钢粉末，其包含合金元素例如Ni、Mo、Cr、Si、V、Co、Mn、Cu；以及特别是合金化钢粉末，其中合金元素扩散结合到基于铁的粉末的表面。基于铁的粉末组合物也可以含有粉末形式的合金元素，即含有一种或多种合金元素的一种或多种粉末作为离散粒子存在于基于铁的粉末组合物中。
切削性改进添加剂以粉末形式存在于组合物中。添加剂粉末粒子可以作为游离粉末粒子与基于铁的粉末组合物混合，或可以通过粘合剂粘接到基于铁的粉末粒子。
本发明的基于铁的粉末组合物也可以包含其它添加剂，例如石墨、粘合剂和润滑剂以及其它常规切削性改进剂。润滑剂的添加量可以是0.05-2重量％，优选0.1-1重量％。石墨的添加量可以是0.05-2重量％，优选0.1-1重量％。
方法
本发明部件的粉末-冶金生产方法可以按照常规方式进行，即按照以下方法进行：基于铁的粉末、例如铁或钢粉末可以与任何所需的合金元素混合，例如镍、铜、钼和任选地碳以及根据本发明的切削性改进添加剂。也可以将合金元素作为预合金化或扩散合金化到基于铁的粉末加入，或者作为混合合金元素、扩散合金化粉末或预合金化粉末之间的组合物加入。这种粉末混合物可以在压实之前与常规润滑剂混合，例如硬脂酸锌或酰胺蜡。在混合物中的细粒子可以用粘合物质粘合至基于铁的粉末，从而尽可能减少分离和改进粉末混合物的流动性。然后，粉末混合物可以在压实用具中压实，得到所谓的生坯，其接近最终几何形状。压实通常在400-1200MPa的压力下进行。在压实之后，压实物可以在700-1350℃的温度下烧结，这获得其最终强度、硬度、伸长率等等。任选地，烧结部件可以进一步热处理以获得所需的微结构。
实施例
下面将通过以下非限定性实施例说明本发明：
切削性改进剂
下表(表1)所示的物质用作本发明切削性改进剂的例子。
表1.所用的切削性改进剂的化学组成
Figure BDA0001367763600000091
*其它氧化物包括SiO2、Al2O3、ZrO2、Fe2O3
**此比率表示为在钛酸盐化学式MxO*nTiO2中的数字”n”
表2显示根据SS-ISO 13320-1对于表1所列物质检测的典型粒径分布。
表2.根据表1的物质的典型粒径分布
X10 X50 X90 X95
尺寸μm 1.6 4.5 22.3 38.0
实施例1
通过混合可从
Figure BDA0001367763600000092
AB,Sweden获得的纯雾化铁粉末ASC100.29、2重量％的可从ACuPowder,USA获得的铜粉末Cu165、0.85重量％的可从Asbury Graphite,USA获得的石墨粉末Gr1651、以及0.75重量％的可从Lonza,USA获得的润滑剂Acrawax C，制得五种基于铁的粉末组合物。混合物No.1用作参比并且不含任何切削性改进物质，而混合物No.2-5含有0.15重量％的根据本发明的切削性改进剂。
将这些混合物压成根据SS-ISO 3325的横向抗裂强度(TRS)样品以达到生坯密度为6.8g/cm3，然后在1120℃下在90％氮气/10％氢气的气氛中烧结30分钟。在冷却到环境温度之后，根据SS-ISO 3325检测样品的横向抗裂强度，并且根据SS-EN ISO 6506检测硬度(HRB)。也检测在压实模具和烧结样品之间的尺寸变化(DC)。
表3.机械实验的结果
混合物No. 切削性改进剂 DC[％] HRB TRS(MPa]
1 - 0.28 76 990
2 0.15％LT 0.27 74 993
3 0.15％PT 0.30 75 986
4 0.15％PMT 0.28 73 972
5 0.15％ST 0.32 75 980
从表3可见，添加含量为0.15重量％的各种本发明切削性改进剂对于烧结性能和机械性能没有明显影响。
另外，通过单轴压制将这些混合物压成环形的生坯样品，高度＝20mm，内直径＝35mm，外直径＝55mm，压到生坯密度为6.9g/cm3，然后在1120℃下在90％氮气/10％氢气的气氛中烧结30分钟。在冷却到环境温度之后，检测样品的切削性。
切削性实验是在湿条件下使用1/8英寸普通(未涂覆的)高速钢钻头钻出深度为18mm的盲孔，即使用冷却剂。评价根据本发明的各种切削性改进剂在钻孔失败之前的总切削距离，例如过量磨损或破裂的切削刀具。表4显示切削性实验的结果。
表4.切削性实验的结果
Figure BDA0001367763600000101
表4清楚地表明与不含改进剂的材料相比，所有测试的本发明切削性改进剂显著改进了烧结材料的切削性。
实施例2
以下实施例显示切削性改进剂钛酸钾的粒径对切削性的影响。制备与实施例1所述相似的基于铁的粉末组合物，不同之处是使用具有不同粒径分布的钛酸钾。制备根据实施例1的烧结样品，并如实施例1所述进行相似的钻孔实验。下表5显示切削参数和结果。
表5.切削性实验的切削参数和结果
Figure BDA0001367763600000111
*此实验在刀具未破裂的情况下停止
对于混合物No.7-9，即使在切削3240mm之后也没有出现切削刀具失效；对于混合物No.10，在954mm的切削距离之后出现切削刀具失效，这与从不含切削性改进剂的混合物No.6得到的结果相比也是巨大的改进。图1显示了钻头在切削加工之前和之后的切削刀口磨损。此图表明本发明的切削性改进剂使得切削刀口的磨损得到惊人的大幅度减少。与当不使用切削性改进剂时仅仅在54mm的切削距离之后就导致刀具破裂的过量切削刀口磨损相比，在3240mm的切削距离之后仅仅能检测到少量磨损。
实施例3
以下实施例显示本发明切削性改进剂与公知试剂在效果方面的比较。在用于对比的基于铁的粉末组合物中，使用以下公知切削性改进剂：在混合物No.12中使用氟化钙粉末，其具有X95的粒径分布＝9μm；和在混合物No.13中使用硫化锰粉末,MnS，其具有X95的粒径分布＝10μm。混合物No.14-16、16a和16b含有与实施例2的混合物No.7所述相同的本发明切削性改进剂。基于铁的粉末组合物和实验样品是根据实施例1所述制备的。切削性实验是根据实施例1所述进行的，不同之处是使用被TiN涂覆的高速钢钻头，钻头直径为1/8英寸，并且在干燥条件下钻孔达到10mm的深度，即不含冷却剂。
下面的表6显示切削性改进添加剂和实验结果。
表6.切削参数和切削性实验的结果
Figure BDA0001367763600000121
*此实验在刀具未破裂的情况下停止
由混合物No.13和16、16a和16b制成的样品的切削性实验是在切削距离为3600mm之后停止，且没有出现刀具失效。结果显示当本发明切削性改进剂的添加量小于0.15重量％时，改进切削性的性能受到限制并且是不一致的。但是，即使添加量低至0.05％，也仍然实现了与不使用切削性改进剂的情况相比的一些改进效果。
在压实之前，根据ISO 4490-2008检测根据以下表6a所示混合物的霍尔流动值(Hall Flow)。根据SS-ISO 3325检测横向抗裂强度(TRS)的样品是按照与实施例1所述相同的方式制备的。根据ISO 3995-1985检测一部分未烧结的生坯TRS样品的生坯强度，并且其余TRS样品进行烧结工艺，然后按照实施例1所述的方式检测横向抗裂强度。也检测在压实模具和烧结样品之间的尺寸变化。
表6a显示霍尔流动实验、对于未烧结样品的生坯强度实验、检测在模具和烧结样品之间的尺寸变化以及检测烧结样品的横向抗裂强度的实验的结果。
表6a.流动值、生坯强度(GS)、尺寸变化(DC)和横向抗裂强度(TRS)
Figure BDA0001367763600000131
从表6a可见，添加含量为0.5％或更多的钛酸盐会显著影响材料的性能，例如粉末混合物的流动值、压实样品的生坯强度、尺寸变化和横向抗裂强度。
实施例4
以下实施例显示当切削烧结硬化的样品含有大于90％马氏体微结构时，本发明切削性改进剂与公知试剂在效果方面的比较。基于铁的粉末组合物是通过混合可从NorthAmerican
Figure BDA0001367763600000132
USA获得的预合金化铁粉末Astaloy MoNi(Fe+1.2％Mo+1.35％Ni+0.4％Mn)、2重量％的可从ACuPowder,USA获得的铜粉末Cu165、0.9重量％的可从AsburyGraphite,USA获得的石墨粉末Gr1651和0.6重量％的可从
Figure BDA0001367763600000141
AB,Sweden获得的润滑剂Introlube E制备的。混合物No.17用作参比并且不含任何切削性改进剂，而混合物No.18含有0.5重量％的公知切削性改进剂硫化锰，MnS，如实施例3所述。混合物No.19含有0.15重量％的本发明切削性改进剂，如实施例3所述。
根据实施例1所述，将这些混合物压成环形的生坯样品。生坯样品然后根据实施例1所述进行烧结，不同之处是为了将样品冷却到环境温度，冷却速率为2℃/秒。在204℃下在空气中调节1小时之后，样品进行切削性实验。
切削性实验是在转动操作中进行的。立方氮化硼(cBN)插件用于在干燥条件下切削样品，即不含冷却剂，直到观察到过量的刀具磨损(大于200μm)。
下面的表7显示切削参数和切削性实验的结果。
表7.切削参数和切削性实验结果
Figure BDA0001367763600000142
*此实验在刀具出现少量凹坑磨损的情况下停止
图2显示在含有切削性改进剂的样品进行切削之后的刀具磨损状态。表格和图表明本发明的切削性改进剂使得刀具的磨损得到惊人的大幅度减少。在4898m的切削距离之后仅仅能检测到少量的凹坑磨损，相比之下当不使切削性改进剂时在754m的切削距离之后观察到刀具破裂，当使用公知的切削性改进剂MnS时在1036m的切削距离之后观察到刀具破裂。因此，这证明了本发明的切削性改进剂能向烧结硬化钢提供显著改进的切削性。
实施例5
以下实施例显示当切削不锈钢样品时，本发明切削性改进剂与公知试剂在效果方面的比较。基于铁的粉末组合物是通过混合可从North American
Figure BDA0001367763600000151
USA获得的304L不锈钢粉末(Fe+18.5％Cr+11％Ni+0.9％Si)和可从Lonza,USA获得的1.0重量％的润滑剂Acrawax C制备的。混合物No.20用作参比并且不含任何切削性改进剂，而混合物No.21含有0.5重量％的公知切削性改进剂硫化锰，MnS，如实施例3所述。混合物No.22含有0.15重量％的本发明切削性改进剂，如实施例3所述。
根据实施例1所述，将这些混合物压成环形的生坯样品，达到生坯密度为6.5g/cm3，然后在1315℃下在100％氢气的气氛中烧结45分钟。在冷却到环境温度之后，样品进行切削性实验。
切削性实验是在转动操作中进行的。经涂覆的碳化钨插件用于在湿条件下切削样品，即含有冷却剂，直到观察到过量的刀具磨损(大于200μm)。
下面的表8显示切削参数和切削性实验的结果。
表8.切削参数和切削性实验结果
Figure BDA0001367763600000152
对于混合物No.22，在切削5087mm之后仅仅得到少量的生坯刀具磨损；而对于混合物No.20和21，在切削相同的距离之后得到过量的刀具磨损。这些结果显示尽管本发明切削性改进剂的添加量较少，本发明的切削性改进剂也能比公知切削性改进剂MnS显著更好地促进切削加工操作。也应当注意的是，含量低至0.15％的本发明切削性改进剂具有优异的改进不锈钢切削性的效果。
实施例6
此实施例显示本发明的切削性改进剂对于烧结样品的腐蚀的影响。根据实施例1所述制备基于铁的粉末组合物。一种组合物不含切削性改进剂，另一种组合物含有0.5重量％的MnS，第三种组合物含有0.15％的具有X95＝9μm的钛酸钾。环形的生坯样品和烧结样品是根据实施例1所述制备的。然后，将烧结样品置于45℃和相对湿度为95％的湿度室中。在实验开始、1天后和4天后目测这些样品。
图3显示对于含有新型切削性改进剂的样品，在4天后几乎不能观察到任何腐蚀；相比之下，含有MnS的的样品显示严重的腐蚀。当与不含任何切削性改进剂的样品相比时，甚至可以得到的结论是:本发明的切削性改进剂具有一定的防腐蚀作用。
实施例7
实施例7显示当作为切削性改进剂的钛酸盐不含任何碱金属时，即由碱土金属钛酸盐组成时，切削性仅仅在有限程度上受到影响。
通过混合可从
Figure BDA0001367763600000161
AB,Sweden获得的纯雾化铁粉末ASC100.29、2重量％的可从ACuPowder,USA获得的铜粉末Cu165、0.85重量％的可从Asbury Graphite,USA获得的石墨粉末Gr1651和0.75重量％的可从Lonza,USA获得的润滑剂Acrawax C，制得四种基于铁的粉末组合物。混合物No.23用作参比并且不含任何切削性改进物质，而混合物No.24-26含有0.15重量％的切削性改进剂。对于物质PT，粒径是X95＝9μm；对于物质BT，粒径是X95＝7um；对于物质CT，粒径是X95＝10um。
通过单轴压制将这些混合物压成环形的生坯样品，高度＝20mm，内直径＝35mm，外直径＝55mm，达到生坯密度为6.9g/cm3，然后在1120℃下在90％氮气/10％氢气的气氛中烧结30分钟。在冷却到环境温度之后，样品进行切削性实验。切削性实验是在湿条件下使用1/8英寸普通(未涂覆的)高速钢钻头钻出深度为18mm的盲孔，即使用冷却剂。评价切削性改进剂在钻孔失败之前的总切削距离，例如过量磨损或破裂的切削刀具。表9显示切削性实验的结果。
表9.切削参数和切削性实验的结果
Figure BDA0001367763600000171
*此实验在刀具未破裂的情况下停止
表9显示混合物No.26达到有限的改进效果；相比之下，本发明样品混合物No.24实现了显著改进的切削性。混合物No.25实现了一些改进。

Claims (16)

1.一种基于铁的粉末组合物，其含有少量的切削性改进添加剂，所述添加剂含有粉末形式的合成钛酸盐化合物，所述钛酸盐化合物是钛酸钾，
其中由X95表示的钛酸盐化合物粒径是低于20μm，并且钛酸盐化合物的含量是0.15重量％。
2.根据权利要求1的基于铁的粉末组合物，其中由X95表示的钛酸盐化合物粒径是低于15μm。
3.根据权利要求2的基于铁的粉末组合物，其中由X95表示的钛酸盐化合物粒径是低于10μm。
4.根据权利要求1或2的基于铁的粉末组合物，其中由X50表示的钛酸盐粒径是低于25μm。
5.根据权利要求4的基于铁的粉末组合物，其中由X50表示的钛酸盐粒径是低于20μm。
6.根据权利要求4的基于铁的粉末组合物，其中由X50表示的钛酸盐粒径是低于15μm。
7.根据权利要求4的基于铁的粉末组合物，其中由X50表示的钛酸盐粒径是低于10μm。
8.根据权利要求4的基于铁的粉末组合物，其中由X50表示的钛酸盐粒径是低于8μm。
9.根据权利要求4的基于铁的粉末组合物，其中由X50表示的钛酸盐粒径是低于5μm。
10.根据权利要求1-3中任一项的基于铁的粉末组合物，其中钛酸盐化合物粒子的纵横比是至多5。
11.在切削性改进添加剂中所含的合成钛酸盐化合物在基于铁的粉末组合物中的用途，其中合成钛酸盐化合物是粉末形式，并且是钛酸钾，其中由X95表示的钛酸盐化合物粒径是低于20μm，并且钛酸盐化合物的含量是0.15重量％。
12.一种制备基于铁的粉末组合物的方法，包括：
-提供基于铁的粉末；和
-将基于铁的粉末与切削性改进添加剂和任选的其它粉末材料混合，其中切削性改进添加剂含有合成钛酸盐化合物，其中合成钛酸盐化合物是粉末形式，并且是钛酸钾，其中由X95表示的钛酸盐化合物粒径是低于20μm，并且钛酸盐化合物的含量是0.15重量％。
13.一种生产基于铁的烧结部件的方法，所述部件具有改进的切削性，此方法包括：
-制备根据权利要求1-10中任一项的基于铁的粉末组合物；
-将基于铁的粉末组合物在400-1200MPa的压实压力下压实；
-将经压实的部件在700-1350℃的温度下烧结；和
-任选地热处理经烧结的部件。
14.一种烧结部件，其包含切削性改进剂，其中切削性改进添加剂含有合成钛酸盐化合物，其中合成钛酸盐化合物是粉末形式，并且是钛酸钾，其中由X95表示的钛酸盐化合物粒径是低于20μm，并且钛酸盐化合物的含量是0.15重量％。
15.根据权利要求14的烧结部件，其中烧结部件还含有铁、铜和碳。
16.根据权利要求14或15的烧结部件，其中所述烧结部件是选自连接杆、主轴承盖和可变气门正时(VVT)部件。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10173290B2 (en) 2014-06-09 2019-01-08 Scoperta, Inc. Crack resistant hardfacing alloys
CN108350528B (zh) 2015-09-04 2020-07-10 思高博塔公司 无铬和低铬耐磨合金
EP3347501B8 (en) 2015-09-08 2021-05-12 Oerlikon Metco (US) Inc. Non-magnetic, strong carbide forming alloys for powder manufacture
CA3003048C (en) 2015-11-10 2023-01-03 Scoperta, Inc. Oxidation controlled twin wire arc spray materials
PL3433393T3 (pl) 2016-03-22 2022-01-24 Oerlikon Metco (Us) Inc. W pełni odczytywalna powłoka natryskiwana termicznie
JP2022505878A (ja) 2018-10-26 2022-01-14 エリコン メテコ（ユーエス）インコーポレイテッド 耐食性かつ耐摩耗性のニッケル系合金

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101516549A (zh) * 2006-07-21 2009-08-26 霍加纳斯公司（Publ） 铁基粉末
JP2010031365A (ja) * 2008-06-25 2010-02-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 焼結材用粉末
CN101925683A (zh) * 2007-12-27 2010-12-22 霍加纳斯股份有限公司 低合金钢粉
JP2014080683A (ja) * 2012-09-27 2014-05-08 Jfe Steel Corp 粉末冶金用鉄基混合粉
CN103898410A (zh) * 2014-04-16 2014-07-02 临沂市金立机械有限公司 一种金属改性汽油机连杆
CN103934453A (zh) * 2014-05-13 2014-07-23 临沂市金立机械有限公司 利用改性金属粉末锻造汽油机连杆毛坯的方法
WO2015008406A1 (ja) * 2013-07-18 2015-01-22 Ｊｆｅスチール株式会社 粉末冶金用混合粉およびその製造方法ならびに鉄基粉末製焼結体の製造方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1598816A (en) 1977-07-20 1981-09-23 Brico Eng Powder metallurgy process and product
SE445715B (sv) 1984-11-30 1986-07-14 Hoeganaes Ab Mangansulfidhaltig jernpulverblandning
JPH0711007B2 (ja) 1988-04-05 1995-02-08 川崎製鉄株式会社 焼結後の被削性と機械的性質に優れる、粉末冶金用鉄基混合粉
JPH01279167A (ja) * 1988-04-30 1989-11-09 Ee M Technol:Kk 複合強化ピストン
US4927461A (en) 1988-11-02 1990-05-22 Quebec Metal Powders, Ltd. Machinable-grade, ferrous powder blend containing boron nitride and method thereof
SE9201678D0 (sv) 1992-05-27 1992-05-27 Hoeganaes Ab Pulverkkomposition foer tillsats i jaernbaserade pulverblandningar
JPH0786860A (ja) * 1993-07-20 1995-03-31 Mimaki Denshi Buhin Kk 水晶振動子
JP2674956B2 (ja) 1994-09-29 1997-11-12 甲府日本電気株式会社 電源装置の出力電圧検出回路
JP3449110B2 (ja) * 1996-04-17 2003-09-22 株式会社神戸製鋼所 粉末冶金用鉄系混合粉末およびこれを用いた焼結体の製法
JP3862392B2 (ja) 1997-02-25 2006-12-27 Ｊｆｅスチール株式会社 粉末冶金用鉄基混合粉
JPH10317002A (ja) 1997-05-20 1998-12-02 Daido Steel Co Ltd 低摩擦係数粉末とその焼結体及び焼結体の製造方法
CA2505930C (en) * 1997-07-15 2008-01-29 Richard A. Schmidt Use of botulinum toxin in the preparation of a pharmaceutical composition for treating urinary retention
US6139598A (en) 1998-11-19 2000-10-31 Eaton Corporation Powdered metal valve seat insert
ATE556032T1 (de) * 1999-03-16 2012-05-15 Otsuka Chemical Co Ltd Blattförmiges kaliumtitanat, verfharen zu dessen herstellung und reibmaterial
JP3102789B1 (ja) * 1999-10-07 2000-10-23 大塚化学株式会社 板状８チタン酸カリウム及びその製造方法
RU2162390C1 (ru) * 1999-12-09 2001-01-27 Общество с ограниченной ответственностью фирма "Спецметаллы" Железный порошок, полученный распылением металлов
JP4144326B2 (ja) * 2002-11-01 2008-09-03 Ｊｆｅスチール株式会社 粉末冶金用鉄基粉末混合物およびその製造方法
SE0401086D0 (sv) 2004-04-26 2004-04-26 Hoeganaes Ab Iron-based powder composition
JP4412133B2 (ja) 2004-09-27 2010-02-10 Ｊｆｅスチール株式会社 粉末冶金用鉄基混合粉
KR101101734B1 (ko) 2006-02-15 2012-01-05 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 철기 혼합 분말 그리고 철기 분말 성형체 및 철기 분말 소결체의 제조 방법
PL2384250T3 (pl) 2008-12-22 2017-08-31 Höganäs Ab (Publ) Kompozycja poprawiająca skrawalność
TWI482865B (zh) * 2009-05-22 2015-05-01 胡格納斯股份有限公司 高強度低合金之燒結鋼
JP5696512B2 (ja) 2010-02-18 2015-04-08 Ｊｆｅスチール株式会社 粉末冶金用混合粉およびその製造方法ならびに切削性に優れた鉄基粉末製焼結体およびその製造方法
JP6142987B2 (ja) * 2013-03-19 2017-06-07 日立化成株式会社 鉄基焼結摺動部材

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101516549A (zh) * 2006-07-21 2009-08-26 霍加纳斯公司（Publ） 铁基粉末
CN101925683A (zh) * 2007-12-27 2010-12-22 霍加纳斯股份有限公司 低合金钢粉
JP2010031365A (ja) * 2008-06-25 2010-02-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 焼結材用粉末
JP2014080683A (ja) * 2012-09-27 2014-05-08 Jfe Steel Corp 粉末冶金用鉄基混合粉
WO2015008406A1 (ja) * 2013-07-18 2015-01-22 Ｊｆｅスチール株式会社 粉末冶金用混合粉およびその製造方法ならびに鉄基粉末製焼結体の製造方法
CN103898410A (zh) * 2014-04-16 2014-07-02 临沂市金立机械有限公司 一种金属改性汽油机连杆
CN103934453A (zh) * 2014-05-13 2014-07-23 临沂市金立机械有限公司 利用改性金属粉末锻造汽油机连杆毛坯的方法

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Publication number Publication date
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