CN110684922A

CN110684922A - 一种粉末冶金烧结硬化钢

Info

Publication number: CN110684922A
Application number: CN201810734774.5A
Authority: CN
Inventors: 李冬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2020-01-14

Abstract

为了改善粉末冶金零件的硬度、耐磨性，设计了一种粉末冶金烧结硬化钢。采用气雾化不锈钢粉末为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、球磨、烧结、烧结硬化工艺成功制备了具有优异力学性能的粉末冶金烧结硬化钢。其中，所研制的粉末冶金烧结硬化钢，随着压制压力增大，合金试样的密度和力学性能提高，到680MPa时达到较高的密度值，然后即使压力继续增大，密度变化并不明显。随着压力提高和孔隙度减少，孔隙形状更加规则，主要断裂方式以延性断裂为主，伴随有部分脆性断裂。所制得的粉末冶金烧结硬化钢，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的粉末冶金烧结硬化钢提供一种新的生产工艺。

Description

一种粉末冶金烧结硬化钢

所属技术领域

本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种粉末冶金烧结硬化钢。

背景技术

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。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，均属于粉末烧结技术，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。

烧结硬化是将粉末冶金材料的烧结和热处理结合成一道工序，从而使材料的生产过程更有效，并提高经济效益。烧结硬化是指在特定的条件下，即在低的应变速率，一定的变形温度和稳定而细小的晶粒度的条件下，某些金属或合金呈现低强度和大伸长率的一种特性。金属塑性大为提高过去认为只能采用铸造成形而不能锻造成形的镍基合金，也可进行烧结硬化模锻成形，因而扩大了可锻金属的种类。金属的变形抗力很小一般烧结硬化模锻的总压力只相当于普通模锻的几分之一到几十分之一，因此，可在吨位小的设备上模锻出较大的制件。加工精度高烧结硬化成形加工可获得尺寸精密、形状复杂、晶粒组织均匀细小的薄壁制件，其力学性能均匀一致，机械加工余量小，甚至不需切削加工即可使用。因此，烧结硬化成形是实现少或无切削加工和精密成形的新途径。

发明内容

本发明的目的是为了改善粉末冶金零件的硬度、耐磨性，设计了一种粉末冶金烧结硬化钢。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

粉末冶金烧结硬化钢的制备原料包括：气雾化不锈钢粉末。

粉末冶金烧结硬化钢的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨介质为无水乙醇。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，压制压力为950MPa。随后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1350℃，保温时间为60min。然后在烧结硬化炉中再次进行烧结。

粉末冶金烧结硬化钢的检测步骤为：采用排水法测定合金试样的密度，用拉力试验机测定试样的抗拉强度。用扫描电子显微镜对试样的表面和拉伸断口进行形貌观察和微区成分分析。粒度分析采用MASTER2000粒度分析仪，表面粗糙度采用TAL1000表面轮廓仪测量，显微组织采用Leica金相显微镜观察，硬度采用DH100型显微维氏硬度计测试。

所述的粉末冶金烧结硬化钢，随着压制压力增大，合金试样的密度和力学性能提高，到680MPa时达到较高的密度值，然后即使压力继续增大，密度变化并不明显。

所述的粉末冶金烧结硬化钢，在980℃采用烧结硬化工艺烧结的试样，随着压力提高和孔隙度减少，孔隙形状更加规则，主要断裂方式以延性断裂为主，伴随有部分脆性断裂。当烧结温度进一步提高到1030℃时试样密度有所提高。

所述的粉末冶金烧结硬化钢，采用烧结硬化工艺在大大缩短生产时间的同时，试样力学性能与普通氢气烧结后进行热处理的试样性能相近，从而在保证试样质量的同时缩短了生产时间，具有显著的经济效益。

本发明的有益效果是：

采用气雾化不锈钢粉末为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、球磨、烧结、烧结硬化工艺成功制备了具有优异力学性能的粉末冶金烧结硬化钢。其中，所研制的粉末冶金烧结硬化钢，合金试样的密度和力学性能提高，到680MPa时达到较高的密度值，孔隙度减少，孔隙形状更加规则，缩短了生产时间，具有显著的经济效益。所制得的粉末冶金烧结硬化钢，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的粉末冶金烧结硬化钢提供一种新的生产工艺。

具体实施方式

实施案例1：

粉末冶金烧结硬化钢的制备原料包括：气雾化不锈钢粉末。粉末冶金烧结硬化钢的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨介质为无水乙醇。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，压制压力为950MPa。随后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1350℃，保温时间为60min。然后在烧结硬化炉中再次进行烧结。粉末冶金烧结硬化钢的检测步骤为：采用排水法测定合金试样的密度，用拉力试验机测定试样的抗拉强度。用扫描电子显微镜对试样的表面和拉伸断口进行形貌观察和微区成分分析。粒度分析采用MASTER2000粒度分析仪，表面粗糙度采用TAL1000表面轮廓仪测量，显微组织采用Leica金相显微镜观察，硬度采用DH100型显微维氏硬度计测试。

实施案例2：

试样的烧结密度均随着压制压力的提高而增大。而在同样的压制压力下，常规烧结试样的密度总是低于烧结硬化试样的密度。一方面较大的压力可以更好的对合金粉末进行压缩，减小生坯的孔隙度，从而提高烧结致密度，另一方面提高压力能增加粉末间的接触表面积和扩大烧结过程中的热传导，在烧结温度下有利于Cu与Ni形成固溶体，从而提高整个压坯的致密度，减小铜产生的膨胀。压制压力为680MPa时烧结密度达到较大值；但压力从680MPa升高到750MPa时密度增幅明显下降。这是由于压坯中的孔隙已较小，靠颗粒位移与破坏拱桥效应迅速提高压坯密度的可能性已很小，压力的提高主要是使粉末产生弹塑性变形，故压坯密度增加较少；而且过大的压力会导致弹性变形的增加，从而导致弹性后效增大。过大的压力还容易使压坯出现裂纹或分层现象，因此680MPa的压制压力是较为合适的。

实施案例3：

烧结温度不同，合金的密度也有所不同，烧结温度高的试样，其密度较大。这是由于较高的烧结温度可以使添加的合金元素如Cu、Mo、Ni在粉末冶金钢中充分扩散，从而得到更加均匀的微观组织。致密化在高温阶段很明显，烧结温度是影响致密化和烧结颈长大的一个主要因素。在1000℃下烧结，Cu出现液相与Ni生成固溶体，产生局部的液相烧结，促使致密化过程的进行，但由于温度不高，生成的固溶体数量有限，不能有效降低合金中由Cu引起的膨胀，从而限制试样得到较高的烧结密度。所以要想增大Cu-Ni固溶体的数量，提高试样密度，就必须采用高温烧结与延长保温时间。如果烧结温度过高，就会出现晶粒长大和孔隙粗化，使烧结零件的性能降低。

实施案例4：

常规烧结结合热处理的试样硬度总体稍高于烧结硬化试样，650MPa下压制的2组合金试样硬度相当，压力为680MPa时合金硬度达到峰值，750MPa下压制的2组试样硬度均有小幅下降。这是由于烧结材料的硬度与材料的烧结密度、相互接触颗粒的颈部比率以及相的组成有关。随着压制压力提高，在提高压坯密度的同时，较好的热传导有利于Cu-Ni固溶体的形成及元素的均匀扩散，且有利于淬透性的提高，因此提高了材料形成马氏体结构的能力，使烧结体硬度增大。在750MPa由于压力过大，塑性变形不均匀，产生较大弹性后效，部分样品密度分布不均，并出现分层等缺陷，而烧结体的硬度取决于其最小密度部分。烧结硬化工艺在硬度相差不多的同时却省去了传统的淬火硬化和除油工艺，节省了大量生产时间，提高了生产效率。

实施案例5：

在550~680MPa压力范围内，随着压制压力增大，烧结硬化试样的抗拉强度逐渐增大，而在压制压力大于680MPa时抗拉强度显著降低。这与烧结体的密度变化一致。孔隙对于材料的力学性能具有较大的影响，对于烧结硬化工艺来说孔隙的存在还降低了制品的导热性，因而在一定程度上影响了加热的奥氏体和冷却的组织转变，从而降低材料的淬透性，阻碍力学性能提高。

实施案例6：

烧结硬化试样的抗拉强度略低于常规烧结+热处理的试样，这是由于通过常规烧结+热处理可以得到更多的马氏体，从而使材料的拉伸性能提高。烧结硬化冷却速度较低，其气氛淬火速度均匀，有利于防止产生应力和淬火裂纹，烧结硬化过程中的回火处理还可有效消除内应力，促进孔隙球化，提高烧结试样的抗拉强度。试样断裂形式均以延性断裂为主，局部区域呈脆性断裂，但600MPa成形的试样微观组织更加不均匀，孔隙不规则且存在大孔。而680MPa成形的试样中的孔隙分布较均匀，并且大部分是圆孔，致密化程度较高。因此获得最佳拉伸强度的压制压力为680MPa。

Claims

1.粉末冶金烧结硬化钢的制备原料包括：气雾化不锈钢粉末。

2.根据权利要求1所述的粉末冶金烧结硬化钢，其特征是粉末冶金烧结硬化钢的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨介质为无水乙醇，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加入成形剂进行制粒，将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，压制压力为950MPa，随后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1350℃，保温时间为60min，然后在烧结硬化炉中再次进行烧结。

3.根据权利要求1所述的粉末冶金烧结硬化钢，其特征是粉末冶金烧结硬化钢的检测步骤为：采用排水法测定合金试样的密度，用拉力试验机测定试样的抗拉强度，用扫描电子显微镜对试样的表面和拉伸断口进行形貌观察和微区成分分析，粒度分析采用MASTER2000粒度分析仪，表面粗糙度采用TAL1000表面轮廓仪测量，显微组织采用Leica金相显微镜观察，硬度采用DH100型显微维氏硬度计测试。

4.根据权利要求1所述的粉末冶金烧结硬化钢，其特征是所述的粉末冶金烧结硬化钢，随着压制压力增大，合金试样的密度和力学性能提高，到680MPa时达到较高的密度值，然后即使压力继续增大，密度变化并不明显，所述的粉末冶金烧结硬化钢，在980℃采用烧结硬化工艺烧结的试样，随着压力提高和孔隙度减少，孔隙形状更加规则，主要断裂方式以延性断裂为主，伴随有部分脆性断裂，当烧结温度进一步提高到1030℃时试样密度有所提高，所述的粉末冶金烧结硬化钢，采用烧结硬化工艺在大大缩短生产时间的同时，试样力学性能与普通氢气烧结后进行热处理的试样性能相近，从而在保证试样质量的同时缩短了生产时间，具有显著的经济效益。