CN1166802A

CN1166802A - 具有高拉伸强度的含锰材料

Info

Publication number: CN1166802A
Application number: CN95196396.1A
Authority: CN
Inventors: C·林德伯格
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1995-11-21
Publication date: 1997-12-03
Anticipated expiration: 2015-11-21
Also published as: EP0787048B1; EP0787048A1; CA2205869C; MX9703838A; WO1996016759A1; JP3853362B2; DE69514935D1; CN1068384C; BR9510335A; TW272235B; KR100258376B1; US5969276A; CA2205869A1; AU3996995A; DE69514935T2; ES2147618T3; JPH10510007A; SE9404110D0; ATE189418T1

Abstract

本发明涉及一种通过粉末的压块和烧结用粉末冶金生产部件的铁基粉末。该粉末含有0.25-2.0wt％的Mo、1.2-3.5wt％的Mn、0.5-1.75wt％的Si和0.2-1.0wt％的C和不超过2％的杂质，包括小于0.25wt％的Cu。本发明还包括用这种铁粉制备烧结的部件的方法以及烧结的产品。

Description

具有高拉伸强度的含锰材料

本发明涉及一种通过压实和烧结生产部件的铁基粉末。具体地，本发明涉及基本不含镍的粉末组合物，烧结时，得到具有有价值的性能的部件，如高的拉伸强度。这种部件可以用于汽车工业中。本发明还涉及这种粉末的粉末冶金生产的部件以及用粉末冶金生产这样的部件的方法。

在粉末冶金领域中，镍是铁基粉末组合物中较为常见的合金元素。一般认为镍可以改进用最多含有8％镍的铁粉制备的烧结部件的拉伸强度。此外，镍可以促进烧结、增大淬透性能，并且同时对延伸率有好的影响。

目前市场上的粉末，其应用得到了具有类似于用根据本发明的产品得到的性质的产品，是DistaloyAE，其中含有4wt％的镍。

但是对于不含镍的粉末有不断增长的需求，因为镍是昂贵的，在粉末的加工过程中产生粉尘，少量的镍就会产生过敏反应。从环境的观点来看，应该避免使用镍。

因此，本发明的一个目的是提供不含镍的组合物，至少在某些方面，具有与含镍组合物相同的性能。

第二个目的是提供低成本的、环境上可以接受的材料。

第三个目的是提供烧结的产品，在低温和和高温烧结后，所说的烧结的产品具有优于用DistaloyAE得到的拉伸强度值。

根据本发明，除了铁以外，含有0.25-2.0wt％的Mo、1.2-3.5wt％的Mn和0.5-1.75wt％的Si、0.2～1.0wt％的碳和2wt％的杂质的金属粉末表现出非常有趣的性能。因此，在根据本发明的金属粉末压实，然后在高温下烧结时，可以得到最大为1200MPa的拉伸强度。

优选的根据本发明的铁基粉末含有0.5-2wt％的Mo、1.2-3.wt％的Mn和0.5-1.5wt％的Si、0.3-0.9wt％的C和少于2wt％的杂质，其中包括少于0.25％的Cu。除了Cu以外，所说的杂质可以由Cr、Ni、Al、P、S、O、N、Be、B等组成。其含量分别小于0.5wt％。

Mo可以用作金属粉末，与铁部分预合金化或与铁预合金化。在把Mo加入的铁粉中时，压制的材料的淬透性能增大，推荐的是Mo的含量至少为0.25wt％。但是，随着Mo含量的增加，会导致压缩性降低，因此密度降低，Mo的量优选的是应该小于2.0wt％。此外，太高含量的Mo特别是与高含量的C组合时，使烧结的材料变硬变脆，材料的强度会降低。

Mo优选的是以预合金的基体粉末的形式加入，使在烧结的材料中得到由贝氏体和马氏体组成的更均匀的微观结构。

根据本发明的一个特别优选的实施方案，以Astaloy Mo或Astaloy85 Mo(来自Hgans AB，Sweden的)的形式加入Mo，其中分别含有1.5和0.85wt％的Mo。

Mn和Si可以改进淬透性能。这些元素的合适的加入量分别为1.2和0.5wt％以上。但是，太高含量的Mn和Si，如分别为3.5和1.75wt％以上，会导致压缩性的降低，并会产生氧化问题。在预合金的基体粉末中高含量的Mn和Si具有强的固溶硬化作用，而以元素形式加入的这些元素对氧具有强的亲和性。

然而，如果，这些元素以母合金的形式加入，则会降低它们对氧的亲和性，它们对氧化的敏感性就会降低。因此，根据本发明的一个优选的实施方案，Mn和Si以Fe-Mn-Si母合金的形式加入，所说的母合金的组成为10～30wt％的Si、20～70wt％的Mn、其余为Fe，Mn/Si的重量比在1～3之间。这样的母合金主要由(Fe，Mn)₃Si和(Fe，Mn)₅Si₃组成，在EP97737中提出了这样的母合金。由于在烧结过程中，所说的Fe-Mn-Si母合金形成过渡液相，加速烧结、促进扩散、增加马氏体的量并使气孔变园，所以，所说的母合金可以改进压缩性，烧结材料的微观结构变得更均匀。使用这种母合金，可能避免由硅引起的大的收缩，得到接近于零的尺寸变化。另外，Mn和Si可以以铁-锰和铁-硅的形式加入。

如果通常以石墨粉的形式加入的C的量小于0.2％，所说的拉伸强度将会太低，如果C的量在1.0％以上，烧结部件将会太脆。用根据本发明的组合物制备的部件，其中的C含量较低，表现出良好的延展性、可以接受的拉伸强度，而用较高C含量的组合物制备的制品具有较低的延展性和较大的拉伸强度。石墨添加必须根据烧结的气氛而定。气氛中的氢气越多，由于更大的脱碳作用，需要添加的石墨越多。由于一些碳在烧结过程中不见了，所以，烧结制品的碳含量比所说的铁基粉末的碳含量稍低。因此，烧结制品的碳含量通常在0.15-0.70wt％之间。

至于可能的杂质，可以提到Ni、Cu和Cr。这些元素存在的量可以分别小于0.25wt％，但是优选的是以痕量存在，即最多为组合物的0.1wt％。其它可能的杂质是Al、P、S、O、N、Be、B，在权利要求书中表明它们的量。杂质的总含量应该小于2wt％，但是，优选的是小于1wt％。

在图1、2和3中分别提出了添加不同量的Mo、Mn/Si和C的影响。

除了铁基粉末以外，本发明还涉及用这些新粉末生产部件的方法以及生产的部件。以对于熟悉该技术的人已知的传统的方式进行所说的粉末冶金方法，包括压实、烧结和任选的再加压和烧结和/或骤冷及粉末的回火步骤。可以以冷压和温压进行所说的压实步骤，可以以低温烧结以及高温烧结进行所说的烧结步骤。烧结气氛及烧结时间能赋予在该技术中已知的最终产品的性能。

在这方面，可以提到WO80/01083提出了具有类似于本产品的组合物的合金钢制品。但是，这些已知的产品是通过铸造制备的传统的、铸造的无气孔的产品。为了得到具有明显完整的贝氏体结构，随后进行特定的热处理、等温回火。除了合金元素的范围以外，这些已知的产品在一些方面不同于根据本发明制备的产品，例如，起始材料的种类、工艺过程和微观结构。

出乎意料地发现通过使用新型的铁基混合物可以获得拉伸强度最大为约1200MPa的材料。例如，通过在氢气氛中在约1200～1280℃之间的高温烧结约1小时，可以得到这些显著高的数值。值得注意的是用根据本发明的铁基粉末制得的压制坯体，在经过低温烧结，即在1110～1150℃之间的温度烧结，也可以通过最大为1000MPa的非常高的拉伸强度来区分。还可以观察到以较为适度的密度，如6.8-7.0g/cm³，得到出乎意料的高强度。此外，已经发现在不同的密度下，新的组合物在尺寸变化方面表现出良好的稳定性。

简单来说，根据本发明的烧结产品的高拉伸强度与粉末的低成本以及对环境的适度的影响使本发明特别有利。

在下列实施例中更详细地描述了本发明。

实施例

已经试验了关于Mo、Mn、Si和C的不同的合金组合物。在下列试验中使用了组成为45％Mn、21％的Si、其余为Fe的母合金。把所说的母合金、石墨和在某些试验中还有Mo粉末与ASC100.29、Astaloy85 Mo或AstaloyMo混合。以600MPa压制拉伸试样，然后在氢气与氮气的混合气氛中，在1250℃烧结30～60分钟。在钼含量为0.25-2.0％时得到了最优的强度性质，见图1。钼的添加量小时淬透性能太低，而钼的添加量太高时，密度太低。钼的含量优选的是在0.5-2％之间。除了铁和不同量的Mo以外，试验的粉末还含有2.8％的Mn、1.2％的Si、0.7％的石墨。

较少的母合金添加量导致材料的低淬透性能，从而导致较低的强度。高的合金添加量导致大体积的母合金，降低压缩性，并会导致材料的膨胀增大。由于低密度从而使强度降低。最佳的锰和硅的添加量分别为1～3.5％的Mn和0.5-1.75％的Si，见图2。除了铁和Mn、Si的变化的量以外，试验的粉末还包括0.85％Mo和0.7％的石墨。

分析的碳含量取决于加入的石墨量，还取决于所用的烧结气氛。使用的氢气含量越高，脱碳作用越大。烧结试样的最佳碳含量在0.15-0.7％之间，见图4。在这些试验中，这对应于粉末组合物中的0.3-0.9％的石墨，见图3。试验的铁基粉末含有0.85％的Mo、1.8％的Mn、0.8％的Si和变化量的石墨。

通过提高烧结温度和增大烧结时间增大材料的强度。这主要是由于所混合的合金元素的较好的扩散，这改进了淬透性能，从而改进了材料的强度。对于由铁、0.85％的Mo、1.8％的Mn、0.8％的Si和0.5-0.7％的石墨组成的粉末，这种效果可以在图5中看出。

对于新开发的材料来说，在不同的密度下尺寸的变化是稳定的。在生产具有较高的内在的密度变化量的部件时，这是很有利的。通过使用尺寸稳定的材料保持小的公差变得更容易。图6提出了对于在400、600和800MPa压制的Fe-0.85Mo-1.8Mn-0.8Si-(0.6-0.7C)的尺寸变化量。在1120℃和1250℃进行烧结。尺寸的变化量分别为0.03％和0.12％，密度的变化范围为6.6-7.1g/cm³。

Claims

1、一种用于通过粉末的压制和烧结生产多孔部件的铁基粉末，除了铁以外包括：

0.25-2.0wt％的Mo

1.2-3.5wt％的Mn

0.5-1.75wt％的Si

0.2-1.0wt％的C

和不超过2wt％，优选的是不超过1wt％的杂质，其中包括小于0.25wt％的Cu。

2、一种根据权利要求1的粉末，其特征在于Mo的量为0.5-2.0wt％。

3、一种根据权利要求1或2的粉末，其特征在于Mn的量为1.2-3.0wt％。

4、一种根据权利要求1～3的任一个的粉末，其特征在于Si的量为0.5-1.50wt％。

5、一种根据权利要求1～4的任一个的粉末，其特征在于C的量为0.3-0.9wt％。

6、一种根据权利要求1～5的任一个的粉末，其特征在于Mn和Si以锰铁、硅铁或硅-锰-铁母合金的形式加入。

7、一种根据权利要求6的粉末，其特征在于所说的硅-锰-铁母合金的锰/硅的重量比在1～3之间变化。

8、一种根据上述权利要求的任一个的粉末，其特征在于Mo以Fe和Mo的预合金的形式加入。

9、一种根据上述权利要求的任一个的粉末，其特征在于它包括不可避免的杂质，范围如下：

Cr＜0.25

Cu＜0.25

Ni＜0.25

Al＜0.20

P＜0.05

S＜0.05

O＜0.03

N＜0.02

Be＜0.01

B＜0.02

其它＜0.5。

10、一种粉末冶金生产的多孔部件，其中，除了铁以外，包括：

0.25-2.0wt％的Mo

1.2-3.5wt％的Mn

0.5-1.75wt％的Si

0.15-0.70wt％的C

和不超过2％的杂质，包括小于0.25wt％的Cu。

11、一种粉末冶金生产烧结的多孔部件的方法，其特征在于使用一种铁基粉末，含有

0.25-2.0wt％的Mo

1.2-3.5wt％的Mn

0.5-1.75wt％的Si

0.2-1.0wt％的C

和不超过2％的杂质，包括小于0.25wt％的Cu；把所说的粉末压成要求的形状，在1120℃以上的温度烧结所说的压块。