CN118256821A - 一种高强韧性低合金粉末冶金钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高强韧性低合金粉末冶金钢的成分，其质量百分比组成为：0.5～0.8％C、1.2～1.5％Ni、0.4～0.6％Mo、1.8～2.0％Cu、0.25～0.35％Mn、0.15～0.25％V，余量为Fe。本发明的高强韧性低合金粉末冶金钢制备方法如下：根据成分配比称取原料粉末和由微晶石蜡和乙撑双硬脂酸酰胺组成复合润滑剂，首先制备Fe‑Ni‑Mo‑Mn‑V扩散粉和复合润滑剂，然后加入其余的石墨粉、电解纯铜粉和复合润滑剂在V型混料器中混合均匀，制得高强韧性低合金粉末冶金钢粉末，最后通过压制和烧结得到高强韧性低合金粉末冶金钢产品。本制备方法简单易实现，能够以较低的成本实现低合金粉末冶金烧结钢强韧性的提高。

Description

一种高强韧性低合金粉末冶金钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及高强韧性低合金粉末冶金钢满足粉末冶金行业对粉末冶金零部件对高强韧力学性能提升的高端需求。本发明还涉及种高强韧性低合金粉末冶金钢的制备方法，属于粉末冶金制造领域。

背景技术

粉末冶金(Powder Metallurgy,PM)技术是用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经混粉、压制和烧结等过程制造金属材料和复合材料等各类型制品的高效近净成形制备技术。铁基零件是粉末冶金工业最主要的产品，而汽车行业是粉末冶金工业发展的最大动力和最大用户，约70％的粉末冶金产品是用于汽车工业。铁基粉末冶金材料因内部存在孔隙(5～15％)从而降低了其力学性能(尤其是塑韧性能)。随着汽车等行业粉末冶金产品的性能要求不断提高，目前国内外除采用高性能润滑剂、温压等先进成形工艺以提高粉末冶金材料致密度外，通过合金化技术开发出一系列的新型高强韧性能合金钢粉末材料。Fe-Ni-Mo-Cu-C系粉末冶金材料具有较好的综合力学性能，例如，由预合金铁基粉末与铜、碳混和粉制备FLA-08N2M-C2-620SH(ISO 5755:2012(E)的粉末冶金钢具有良好的力学性能，但对于力学性能要求较高的场合其强韧性、耐磨性仍有不足。

合金钢粉末材料性能主要取决于所加入合金化元素及其含量，合金钢粉末原料中合金元素加入方式对性能的影响也非常大。混合粉是将元素粉末或铁合金粉直接混合于铁粉中所制备的一种最常用与最便宜的合金化铁基粉末，虽然压制时仍保持着铁粉(基粉)的压缩性，但在输送与压制时会产生扬尘与偏聚，烧结时受到合金元素与铁相互扩散的限制，因而最终产品的成分和组织不均匀，难以充分发挥合金化元素的作用导致性能提升有限。预合金粉是将合金化元素添加到钢熔体(钢液)中使钢液合金化后生产的合金化铁合金粉末，采用预合金钢粉制造的零件材料成分与组织均匀，但合金化元素的固溶强化作用造成粉末压缩性降低。扩散粉是将粉末混合粉用加热扩散的方法使添加的合金化元素粉末粘结在铁粉颗粒上而制备的铁基合金钢粉末，这种粉末在理论上能兼顾混合粉良好压缩性和预合金粉的组织一致性优势，但除工艺路线变长导致成本增加外，如何解决性能上顾此失彼仍是扩散粉制备需要解决的问题。另外，添加的传统硬脂酸盐润滑剂存在烧结过程中气化裂解造成的污染问题，目前开发的复合润滑剂仍不能解决粉末流动性和润滑剂兼顾的问题，导致常规压制烧结的粉末冶金产品致密度低，降低了其力学性能。

通过微合金化在粉末冶金钢烧结组织中通过弥散强化、沉淀强化与细晶强化是提高粉末冶金钢强韧性的重要技术手段。如公开号CN102343436A(名称为：一种原位烧结弥散颗粒增强温压粉末冶金材料及制备方法)专利文献中，在Fe-Ni-Mo-Cu-C粉末成分中加入1～4wt％Ti，利用TiC颗粒的弥散强化作用提高了低合金粉末冶金钢的强度与耐磨性能，材料硬度可达到74～82HRB，抗弯强度为480～650MPa，耐磨性提高1.2～2.8倍。但直接外加的Ti元素粉末颗粒较大且分布不均匀，烧结过程中Ti难以扩散进入铁基体而在原位生成的粗大Ti(C,N)硬质颗粒，导致烧结低合金钢的弥散强化效果差、塑韧性降低。通过引入合金化元素产生的碳氮化物沉淀强化与细晶强化对于粉末冶金钢中而言将是较理想的强化方法，但粉末冶金钢材料难以像塑性成形技术那样在成形过程中实现对微合金元素强化相及晶粒大小进行细化控制，从而获得良好的沉淀强化与细晶强化效果，并且在铁基粉末中大量添加合金化元素将增加粉末冶金钢的成本。

发明内容

为了克服粉末冶金低合金钢强韧性不足的问题，本发明提出了一种高强韧性低合金粉末冶金钢材料及其制备方法，通过本发明制备方法的可以获得高致密度的粉末冶金产品，同时其沉淀强化与细晶强化以提高了合金的强韧性能。

为了达到本发明的技术效果，本发明采用技术方案是：

一种制造高强韧性低合金粉末冶金钢，包括如下质量百分比元素：0.5～0.8％碳(C)、1.2～1.5％镍(Ni)、0.4～0.6％钼(Mo)、1.8～2.0％铜(Cu)、0.25～0.35％锰(Mn)、0.15～0.25％钒(V)，余量为铁(Fe)。

合金元素V、Mn、Mo、Ni和Fe以Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉形式加入，C和Cu分别以纯度不低于99.95％的石墨粉和电解纯铜粉的形式加入。

石墨粉粒径D50为6.5～10μm、电解纯铜粉粒径D50为10～25μm。

上述高强韧性低合金粉末冶金钢的制备方法，包括如下步骤：

(1)以石墨粉、电解纯铜粉、Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉为原料，根据上述高强韧性低合金粉末冶金钢的成分配比称取所需原料粉；

(2)在高强韧性低合金粉末冶金钢的原料粉末中，称取质量比为0.5～0.7％的复合润滑剂(以高强韧性低合金粉末冶金钢的原料粉末质量和为100％)，复合润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺颗粒部分表面覆盖着微晶石蜡的微粉，其中，微晶石蜡和乙撑双硬脂酸酰胺质量比为1:10～1:5；

(3)将称量好的石墨粉、电解纯铜粉、Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉和复合润滑剂加入到V型混料器中混合均匀，得到高强韧性低合金粉末冶金钢粉末；

(4)将高强韧性低合金粉末冶金钢粉末填入到模具内，在550～650MPa压力下压制成形，获得生坯；

(5)将压制成形的生坯放在烧结炉中在保护气氛中烧结，具体过程为：经5～10℃/min速度升温至500～600℃保温15～30min充分去除润滑剂；在加热至1160～1260℃高温烧结60～90min，在快冷风扇下冷却制得高强韧性低合金粉末冶金钢。烧结炉的保护气体为分解氨。

上述Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉的制备方法，包括如下步骤：以粒径D90为150μm的雾化铁粉、粒径D50为10μm的纯度为99.5％的电解镍粉、粒径D50为1.6～6.5μm的Fe-65Mo中间合金粉、粒径D50为50μm的Fe-55Mn中间合金粉、Fe-50V中间合金粉粒径D50为1.6～6.5μm为原料，按照高强韧性低合金粉末冶金钢成分配比中所述的Ni、Mo、Mn、V和Fe百分含量配比，在混料器内混合均匀后放置在保护气氛炉内在850～880℃保温90～120min，冷却后粉碎后得到Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉。保护气氛炉的保护气体为分解氨。

上述复合润滑剂的制备方法为，包括如下步骤：按照微晶石蜡和乙撑双硬脂酸酰胺质量配比称取原料；将微晶石蜡熔化，并加热到混合温度，得到微晶石蜡熔体；将乙撑双硬脂酸酰胺粉加入到搅拌器中并加热到混合温度；然后将微晶石蜡熔体喷洒到搅拌器内与加热后的乙撑双硬脂酸酰胺粉搅拌混合，直至微晶石蜡熔体在受热软化的乙撑双硬脂酸酰胺粉体颗粒表面形成包裹液膜为止，冷却至室温后粉碎并过筛，得到乙撑双硬脂酸酰胺颗粒部分表面覆盖着微晶石蜡的复合润滑剂。

混合温度高于微晶石蜡熔点10～15℃，在该温度下微晶石蜡熔体有较低的粘度而容易在乙撑双硬脂酸酰胺颗粒表面铺展，同时乙撑双硬脂酸酰胺颗粒表面不会被高温熔体破坏，从而保证了制备的复合润滑剂具有所设计的结构(乙撑双硬脂酸酰胺颗粒的部分表面覆盖着微晶石蜡薄膜)。

复合润滑剂微粉中粒径150μm以上与粒径25μm以下的颗粒含量均不高于其总质量的1％。

所述乙撑双硬脂酸酰胺粉的粒径D95为80～125μm。

本发明提供的复合润滑剂具有以下技术效果：

(1)相比于传统的微合金化元素Ti与Nb，微合金元素V与铁无限互溶形成固溶体(Ti在1289℃时在α-Fe中的固溶度为10at％，而Nb在1210℃时在γ-Fe中的固溶度只有0.9at％)。本发明的高强韧性低合金粉末冶金钢为一种中高碳材料，V元素与Ti和Nb同为强碳化物形成元素，在分解氨气氛的高温烧结过程中部分V元素与活性C、N元素原位反应生成V(C,N)质点而阻碍晶粒的长大，大部分V和C元素固溶到铁基体中在随后的冷却过程中析出细小的碳化物硬质点相产生更为有效的沉淀强化效果，因此，添加V元素产生的晶粒细化和沉淀相析出强化效果，大大提高了低合金粉末冶金钢的强韧性能。本发明中通过加入颗粒细小的钒铁中间合金粉末而引入微合金元素钒可以有效避免氧化，有利于钒元素在钢中的扩散。另外，本发明的高强韧性低合金粉末冶金钢中保留了传统的低氧亲和力Mo、Ni和Cu元素，Mn是对淬透性和固溶强化作用影响显著的廉价钢合金化元素，加入了少量Mn取代部分Ni不仅降低成本而且通过Mn元素的优异烧结硬化能力提升了材料的性能。

(2)合金元素V、Mn、Mo、Ni和Fe以Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉形式加入，这种粉末在保持采用混合粉末制备冶金钢时合金化元素含量设计自由的同时，不同于预合金化粉末中强烈固溶强化元素Mn和Ni等大幅度降低了粉末的压缩性，扩散粉末保持了铁粉的高压缩性，在烧结过程中又容易实现合金元素的扩散均匀化而充分发挥高淬透性元素Mn的作用，兼顾了合金化元素对淬透性的强化与对粉末材料压缩性的减小，大幅度提高了铁基粉末冶金零部件的综合力学、物理性能。

(3)本发明高强韧性低合金粉末冶金钢的制备方法中所使用的润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺颗粒部分表面覆盖着微晶石蜡的微粉复合润滑剂，一方面，解决了没有传统硬脂酸盐润滑剂气化裂解造成的残留物污染问题；另一方面，避免了加入单一的极性亲水性润滑剂(如乙撑双硬脂酸酰胺时因润滑剂分子间粘聚力较大出现团聚而引起的流动性降低问题)，与此同时，非极性的石蜡结构中有序排列的分子链在外力作用下可相互间滑动，保证了混合粉末的润滑性，有利于获得较高生坯的密度，进而提高烧结材料的强度与韧性。

(4)本发明Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉的制备方法中的850～880℃加热温度保证了原料铁粉处于奥氏体状态而有利于元素的扩散，同时考虑到Ni在Fe基体中扩散速率远低于Mo、Mn、V，通过原料粉的尺寸大小配比在保证高固溶强化元素Ni和Mn较少的固溶到铁粉基体中以避免过多降低其压缩性的同时，在高温扩散作用下使合金化的原料粉颗粒均布在铁粉颗粒表面，因而制备的扩散粉具有压缩性和合金元素分布均匀性。另外，通过加入颗粒细小的钒铁中间合金粉末和锰铁中间合金粉末引入合金元素钒和锰可有效避免元素氧化。

(5)本发明的高强韧性低合金粉末冶金钢的制备方法中所采用的原料易于获得，仅通过常规压制、烧结工艺即可满足生产要求，因而实现高效低成本生产制造高强韧性低合金粉末冶金钢产品。

具体实施方式

实施例1

高强韧性低合金粉末冶金钢的质量百分比为：按理论配比，0.5％ C、1.5％ Ni、0.6％Mo、2.0％ Cu、0.25％ Mn、0.15％ V，余量为Fe。复合润滑剂中的微晶石蜡和乙撑双硬脂酸酰胺质量比为1:10。

(1)按上述粉末冶金钢成分及化学计量比，计算称取所需原料粉，其中雾化铁粉粒径D90为150μm、电解镍粉粒径D50为10μm且纯度为99.5％、Fe-65Mo中间合金粉粒径D50为1.6μm、Fe-55Mn中间合金粉粒径D50为50μm、Fe-50V中间合金粉粒径D50为1.6μm、石墨粉粒径D50为6.5μm、电解纯铜粉粒径D50为10μm；按上述复合润滑剂质量配比称取80号微晶石蜡粉和粒径D95为125μm的乙撑双硬脂酸酰胺粉。

(2)将称取的雾化铁粉、电解镍粉、Fe-65Mo中间合金粉、Fe-55Mn中间合金粉、Fe-50V中间合金粉在混料器内混合均匀后放置在分解氨保护气氛炉内在850℃保温120min，冷却后粉碎后得到Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉。

(3)将称取的乙撑双硬脂酸酰胺粉加入到搅拌器中并加热到95℃，然后将称取的微晶石蜡熔化并加热到95℃后，喷洒到搅拌器内与加热后乙撑双硬脂酸酰胺粉搅拌混合，直至微晶石蜡熔体在受热软化的乙撑双硬脂酸酰胺颗粒表面形成包裹液膜为止，冷却至室温后粉碎并过筛，得到乙撑双硬脂酸酰胺颗粒部分表面覆盖着微晶石蜡的复合润滑剂。复合润滑剂微粉中粒径150μm以上与粒径25μm以下的颗粒含量均不高于其总质量的1％。

(4)称取质量比为0.7％复合润滑剂(以高强韧性低合金粉末冶金钢的原料粉末质量和为100％，下同)，将复合润滑剂、Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉和称量的石墨粉、电解纯铜粉加入到V型混料器中混合均匀，得到高强韧性低合金粉末冶金钢粉末；

(5)将高强韧性低合金粉末冶金钢粉末填入到模具内在650MPa压力下压制成形，获得生坯；

(6)将压制成形的生坯放在烧结炉中在分解氨保护气氛中烧结，具体过程为：经5℃/min速度升温至500℃保温30min充分去除润滑剂；在加热至1160℃高温烧结90min，在快冷风扇下冷却制得高强韧性低合金粉末冶金钢。

实施例2

高强韧性低合金粉末冶金钢的质量百分比为：按理论配比，0.6％ C、1.4％ Ni、0.4％Mo、2.0％ Cu、0.25％ Mn、0.2％ V，余量为Fe。复合润滑剂中的微晶石蜡和乙撑双硬脂酸酰胺质量比为15:85。

(1)按上述粉末冶金钢成分及化学计量比，计算称取所需原料粉，其中雾化铁粉粒径D90为150μm、电解镍粉粒径D50为10μm且纯度为99.5％、Fe-65Mo中间合金粉粒径D50为2.6μm、Fe-55Mn中间合金粉粒径D50为50μm、Fe-50V中间合金粉粒径D50为1.6μm、石墨粉粒径D50为10μm、电解纯铜粉粒径D50为18μm；按上述复合润滑剂质量配比称取75号微晶石蜡粉和粒径D95为106μm的乙撑双硬脂酸酰胺粉。

(2)将称取的雾化铁粉、电解镍粉、Fe-65Mo中间合金粉、Fe-55Mn中间合金粉、Fe-50V中间合金粉在混料器内混合均匀后放置在分解氨保护气氛炉内在865℃保温105min，冷却后粉碎后得到Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉。

(3)将称取的乙撑双硬脂酸酰胺粉加入到搅拌器中并加热到90℃，然后将微晶石蜡熔化并加热到90℃后，喷洒到搅拌器内与加热后的乙撑双硬脂酸酰胺粉搅拌混合，直至微晶石蜡熔体在受热软化的乙撑双硬脂酸酰胺颗粒表面形成包裹液膜为止，冷却至室温后粉碎并过筛，得到乙撑双硬脂酸酰胺颗粒部分表面覆盖着微晶石蜡的复合润滑剂。复合润滑剂微粉中粒径150μm以上与粒径25μm以下的颗粒含量均不高于其总质量的1％。

(4)称取质量比为0.6％复合润滑剂，将复合润滑剂、Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉和称量的石墨粉、电解纯铜粉加入到V型混料器中混合均匀，得到高强韧性低合金粉末冶金钢粉末；

(5)将高强韧性低合金粉末冶金钢粉末填入到模具内在600MPa压力下压制成形，获得生坯；

(6)将压制成形的生坯放在烧结炉中在分解氨保护气氛中烧结，具体过程为：经8℃/min速度升温至550℃保温20min充分去除润滑剂；在加热至1200℃高温烧结75min，在快冷风扇下冷却制得高强韧性低合金粉末冶金钢。

实施例3

高强韧性低合金粉末冶金钢的质量百分比为：按理论配比，0.7％ C、1.3％ Ni、0.5％Mo、1.9％ Cu、0.3％ Mn、0.2％ V，余量为Fe。复合润滑剂中的微晶石蜡和乙撑双硬脂酸酰胺质量比为15:85。

(1)按上述粉末冶金钢成分及化学计量比，计算称取所需原料粉，其中雾化铁粉粒径D90为150μm、电解镍粉粒径D50为10μm且纯度为99.5％、Fe-65Mo中间合金粉粒径D50为2.6μm、Fe-55Mn中间合金粉粒径D50为50μm、Fe-50V中间合金粉粒径D50为6.5μm、石墨粉粒径D50为10μm、电解纯铜粉粒径D50为18μm；按上述复合润滑剂质量配比称取75号微晶石蜡粉和粒径D95为96μm的乙撑双硬脂酸酰胺粉。

(2)将称取的雾化铁粉、电解镍粉、Fe-65Mo中间合金粉、Fe-55Mn中间合金粉、Fe-50V中间合金粉在混料器内混合均匀后放置在分解氨保护气氛炉内在870℃保温95min，冷却后粉碎后得到Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉。

(3)将称取的乙撑双硬脂酸酰胺粉加入到搅拌器中并加热到90℃，然后将称取的微晶石蜡熔化并加热到90℃后，喷洒到搅拌器内与加热后的乙撑双硬脂酸酰胺粉搅拌混合，直至微晶石蜡熔体在受热软化的乙撑双硬脂酸酰胺颗粒表面形成包裹液膜为止，冷却至室温后粉碎并过筛，得到乙撑双硬脂酸酰胺颗粒部分表面覆盖着微晶石蜡的复合润滑剂。复合润滑剂微粉中粒径150μm以上与粒径25μm以下的颗粒含量均不高于其总质量的1％。

(4)称取质量比为0.6％复合润滑剂，将复合润滑剂、Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉和称量的石墨粉、电解纯铜粉加入到V型混料器中混合均匀，得到高强韧性低合金粉末冶金钢粉末；

(5)将高强韧性低合金粉末冶金钢粉末填入到模具内在600MPa压力下压制成形，获得生坯；

(6)将压制成形的生坯放在烧结炉中在分解氨保护气氛中烧结，具体过程为：经7℃/min速度升温至550℃保温20min充分去除润滑剂；在加热至1180℃高温烧结80min，在快冷风扇下冷却制得高强韧性低合金粉末冶金钢。

实施例4

高强韧性低合金粉末冶金钢的质量百分比为：按理论配比，0.8％ C、1.2％ Ni、0.4％Mo、1.8％ Cu、0.35％ Mn、0.25％ V，余量为Fe。复合润滑剂中的微晶石蜡和乙撑双硬脂酸酰胺质量比为1:5。

(1)按上述粉末冶金钢成分及化学计量比，计算称取所需原料粉，其中雾化铁粉粒径D90为150μm、电解镍粉粒径D50为10μm且纯度为99.5％、Fe-65Mo中间合金粉粒径D50为6.5μm、Fe-55Mn中间合金粉粒径D50为50μm、Fe-50V中间合金粉粒径D50为6.5μm、石墨粉粒径D50为10μm、电解纯铜粉粒径D50为25μm；按上述复合润滑剂质量配比称取70号微晶石蜡粉和粒径D95为80μm的乙撑双硬脂酸酰胺粉。

(2)将称取的雾化铁粉、电解镍粉、Fe-65Mo中间合金粉、Fe-55Mn中间合金粉、Fe-50V中间合金粉在混料器内混合均匀后放置在分解氨保护气氛炉内在880℃保温90min，冷却后粉碎后得到Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉。

(3)将称取的乙撑双硬脂酸酰胺粉加入到搅拌器中并加热到85℃，然后将微晶石蜡熔化并加热到85℃后，喷洒到搅拌器内与加热后的乙撑双硬脂酸酰胺粉搅拌混合，直至微晶石蜡熔体在受热软化的乙撑双硬脂酸酰胺颗粒表面形成包裹液膜为止，冷却至室温后粉碎并过筛，得到乙撑双硬脂酸酰胺颗粒部分表面覆盖着微晶石蜡的复合润滑剂。复合润滑剂微粉中粒径150μm以上与粒径25μm以下的颗粒含量均不高于其总质量的1％。

(4)称取质量比为0.5％复合润滑剂，将复合润滑剂、Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉和称量的石墨粉、电解纯铜粉加入到V型混料器中混合均匀，得到高强韧性低合金粉末冶金钢粉末；

(5)将高强韧性低合金粉末冶金钢粉末填入到模具内在550MPa压力下压制成形，获得生坯；

(6)将压制成形的生坯放在烧结炉中在分解氨保护气氛中烧结，具体过程为：经10℃/min速度升温至600℃保温15min充分去除润滑剂；在加热至1260℃高温烧结60min，在快冷风扇下冷却制得高强韧性低合金粉末冶金钢。

对照例

铁基粉末冶金的质量百分比为：按理论配比，0.8％ C、1.75％ Ni、0.5％ Mo、2.0％ Cu，余量为Fe。

按上述铁基粉末冶金成分及化学计量比，计算称取所需原料粉，其中：雾化铁粉粒径D90为150μm、电解镍粉粒径D50为10μm且纯度为99.5％、Fe-65Mo中间合金粉粒径D50为2.6μm、电解纯铜粉粒径D50为25μm、石墨粉粒径D50为10μm和商业化的硬脂酸锌润滑剂。在V型混料器中将上述铁基粉末原料和质量百分数为0.7％的硬脂酸锌混合30min(以铁基粉末原料总质量为100％)。将上述制备的粉末填入到模具内在600MPa压力下压制成形，获得生坯。将压制成形的生坯放在烧结炉中在分解氨保护气氛中烧结，具体过程为：经10℃/min速度升温至550℃保温20min充分去除润滑剂；在加热至1200℃高温烧结60min，冷却后制得对照粉末冶金试样。

性能测试

粉末流动性测试根据国家标准GB/T 1482-2010“金属粉末流动性的测定标准漏斗法(霍尔流速计)”进行测试。脱模力测试采用采用SANS-CMT5105型万能实验机记录生坯从模具中取出所施加的力，取脱模过程中施加力最大值作为生坯脱模力。生坯密度和烧结密度采用质量—体积法计算，使用电子天平和游标卡尺分别测出压坯试样的质量和尺寸，然后通过计算得到生坯密度和烧结密度。生坯强度按照GB/T 5160-2002“金属粉末生坯强度的测定矩形压坯横向断裂法”进行测试。抗弯强度按照GB/T 5160-2002“烧结金属材料(不包括硬质合金)横向断裂强度的测定”进行测试。

表1实施例及对照例材料的性能测试结果

表1为采用实施例1～4和对照例铁基粉末与生坯和烧结试样的性能测试结果。可以看出，采用本发明制备的材料在提高粉末流动流速的同时有效降低金属粉末颗粒之间以及粉末颗粒与模壁之间的摩擦力(脱模力)，同时生坯密度、烧结密度和横向断裂强度的显著提升。本发明的粉末冶金钢采用了常用的原料和常规压制烧结制备工艺，实现了高强韧性低合金粉末冶金钢产品的低成本生产制造。

上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高强韧性低合金粉末冶金钢，其特征在于，包括如下质量百分比元素：0.5～0.8％C、1.2～1.5％Ni、0.4～0.6％Mo、1.8～2.0％Cu、0.25～0.35％Mn、0.15～0.25％V，余量Fe。

2.根据权利要求1所述的一种高强韧性低合金粉末冶金钢，其特征在于：合金元素V、Mn、Mo、Ni和Fe以Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉形式加入，C和Cu分别以纯度不低于99.95％的石墨粉和电解纯铜粉的形式加入。

3.根据权利要求2所述的一种高强韧性低合金粉末冶金钢，其特征在于：石墨粉粒径D50为6.5～10μm、电解纯铜粉粒径D50为10～25μm。

4.如权利要求1～3任一项所述的一种高强韧性低合金粉末冶金钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)以石墨粉、电解纯铜粉、Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉为原料，根据所述的高强韧性低合金粉末冶金钢的成分配比称取所需原料粉；

(2)在高强韧性低合金粉末冶金钢的原料粉末中，称取质量比为0.5～0.7％的复合润滑剂，复合润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺颗粒部分表面覆盖着微晶石蜡的微粉，其中，微晶石蜡和乙撑双硬脂酸酰胺质量比为1:10～1:5；

(3)将称量好的石墨粉、电解纯铜粉、Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉和复合润滑剂加入到V型混料器中混合均匀，得到高强韧性低合金粉末冶金钢粉末；

(4)将高强韧性低合金粉末冶金钢粉末填入到模具内，在550～650MPa压力下压制成形，获得生坯；

(5)将压制成形的生坯放在烧结炉中在保护气氛中烧结，具体过程为：经5～10℃/min速度升温至500～600℃保温15～30min充分去除润滑剂；在加热至1160～1260℃高温烧结60～90min，在快冷风扇下冷却制得高强韧性低合金粉末冶金钢。

5.如权利要求4所述的一种高强韧性低合金粉末冶金钢的制备方法，其特征在于：烧结炉中的保护气体为分解氨。

6.如权利要求4所述的一种高强韧性低合金粉末冶金钢的制备方法，其特征在于，所述Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉的制备方法，包括如下步骤：以粒径D90为150μm的雾化铁粉、粒径D50为10μm的纯度为99.5％的电解镍粉、粒径D50为1.6～6.5μm的Fe-65Mo中间合金粉、粒径D50为50μm的Fe-55Mn中间合金粉、Fe-50V中间合金粉粒径D50为1.6～6.5μm为原料，根据高强韧性低合金粉末冶金钢成分中Ni、Mo、Mn、V、Fe百分含量配比，在混料器内混合均匀后放置在保护气氛炉内在850～880℃保温90～120min，冷却后粉碎后得到Fe-Ni-Mo-Mn-V扩散粉。

7.如权利要求6所述的一种高强韧性低合金粉末冶金钢的制备方法，其特征在于：保护气氛炉中的保护气体为分解氨。

8.如权利要求4所述的一种高强韧性低合金粉末冶金钢的制备方法，其特征在于，所述复合润滑剂的制备方法，包括如下步骤：将微晶石蜡熔化，并加热到混合温度，得到微晶石蜡熔体；将乙撑双硬脂酸酰胺粉加热到混合温度；将微晶石蜡熔体与加热后乙撑双硬脂酸酰胺粉搅拌混合，直至微晶石蜡熔体在受热软化的乙撑双硬脂酸酰胺颗粒表面形成包裹液膜为止；冷却至室温后粉碎并过筛，得到乙撑双硬脂酸酰胺颗粒部分表面覆盖着微晶石蜡的复合润滑剂；混合温度高于微晶石蜡熔点10～15℃。

9.如权利要求8所述的一种高强韧性低合金粉末冶金钢的制备方法，其特征在于：复合润滑剂微粉中粒径150μm以上与粒径25μm以下的颗粒含量均不高于其总质量的1％。

10.如权利要求8所述的一种高强韧性低合金粉末冶金钢的制备方法，其特征在于：所述乙撑双硬脂酸酰胺粉的粒径D95为80～125μm。