CN1410197A - 扩散型合金钢粉的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种扩散型合金钢粉的制造方法，它以水雾化纯铁粉为基本原料，添加合金元素粉末，经混合及扩散处理等工序，使合金元素粉末扩散粘接到母粉表面上，产生未经充分扩散的扩散层，使用本发明制造方法的扩散型合金钢粉，既具有水雾化纯铁粉的高压缩性，又有合金元素均匀扩散强化烧结零件的特性，本发明制造方法生产成本低，产品钢粉性能优异，可用于生产轿车发动机用的高密度、高强度粉末冶金结构件。

Description

扩散型合金钢粉的制造方法
技术领域：
本发明属粉末冶金领域，具体地说是一种合金钢粉的制造方法。
背景技术：
水雾化扩散型合金钢粉主要用于生产轿车发动机进气阀座、动力转向泵转子、变速箱同步器毂等高密度、高强度、高耐磨、耐蚀性强、形状复杂的粉末冶金结构件，开发研制水雾化扩散型合金钢粉，对于粉末冶金工业和轿车工业的发展都具有重大意义。水雾化扩散型合金钢粉，一般是以水雾化高性能纯铁粉为母粉，机械混入合金元素微粉或微细的预合金(如Ni、Mo、Cu、等)粉末，然后通过特定的扩散处理工艺，将合金元素微粉扩散粘接到母粉表面上，产生未经充分扩散的扩散层，从而使扩散型合金钢粉既具有水雾化纯铁粉的高压缩性，又有合金元素均匀扩散强化烧结零件的特性。现有的扩散型合金钢粉生产工艺一般是将合金元素粉末与铁粉简单混合后进行扩散处理。这种工艺的缺点，一是合金元素无法混合均匀，致使后续扩散工艺无法顺利进行，影响扩散合金化的均匀性和扩散程度的一致性，从而影响最终粉末的压缩性能和烧结零件的尺寸稳定性；二是由于合金元素粉末比重低、粒度细，混合过程中细粉飞扬，工作环境恶劣，也容易造成合金粉末的损失。为了解决上述问题，瑞典赫格纳斯公司选择了不采用纯铁粉为基体，而是采用一种预合金粉作为扩散基体的生产工艺，它将大部分合金元素在冶炼过程中加入并完全合金化，只是将少量合金元素粉末进行扩散处理，这在一定程度上解决了上述问题，但却增加了生产成本；同时，由于该公司这种工艺的合金元素的合金强化效果，造成粉末硬度提高，压缩性能下降，给后续加工过程也带来了不便。
发明内容：
本发明的目的是提供一种以水雾化纯铁粉为扩散基体，加入一定量的合金元素粉末，通过特定的扩散处理，使合金元素在扩散基体粉末表面上形成一层未经充分扩散的均匀、极薄扩散层，从而制备适用于烧结制造轿车用高强度、高耐磨损结构件的扩散型合金钢粉的制造方法。
本发明所述扩散型合金钢粉，应达到如下技术指标：
松装密度：           2.9-3.1g/cm3
流动性               26s/50g
压缩性               7.16g/cm3
近似颗粒范围         20-180μm
其化学成分指标如下：Fe C     Si    Mn    P     S       Ni        Mo         Cu       氢损余  ≤       ≤     ≤      ≤      ≤      0.2-0.6％   0.6-0.9％  1.75-2.25％  ≤0.1％量 0.01％  0.05％  0.15％  0.015％  0.015％
本发明所述扩散型合金钢粉的制造方法是以水雾化铁粉为基体原料，添加合金元素粉末，经混合、扩散处理、破碎、筛分、包装工序完成，其特征在于：(1)所选用的基本原料水雾化铁粉为低碳氧水雾化铁粉；
(2)所添加的合金元素粉末为电解镍粉、电解钼粉、电解铜粉；
(3)在混合工序中添加一定量的聚合物类型的粘合剂；
(4)扩散处理是在推杆式还原炉中，在氨分解气体气氛中进行。
本发明所述扩散型合金钢粉的制造方法中所选用的低碳氧水雾化铁粉的规格指标如下：
化学成分
C       S        Si       Mn      P      氢损     Fe≤0.01％  ≤0.015％  ≤0.05％  ≤0.15％  ≤0.015％  ≤0.10％  余量
物理性能指标：
松装密度         流动性        压缩性       颗粒范围
2.9-3.1g/cm3   ≤26s/50g    ≥7.15g/cm3   20-180μm
本发明所述的扩散型合金钢粉的制造方法中所添加的合金元素粉末电解镍粉、电解钼粉、电解铜粉的添加用量的细度要求如下：
        添加用量                   细度电解镍粉    (0.2-0.6)％(重量％)      ≤45μm电解钼粉    (0.6-0.9)％(重量％)      ≤45μm电解铜粉    (1.75-2.25)％(重量％)    ≤45μm
本发明所述扩散型合金钢粉的制造方法中，所说的在混合工序中添加的聚合物类粘合剂，可以选用市售的酚醛树脂类、聚乙烯醇类、合成橡胶类等多种粘合剂，其中以聚乙烯醇缩乙醛和丁苯橡胶为优选使用的粘合剂。
上述粘合剂的使用量为合金钢粉原料总量的0.05-0.20％(重量％)。
本发明所述的扩散型合金钢粉的制造方法中，所说的扩散处理工序的工艺参数范围如下：
扩散处理温度    800-880℃ 优选范围为830-850℃
扩散处理时间    0.5-2小时 优选范围为1.2-1.8小时
氨分解气流量    25-30Nm3/小时 优选范围为26-28Nm3/小时
氨分解气露点      -55℃
本发明在所述扩散型合金钢粉的制造方法中进行的几项技术改进主要取得以下效果：
1、本发明选用水雾化铁粉作为扩散基体原料，与瑞典赫格纳斯公司采用合金钢粉为原料相比制造成本降低了20％，同时确保了产品的较低的松装密度和较高的压缩性。
2、本发明在混合工序中添加使用了一定量的聚合物类型粘合剂，确保了合金元素粉末与铁粉的均匀混合和在铁粉颗粒表面的均匀粘结，达到了无偏析混料的效果，对扩散处理的均匀一致性和扩散型合金钢粉产品的质量稳定都起到了决定性作用。
3、鉴于扩散处理工艺是本发明所述制造方法的关键技术，本发明人对扩散温度、扩散时间分别研究筛选了最佳工艺参数范围，在此范围内进行扩散处理，可以保证产品质量达到所述指标要求。如扩散温度过低，时间短，合金元素与基体结合不好，扩散温度过高，时间过长，则合金粉末和基体粉末间的扩散层厚度增加，既合金化程度增加，最终造成粉末显微硬度提高，压缩性下降。
具体实施方式：
现以实施例列表说明如下：
(1)原料选择：
    水雾化铁粉化学成分(％)
    C     S     Si     Mn     P   氢损     Fe
实施例1   0.007   0.007   0.03   0.012   0.008     0.11     余量
实施例2   0.007   0.008   0.03   0.013   0.009     0.10     余量
实施例3   0.008   0.007   0.03   0.011   0.008     0.10   余量
    水雾化铁粉物理性能指标
  松装密度   流动性   压缩性   颗粒范围
  实施例1  2.98g/cm3   26.0s/50g  7.15g/cm3  20-180μm
实施例2 2.99g/cm3 26.1s/50g 7.15g/cm3 20-180μm
  实施例3  3.02g/cm3   25.8s/50g  7.17g/cm3  20-180μm
(2)合金元素添加量：
    电解镍粉     电解钼粉    电解铜粉
    实施例1     0.5％     0.8％     2.0％
    实施例2     0.5％     0.8％     2.0％
    实施例3     0.51％     0.8％     2.0％
(3)添加粘合剂：
    添加粘合剂品种     重量％
    实施例1     聚乙烯醇缩乙醛     0.06％
    实施例2     聚乙烯醇缩乙醛     0.08％
    实施例3     丁苯橡胶     0.10％
(4)扩散处理工艺条件
    扩散温度     扩散时间 氨分解气流量
    实施例1     850℃     1.2h  26Nm3/小时
    实施例2     840℃     1.5h  25Nm3/小时
    实施例3     830℃     1.8h  27Nm3/小时
(5)产品扩散型合金钢粉质量
  松装密度     流动性     压缩性 近似颗粒范围
实施例1 2.99g/cm3 26.2s/50g 7.16g/cm3 20-180μm
实施例2 3.04g/cm3 26.4s/50g  7.17g/cm3  20-180μm
  实施例3  3.03g/cm3  26.4s/50g  7.17g/cm3  20-180μm
对比铁粉为母体的现有技术 差 差 差 20-180μm
瑞典赫格纳斯以合金钢粉为母体的distaloyAB粉 3.0g/cm3 26s/50g 7.10g/cm3 20-180μm

Claims (6)

1、一种扩散型合金钢粉的制造方法，它以水雾化铁粉为基本原料，添加合金元素粉末，经混合、扩散处理、破碎、筛分、包装工序完成，其特征在于：
(1)所说的基本原料水雾化铁粉为低碳氧水雾化铁粉；
(2)所说的合金元素粉末为电解镍粉、电解钼粉、电解铜粉；
(3)在所说的混合工序中添加聚合物类粘合剂；
(4)扩散处理是在推杆式还原炉中，在氨分解气体气氛中进行。
2、如权利要求1所述的扩散型合金钢粉的制造方法，其特征在于所述的原料水雾化铁粉的规格指标为：
化学成分：
C          S       Si      Mn      P      氢损     Fe≤0.01％  ≤0.015％  ≤0.05％  ≤0.15％  ≤0.015％  ≤0.10％  余量
物理性能指标：
松装密度        流动性      压缩性         颗粒范围
2.9-3.1g/cm3  ≤26S/50g   ≥7.15g/cm3   20-180μm
3、如权利1要求所述的扩散型合金钢粉的制造方法，其特征在于所说的添加的合金元素粉末的用量和细度为：
              用量            细度
电解镍粉    (0.2-0.6)％      ≤45μm
电解钼粉    (0.6-0.9)％      ≤45μm
电解铜粉    (1.75-2.25)％    ≤45μm
4、如权利要求1所述的扩散型合金钢粉的制造方法，其特征在于所说的在混合工序中添加的聚合物类粘合剂可以选用酚醛树脂类、聚乙烯醇类、合成橡胶类粘合剂，其中以聚乙烯醇缩乙醛和丁苯橡胶为优选使用的粘合剂。
上述粘合剂的使用量为合金钢粉原料总量的0.05-0.20％(重量％)
5、如权利要求1所述的扩散型合金钢粉的制造方法，其特征在于所说的扩散处理工序的工艺参数范围为：
扩散处理温度         800-880℃
扩散处理时间         0.5-2小时
氨分解气流量         25-30Nm3/小时
氨分解气露点         -55℃
6、如权利要求1所述的扩散型合金钢粉的制造方法，其特征在于所说的扩散处理工序的优选工艺参数范围为：
扩散处理温度         830-880℃
扩散处理时间         1.2-1.8小时
 氨分解气流量        26-28Nm3/小时
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