KR100189234B1 - Iron-based powder, component produced therefrom, and method of producing the component - Google Patents

Iron-based powder, component produced therefrom, and method of producing the component Download PDF

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Abstract

An iron-based powder for producing impact-resistant components by powder compacting and sintering contains, in addition to Fe, 0.3-0.7 % by weight of P, 0.3-3.5 % by weight of Mo, and not more than 2 % by weight of other alloying elements. A method of powder-metallurgically producing impact-resistant steel components comprises using an iron-based powder which, in addition to Fe, contains 0.3-0.7 % by weight of P, preferably 0.35-0.65 % by weight of P, 0.3-3.5 % by weight of Mo, preferably 0.5-2.5 % by weight of Mo, and not more than 2 % by weight, preferably not more than 1 % by weight, of other alloying elements; compacting the powder into the desired shape; and sintering the compact.

Description

[발명의 명칭][Name of invention]

압축성형 및 소결에 의해 내충격성 물품을 제조하기 위한 철-기지 분말Iron-based powders for producing impact resistant articles by compression molding and sintering

[발명의 명칭][Name of invention]

본 발명은 분말의 압축성형 및 소결에 의해서 내충격성 물품들을 제조하기 위한 철-기지 분말에 관한 것이다.The present invention relates to iron-based powders for producing impact resistant articles by compression molding and sintering of powders.

또한, 본 발명은 이러한 분말로부터 분말-야금학적으로 제조된 물품, 및 이러한 물품들을 분말-야금학적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention further relates to articles powder-metallurgically manufactured from such powders, and to methods of powder-metallurgically preparing such articles.

완전 조밀한 재료와 비교하여, 소결된 분말-야금학적 재료의 다공성은 재료의 기계적 성질을 손상시킨다. 이것은 응력하에서 유효부피를 감소 시킬 뿐만 아니라 응력집중부로서 작용하는 공극으로 인한 결과이다. 철-기지 분말야금 재료의 강도, 연성, 피로강도 및 거시경도 등은 다공성이 증가함에 따라 감소한다. 그러나, 충격 에너지는 상기 성질에 가장 나쁜 영향을 끼친다.In comparison to a fully dense material, the porosity of the sintered powder-metallurgical material impairs the mechanical properties of the material. This is the result of voids acting as stress concentrations as well as reducing the effective volume under stress. The strength, ductility, fatigue strength and macroscopic hardness of iron-based powder metallurgy materials decrease with increasing porosity. However, impact energy has the worst effect on this property.

철-기지 분말야금 재료들은 손상된 충격 에너지에도 불구하고 어느 정도까지는 높은 충격에너지가 필요한 물품들에 사용된다. 물론, 이것은 물품들을 제조하는 경우에 높은 정밀도를 필요로 하며, 충격에너지에 대한 다공성의 효과는 잘 알려져 있다.Iron-based powder metallurgy materials are used in articles that, to some extent, require high impact energy despite damaged impact energy. Of course, this requires high precision in the manufacture of articles, and the effect of porosity on impact energy is well known.

소결된 강의 충격에너지는 니켈(Ni)과 합금화함으로써 증가되며, 또한 재료의 강도 및 연성을 증가시키며, 재료의 수축을 초래하여 밀도를 증가시킨다. 니켈(Ni) 합금화의 영향은 소결이 1150℃ 이상의 높은 온도에서 수행되는 경우에 특히 두드러지게 나타난다. 물론, 높은 온도는 보다 활동적인 소결을 진행시키며, 이에따라 낮은 소결온도에서 제조되는 것보다 더 둥근 공극이 제조된다. 더욱이, 더 둥근 공극은 충격에너지를 또한 증가시킨다. 또 다른 방법으로는 인(P)을 첨가함으로써 보다 활동적인 소결이 달성될 수 있다. 인(P)은 강도 및 연성을 증가시키며, 1150℃ 이하의 낮은 소결온도에서도 공극을 둥글게 한다.The impact energy of the sintered steel is increased by alloying with nickel (Ni), and also increases the strength and ductility of the material, leading to shrinkage of the material and increasing density. The effect of nickel (Ni) alloying is particularly pronounced when sintering is performed at high temperatures of 1150 ° C. or higher. Of course, higher temperatures lead to more active sintering, thus producing rounder voids than those produced at lower sintering temperatures. Moreover, the rounder voids also increase the impact energy. Alternatively, more active sintering can be achieved by adding phosphorus (P). Phosphorus (P) increases strength and ductility and rounds the pores even at low sintering temperatures of up to 1150 ° C.

요약하면, 소결된 재료의 충격에너지는 공극의 응력 집중효과를 감소 시킴으로써 증가될 수 있다. 이것은 액상소결, 고온소결, 페라이트형 재료의 소결, 이중 압축성형, 및 수축효과를 갖춘 합금원소의 첨가에 의해서 달성될 수 있다.In summary, the impact energy of the sintered material can be increased by reducing the stress concentration effect of the voids. This can be achieved by liquid phase sintering, high temperature sintering, sintering of ferritic materials, double compression molding, and addition of alloying elements with shrinkage effects.

그러나, 많은 경우에 있어서, 충분한 충격에너지는 상기 수단의 결합에 의해서 달성되는데, 상기 수단은 종래의 분말 야금학적 기술로 알려진 합금장치를 사용하는 경우에, 일반적으로 광범위하고 많은 비용이 소요되는 공정이 필요하다.In many cases, however, sufficient impact energy is achieved by the combination of the means, which means that in the case of using an alloying device known in the art of powder metallurgy, a generally extensive and costly process is required. need.

그러므로, 본 발명의 목적은 공정을 단순하게 하고, 분말의 압축성형 및 소결에 의해서 충격에 충분히 견디는 물품들을 제조하기 위한 철-기지 분말을 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to simplify the process and to provide iron-based powders for the production of articles that are sufficiently resistant to impact by compression molding and sintering of the powder.

소결뿐만 아니라 간단한 분말의 압축성형은 약 1150℃ 이하의 온도로 벨트 로(belt furnace)에서 수행될 수 있다.Compression molding of simple powders as well as sintering can be carried out in a belt furnace at temperatures of about 1150 ° C. or less.

이러한 목적은 철(Fe)에 추가하여 몰리브덴(Mo) 및 인(P), 낮은 양으로 유지되는 다른 합금원소들을 포함하는 철-기지 분말에 의해서 달성된다. 이러한 재료는 1150℃ 이하에서 진행된 소결이 높은 온도에서 종래의 분말야금학적 재료를 이용한 소결보다 더 높은 충격에너지를 발생시키는 사실로 특징지워진다. 또한, 재료는 훌륭한 압축성을 가지며, 소결된 재료에 높은 밀도를 제공하도록 상당히 수축될 수 있다. 하나의 동일한 밀도에 대해서, 본 발명에 따른 재료는 종래의 분말야금 재료보다 더 높은 충격에너지를 갖는다.This object is achieved by an iron-based powder comprising molybdenum (Mo) and phosphorus (P) in addition to iron (Fe), other alloying elements maintained in low amounts. Such materials are characterized by the fact that sintering proceeding below 1150 ° C. produces higher impact energy at higher temperatures than sintering with conventional powder metallurgy materials. In addition, the material has good compressibility and can be significantly shrunk to provide high density for the sintered material. For one and the same density, the material according to the invention has higher impact energy than conventional powder metallurgy materials.

재료에 포함된 몰리브덴(Mo)의 양은 0.3-3.5 중량 퍼센트, 바람직하게는 0.5-2.5 중량 퍼센트이어야 하며, 인(P)의 양은 0.3-0.7 중량 퍼센트, 바람직하게는 0.4-0.6 중량 퍼센트이어야 한다. 또한, 다른 합금원소들의 양은 2중량 퍼센트를 넘지 않아야 하며, 바람직하게는 1 중량 퍼센트를 넘지 않아야 하고, 좀더 바람직하게는 0.5중량퍼센트를 넘지 않아야 한다. 또한 탄소(C)는 0.1 중량 퍼센트 이하, 바람직하게는 0.07 중량 퍼센트로 존재할 것이다.The amount of molybdenum (Mo) included in the material should be 0.3-3.5 weight percent, preferably 0.5-2.5 weight percent, and the amount of phosphorus (P) should be 0.3-0.7 weight percent, preferably 0.4-0.6 weight percent. In addition, the amount of other alloying elements should not exceed 2 weight percent, preferably not more than 1 weight percent, and more preferably not more than 0.5 weight percent. Carbon (C) will also be present at 0.1 weight percent or less, preferably 0.07 weight percent.

이 분말은 순수 철(Fe), 또는 고용체인철(Fe) 및 몰리브덴(Mo)의 기지분말을 제조함으로써 생산 될 수 있다. 이 분말은 물을 사용하여 분무화된 분말 또는 스폰지 분말(sponge powder)로서 제조될 수 있다. 적합하게, 상기 기지분말은 환원분위기에서 불순물의 함유량을 낮추도록 어닐링된다. 다음에는, 분말이 인(P), 또는 몰리브덴(Mo) 및 인(P)과 혼합되고, 바람직한 형상으로 압축성형된다. 그후에는, 1150℃ 이하의 바람직한 온도에서 소결이 수행된다.This powder can be produced by making known powders of pure iron (Fe) or solid solution iron (Fe) and molybdenum (Mo). This powder can be prepared as a sprayed powder or sponge powder using water. Suitably, the matrix is annealed to lower the content of impurities in the reducing atmosphere. Next, the powder is mixed with phosphorus (P) or molybdenum (Mo) and phosphorus (P) and compression molded into a desired shape. Thereafter, sintering is performed at a preferred temperature of 1150 ° C or lower.

(실시예)(Example)

1.5 중량 퍼센트의 몰리브덴(Mo)을 포함하는 철-기지 분말이 물을 사용한 분무법에 의해서 준비되었다. 다음에는, 0.5 중량 퍼센트의 인(P)이 첨가되었다. 4-8 ton/㎠ 의 압력에 의한 압축성형으로 시편이 제조되었다. 시편은 1120℃ 온도로 30분동안 소결되었다. 결과로서 얻어진 밀도 및 충격 에너지는 제 1도에서 상부 곡선으로 표시된다. 예를 들면, 180J 의 충격에너지 및 7.46g/㎠ 의 밀도가 8 ton/㎠ 의 압축성형 압력에서 얻어졌다.Iron-based powders comprising 1.5 weight percent molybdenum (Mo) were prepared by spraying with water. Next, 0.5 weight percent phosphorus (P) was added. Specimens were prepared by compression molding with a pressure of 4-8 ton / cm 2. The specimen was sintered at 1120 ° C. for 30 minutes. The resulting density and impact energy is indicated by the upper curve in FIG. For example, an impact energy of 180 J and a density of 7.46 g / cm 2 were obtained at a compression molding pressure of 8 ton / cm 2.

몰리브덴(Mo)이 추가되지 않고 상기한 방식으로 제조된 시편은 제 1도의 낮은 곡선으로 표시되는 낮은 충격에너지를 갖는다.Specimens prepared in this manner without the addition of molybdenum (Mo) have a low impact energy, indicated by the low curve of FIG.

고온소결에 있어서, 재료는 더욱 수축하여 높은 밀도를 초래하고, 결과적으로 높은 충격에너지를 제공한다. 이것은 제 1도에 도시된 상부곡선상의 한점 에이(A)로 설명되는데, 이 지점은 6 ton/㎠의 압축성형 압력, 및 1250℃에서 30분동안 소결에 의해 얻어졌다.In high temperature sintering, the material shrinks further, resulting in high density, resulting in high impact energy. This is illustrated by one point A (A) on the upper curve shown in FIG. 1, which was obtained by compression molding pressure of 6 ton / cm 2, and sintering at 1250 ° C. for 30 minutes.

인(P) 및 몰리브덴(Mo)이 첨가되면, 비록 이중의 압축성형을 수행할지라도 철(Fe) 및 인(P)의 2 원계 합금에서보다 더 높은 소결밀도가 얻어진다. 하나의 동일한 밀도에 대해, 본 발명에 따른 재료는 더 높은 충격에너지를 제공하는데, 그 모든 가능성은 보다 활동적인 소결 및 몰리브덴(Mo)과 인(P)사이의 긍적적인 상호작용에 달려있음에 틀림없다.When phosphorus (P) and molybdenum (Mo) are added, higher sintered densities are obtained than in binary alloys of iron (Fe) and phosphorus (P), even if double compression molding is performed. For one and the same density, the material according to the invention provides higher impact energy, all of which must depend on more active sintering and the positive interaction between molybdenum (Mo) and phosphorus (P) none.

1.5 중량 퍼센트에 몰리브덴(Mo) 및 0-0.8 중량 퍼센트 범위에서 변화하는 양의 인(P)을 포함하는 본 발명에 따른 분말이 제조되었다. 시편은 5812.9 atm (589 MPa)의 압축성형 및 1120℃에서의 소결에 의해서 제조되었다. 결과로서 얻은 충격에너지(J)가 제 2도에 명백하게 표시되었다. 제 2도에 도시된 바와같이, 최대값은 0.5 중량 퍼센트의 인(P)에서 얻어지고, 양호한 값은 0.3-0.7 중량 퍼센트의 인(P) 범위에서 얻어진다. 가장 양호한 값은 0.4-0.6 중량 퍼센트의 인(P) 범위에서 얻어진다.A powder according to the present invention was prepared comprising molybdenum (Mo) in 1.5 weight percent and phosphorus (P) in varying amounts in the range of 0-0.8 weight percent. Specimens were prepared by compression molding at 5812.9 atm (589 MPa) and sintering at 1120 ° C. The resulting impact energy J is clearly shown in FIG. As shown in FIG. 2, the maximum value is obtained at 0.5 weight percent of phosphorus (P) and a good value is obtained at a range of 0.3-0.7 weight percent of phosphorus (P). Best values are obtained in the range of 0.4-0.6 weight percent phosphorus (P).

마찬가지로, 0.5 중량 퍼센트의 인(P) 및 0-4 중량 퍼센트 범위인 몰리브덴(Mo)을 포함하는 분말이 제조되었다. 시편은 5812-8 atm(589 MPa)의 압축성형 및 1120℃ 에서의 소결에 의해서 제조되었다. 결과로서 얻은 충격에너지 값이 제 3도에 도시된 바와같이, 0.3-3.5 중량 퍼센트의 몰리브덴(Mo)이 유용한 범위를 구성하고, 반면에 0.5-2-5 중량 퍼센트의 몰리브덴(Mo)이 바람직한 범위를 구성한다.Similarly, a powder was prepared comprising 0.5 weight percent phosphorus (P) and molybdenum (Mo) in the range 0-4 weight percent. Specimens were prepared by compression molding at 5812-8 atm (589 MPa) and sintering at 1120 ° C. As the resulting impact energy values are shown in FIG. 3, 0.3-3.5 weight percent molybdenum (Mo) constitutes a useful range, while 0.5-2-5 weight percent molybdenum (Mo) is the preferred range. Configure

매우 흡사하게도, 얻는 결과는 다음의 사실에 기인한다. 추가한 인(P)은 액상을 수반하는데, 이 액상은 비교적 낮은 온도에서 소결하는 동안에 얻어지며, 재료에 있어서 인(P)의 바람직한 분산을 제공한다. 인(P)은 어느 정도까지는 철 입자들내로 확산하고, 이에따라 오오스테나이트가 페라이트로 변환되어 몰리브덴(Mo) 확산을 용이하게 한다. 인(P) 및 몰리브덴(Mo) 모두 페라이트 안정화제이며, 페라이트로의 변환은 철(Fe)의 자기-확산을 증가시킨다. 이것은 활동적인 소결을 제공하여 수축 및 둥근 공극을 생기게 한다.Very similarly, the result obtained is due to the following fact. The added phosphorus (P) is accompanied by a liquid phase, which is obtained during sintering at relatively low temperatures and provides the desired dispersion of phosphorus (P) in the material. Phosphorus (P) to some extent diffuses into the iron particles, whereby austenite is converted to ferrite to facilitate the diffusion of molybdenum (Mo). Phosphorus (P) and molybdenum (Mo) are both ferrite stabilizers, and the conversion to ferrite increases the self-diffusion of iron (Fe). This provides for active sintering resulting in shrinkage and rounded voids.

인(P)은 인 화합물의 형태, 바람직하게는 철 화합물, 즉 Fe3P 의 형태로 존재한다. 다른 합금원소들은 충격에너지에 나쁜영향을 끼치지는 않을 것이며, 보통 분말야금 분야에서 사용되는 원소들일 수 있다. 이들의 비제한적인 예로서는 니켈(Ni), 텅스텐(W), 망간(Mn) 및 크롬(Cr)이다. 구리(Cu)는 조금이라도 사용해서는 안된다.Phosphorus (P) is present in the form of a phosphorus compound, preferably in the form of an iron compound, ie Fe 3 P. Other alloying elements will not adversely affect impact energy and may be elements commonly used in powder metallurgy applications. Non-limiting examples of these are nickel (Ni), tungsten (W), manganese (Mn) and chromium (Cr). Copper (Cu) should not be used at all.

Claims (3)

분말의 압축성형 및 소결에 의해 내충격성 물품들을 제조하기 위한 철-기지 분말에 있어서, 철(Fe) 이외에도, 0.43 내지 0.6 중량%의 인(P)과, 0.5 내지 2.5 중량% 의 몰리브덴(Mo), 및 분말야금학적으로 통상 사용되고 충격에너지에 악영향을 주지 않는 기타 합금원소를 2 중량% 이하로 함유하는 것을 특징으로 하는 압축성형 및 소결에 의해 내충격성 물품들을 제조하기 위한 철-기지분말.In the iron-based powder for producing impact resistant articles by compression molding and sintering of powder, in addition to iron (Fe), 0.43 to 0.6% by weight of phosphorus (P) and 0.5 to 2.5% by weight of molybdenum (Mo) And iron-based powders for the production of impact-resistant articles by compression molding and sintering, which contain up to 2% by weight of other alloying elements which are commonly used in powder metallurgy and which do not adversely affect impact energy. 제 1항기에 있어서, 상기 인(P)은 Fe3P의 인화철 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 압축성형 및 소결에 의해 내충격성 물품들을 제조하기 위한 철-기지 분말.The iron-based powder for producing impact resistant articles according to claim 1, wherein the phosphorus (P) is in the form of iron phosphide of Fe 3 P. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 분말은 0.1 중량% 이하의 탄소를 함유하는 것을 특징으로 하는 압축성형 및 소결에 의해 내충격성 물품들을 제조하기 위한 철-기지 분말.3. Iron-based powder for producing impact resistant articles by compression molding and sintering according to claim 1 or 2, characterized in that the powder contains up to 0.1% by weight of carbon.
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