KR100970796B1 - 분말 야금용 철계 분말 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 몰리브덴과 예비 합금화된 철의 코어 입자를 필수 구성으로 포함하며, 상기 코어 입자에 확산 합금화되는 6~15 중량%, 바람작하게 8~12 중량%의 구리를 가지는 분말 A, 몰리브덴과 예비 합금화되는 철의 코어 입자를 필수 구성으로 포함하며, 상기 코어 입자에 확산 합금화되는 4.5~8 중량%, 바람직하게 5~7 중량%의 니켈을 가지는 분말 B, 및 몰리브덴과 예비 합금화되는 철의 입자를 필수 구성으로 포함하는 철계 분말 C를 포함하는 분말 야금학 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 본질적으로 분말 A 및 B에 관한 것이기도 하다. 또한 본 발명은 몰리브덴 함량이 0.3~2 중량%이며, 구리 함량이 0.2~2 중량% 이며, 니켈 함량이 0.1~4 중량%인 철계 소결 성분을 제조하는 방법 및 소결 중에 미리결정된 강도 및 미리결정된 치수를 가지는 소결 성분을 달성하는 방법에 관한 것이다.

Description

분말 야금용 철계 분말 조성물 {IRON-BASED POWDER COMBINATION FOR POWDER METALLURGY}

본 발명은 철계 분말 야금학적 조성물 및 상기 조성물로부터 소결 분말 야금학적 성분을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이러한 조성물을 이용함으로써, 구리, 니켈 및 몰리브덴을 포함하는 소결 성분의 제조에 관한 것이다.

분말 야금학 분야에서, 구리, 니켈 및 몰리브덴은 합금화 원소로서 고강도 소결 성분의 제조에 오랫동안 이용되어 왔다.

소결된 철계 성분은 합금화 원소와 순수 철 분말을 혼합함으로써 제조될 수 있다. 그러나, 이는 소결 성분의 기계적 특성 및 크기의 변형을 야기할 수 있는 먼지 및 편석과 같은 문제점을 야기할 수 있다. 편석을 방지하기 위해서, 합금화 원소는 철 분말과 예비 합금화되거나 확산 합금화될 수 있다. 한 방법에서, 몰리브덴은 몰리브덴, 니켈 및 구리를 포함하는 철계 분말 조성물로부터 소결 성분의 제조를 위해서, 철 분말과 예비 합금화되며, 이러한 예비 합금화된 철 분말은 후속적으로, 구리 및 니켈과 확산 합금화된다.

그러나, 몰리브덴이 예비 합금화되고 구리 및 니켈이 확산 합금화된 분말로부터 소결 철계 성분을 제조할 때, 소결된 철계 성분에서의 합금화 원소의 함량은 이용된 확산 합금화된 분말 내의 합금화 원소의 함량과 실질적으로 동일할 것이다. 소결 성분내의 상이한 합금화 원소에 영향을 주어 상이한 특성을 나타내기 위해서는 상이한 함량의 합금화 원소를 가지는 철계 분말이 이용되어야만 한다.

본 발명은 몰리브덴, 구리 및 니켈로부터의 합금화 원소를 가지는 소결된 철계 성분의 각각의 바람직한 화학 조성을 위한 특정 분말을 제조할 필요성이 없는 방법을 제공한다. 본 발명은 미리결정된 값으로 인장 강도 및 치수 변화를 제어하기 위한 방법을 제공하는 이점을 제공하기도 한다. 특정 실시예에서, 치수 변화는 탄소 함량 및 밀도와 독립적이다.

간단히 말해서, 본 발명은 세 개의 다른 철계 분말로 구성되는 분말 야금학 조성물에 관한 것이다. 제 1 철계 분말은 몰리브덴으로 예비 합금화되고 부가적으로 구리로 확산 합금화되는 철의 코어 입자로 구성되며, 제 2 철계 분말은 몰리브덴으로 예비 합금화되고 니켈로 확산 합금화되는 철의 코어 입자로 구성된다. 제 3 철계분말은 몰리브덴으로 예비 합금화된 철의 입자를 필수 구성으로 포함한다.

본 발명은 두 개의 확산 합금화된 철계 분말에 관한 것이기도 하다.

본 발명에 따른 방법은 미리결정된 양으로 이러한 세 개의 철계 분말을 조합하는 단계, 그 조합물을 흑연과 혼합하는 단계, 그 혼합물을 압축하여 얻어진 그린 바디(green body)를 소결하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양상은 소결 중에 미리결정된 강도 및 미리결정된 치수 변화를 가지는 소결 성분을 제공하는 방법에 관한 것이다.

도 1 내지 도 4는 미리결정된 강도 및 치수 변화를 위한 분말 야금학 조성물 내의 구리 및 니켈 함량을 결정하기 위한 다이어그램을 도시하는 도면이다.

이후의 설명에서, 달리 언급하지 않는 한 단위, "%"는 "중량(weight) %"이다.
특히, 본 발명에 따른 철계 분말 야금학 조성물은:

- 몰리브덴으로 예비 합금화된 철의 코어 입자를 필수 구성으로 포함하는 철계 분말 A로서, 여기서 상기 철계 분말 A의 6~15 중량%, 바람직하게는 8 내지 12 중량%의 구리가 상기 코어 입자에 확산 합금화 되는 철계 분말 A.

- 몰리브덴으로 예비 합금화된 철의 코어 입자를 필수 구성으로 포함하는 철계 분말 B로서, 여기서 상기 철계 분말 B의 4.5~8 중량%, 바람직하게 5~7 중량%의 니켈이 상기 코어 입자에 확산 합금화되는 철계 분말 B.

- 몰리브덴으로 예비 합금화된 철의 입자를 필수 구성으로 포함하는 철계 분말 C를 포함한다.

철계 분말 A, B 및 C의 입자 내에 예비 합금화된 몰리브덴의 양은 각각 0.3~2 중량%, 바람직하게 0.5 내지 1.5 중량% 이다. 일 실시예에서, 세 개의 분말모두에서 입자는 동일한 양의 몰리브덴으로 예비 합금화된다. 2 중량% 이상의 양의 Mo는 비용 증가에 상응하는 강도의 증가를 제공하지 않는다. 0.3 중량% 이하의 양의 Mo은 강도의 충분한 효과를 제공하지 않는다.

코어 입자에 확산 합금화되는 구리 및 니켈의 양은 구리 15 중량% 및 니켈 12 중량%가 상한치로 제한된다. 코어 입자에 확산 합금화되는 구리 및 니켈의 하한치는 본 발명의 이점을 달성하기 위해서 소결 성분에서의 필요한 양보다 실질적으로 높아야 한다. 따라서, 실질적인 이유로, 철계 분말은 몰리브덴으로 예비 합금화되는 코어 입자를 필수 구성으로 포함하고 상기 코어 입자에 확산 합금화되는 6% 이상의 구리를 포함하며, 철계 분말은 몰리브덴으로 예비 합금화되는 코어 입자를 가지고 상기 코어 입자에 확산 합금화되는 4.5% 이상의 니켈을 포함하는 것이 특히 중요하다.

분말 A, B 및 C는 각각 몰리브덴으로 예비 합금화되는 철의 입자를 필수 구성으로 포함하지만, 불가피한 불순물을 제외한 다른 원소가 철의 입자에 예비 합금화될 수 있다. 이러한 원소는 니켈, 구리, 크롬 및 망간일 수 있다.

본 발명에 따른 분말 조성물로부터 소결 성분을 제조하기 위해서, 분말 A, B 및 C 각각의 양이 결정되며 미리결정된 강도를 위해서 필요한 양으로 흑연과 혼합된다. 달성된 혼합물은 압축 및 소결 전에 다른 첨가제들과 혼합될 수 있다. 분말 조성물에 혼합되는 흑연의 양은 최대 1%까지이며, 바람직하게 0.3~0.7%이다.

다른 첨가제들은 윤활제, 결합제, 다른 합금화 원소, 경질상 재료, 가공성 강화제로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.

분말 야금학 조성물의 일 실시예에 따라서, 분말 C에는 Cu 및 Ni가 본질적으로 없다.

분말 A, B 및 C 사이의 관계는 소결 성분에 대한, 구리 함량이 0.2~2 중량%, 니켈 함량이 0.1~4 중량%, 몰리브덴 함량이 0.3~2 중량%, 바람직하게는 0.5~1.5 중량%가 되도록 바람직하게 선택된다.

일 실시예에서, 구리 함량은 0.2~2%, 바람직하게, 0.4~0.8%이며, 니켈 함량은 0.1~4%이다. 이러한 특정 실시예에서, 소결 중의 치수 변화가 탄소 함량 및 소 결 밀도와 독립적임이 예상외로 발견되었다.

미리결정된 치수 변화율 및 강도를 갖는 소결 성분을 제조하기 위해서, 소결 성분 내에서의 구리, 니켈 및 탄소의 양은 각각 예를 들어, 도 1 내지 도 4의 다이어그램에 의해서 결정된다. 분말 A, B 및 C의 필요한 양은 각각 당업자에 의해 결정될 수 있다.

분말은 흑연과 혼합되어 최종적으로 바람직한 탄소 함량을 달성한다. 분말 조성물이 400~1000 MPa의 압축 압력으로 압축되며, 달성된 그린 바디는 보호 분위기에서 10~60분 동안 1100~1300℃에서 소결된다. 소결된 바디는 열 처리, 표면 고밀도화, 기계가공 등과 같은 추가의 후 처리될 수 있다.

도 1 내지 도 4의 예시 다이어그램은 600 MPa의 압축 압력에서 효과적이며, 90%의 질소 및 10%의 수소의 분위기에서 30분 동안 1120℃에서 소결된다.

본 발명에 따라서, 다양한 양의 몰리브덴, 구리 및 니켈을 포함하는 소결 성분이 제조될 수 있다. 이는 세 개의 서로 다른 분말의 조합을 이용함으로써 달성될 수 있으며, 실제 소결되는 성분을 위해 필요한 화학적 조성을 가지는 분말을 달성하도록 서로 다른 비율로 혼합된다.

본 발명의 특정 이점을 요약하자면 소결 중의 치수 변화뿐만 아니라 소결 성분의 강도가 제어될 수 있다는 것이다. 치수 변화를 제어할 수 있는 이점은 현존하는 프레싱 도구(pressing tools)의 이용을 용이하게 할 것이다. 소결된 부품을 제조할 때, 탄소 함량 및 밀도의 어느 정도의 손실은 피할 수 없다. 밀도 및 탄소 함량에 무관한 치수 변화를 가지는 조성물을 이용함으로써, 소결 후 치수에서의 손실이 감소될 것이며, 따라서, 후속적인 기계가공 및 기계가공 비용이 감소될 수 있다.

본 발명은 하기의 비 제한 예에 의해 설명된다.

실시예 1

본 실시예는 약 600 MPa의 바람직한 강도 및 세 개의 레벨의 치수 변화(-0.1%, 0.0% 및 +0.1%)를 갖는 합금 조성을 어떻게 선택하는지 설명한다. 이는 각각 표 1에 따른 분말 조성에서의 두 개의 탄소 레벨, 0.5% C 및 0.3% C에 해당하는 것이며, 여기서 보다 낮은 탄소 함량은 보다 양호한 연성을 갖게 하며, 이는 표 2에서 알 수 있다.

본 발명에 따른 분말 조성은 0.85%의 몰리브덴으로 예비 합금화되는 철계 분말의 표면에 확산 합금화된 10%의 구리를 갖는 분말 A, 0,85%의 몰리브덴으로 예비 합금화된 철계 분말의 표면에 확산 합금화된 5%의 니켈을 갖는 분말 B 및 0.85%의 몰리브덴으로 예비 합금화된 철계 분말의 분말 C로부터 제조된다.

분말 조성은 윤활제 및 흑연으로서 0.8% 아미드 왁스와 혼합되어, 각각 0.3% 및 0.5 %의 소결된 탄소 함량을 산출한다. 달성된 혼합물은 ISO 2740에 따라서 인장 실험 표본으로 압축된다.

압축 압력은 600 MPa이며, 소결 조건은: 1120℃, 30분, 90% N₂/10% H₂이다. 표 2에서 본 발명에 따른 분말 조합으로부터의 다른 기계식 특성이 표시된다. 본 발명에 따른 분말 조합이 도 3에 따른 미리결정된 치수 변화를 가짐을 명백히 알 수 있다.

실시예 2

본 실시예는 본 발명에 따른 분말 조합을 설명하고 있으며, 0.6% Cu, 2% Ni를 포함하며, 특정 실시예는 표 3에 도시된 바와 같은 탄소 함량 및 소결 밀도와 독립적인 치수 변화를 가진다. 이러한 조합으로 달성된 결과는 (스웨덴에 소재하고 있는 회가내스 아베(Hoeganaes AB)로부터 입수가능한) 디스탈로이(Distaloy) AB 뿐만 아니라 본 발명에 따른 분말 조합과 동일한 조성을 가지는 분말을 이용하여 달성된 결과와 비교되지만, 몰리브덴으로 예비 합금화된 철계 분말은 표 3에서 "고정 조성(fixed composition)"으로서 표시되며, 표면에 합금화된 구리 및 니켈을 가진다.

본 발명에 따른 분말 조합은 0.85%의 몰리브덴으로 예비 합금화된 철계 분말 표면에서 확산 확금화된 10%의 구리를 갖는 분말 A, 0,85%의 몰리브덴으로 예비 합금화된 철계 분말의 표면에 확산 합금화된 5%의 니켈을 갖는 분말 B 및 0.85%의 몰리브덴으로 예비 합금화된 철계 분말로 구성되는 분말 C로부터 제조된다.

표 3은 특정 실시예를 도시하고 있으며, 여기에서는 총 함량의 0.6% 구리, 2%의 니켈 및 0.83%의 몰리브덴을 가지는 분말 A, 분말 B 및 분말 C의 혼합물이, 철계 분말의 표면에서 예비 합금화된 0.83%의 몰리브덴, 철계 분말 표면에 확산 합금화된 0.6% 구리 및 2% 니켈을 가지는 철계 분말, 공지된 분말 및 디스탈로이 AB와 비교된다. 표 3에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 분말 조합으로부터 제조된 소결된 샘플의 치수 변화는, 구리 및 니켈로 확산 합금화된 철계 분말 또는 공지된 분말 디스탈로이 AB와 비교할 경우 탄소 함량 및 밀도와 본질적으로 독립적이다.

분말 조합은 윤활제 및 흑연으로서 0.8% 아미드 왁스와 혼합되어 표 3에 따른 소결된 탄소 함량을 산출한다. 달성된 혼합물은 표 3에 따른 여러 압축 압력에서 ISO 2740에 따른 인장 실험 표본에 압축된다. 인장 실험 표본은 90% 질소 및 10% 수소의 분위기에서 30분 동안 1120℃에서 소결된다. 표 4에서 추가의 기계적 특성이 표시되어 있다.

Claims (14)

1. 분말 야금용 철계 분말 조성물로서,

   몰리브덴으로 예비 합금화된 철의 코어 입자를 포함하는 철계 분말 A로서, 상기 철계 분말 A의 6~15 중량%의 구리가 상기 코어 입자에 확산 합금화되는 철계 분말 A,

   몰리브덴으로 예비 합금화된 철의 코어 입자를 포함하는 철계 분말 B로서, 상기 철계 분말 B의 4.5~8 중량%의 니켈이 상기 코어 입자에 확산 합금화되는 철계 분말 B, 및

   몰리브덴으로 예비 합금화된 철의 입자를 포함하는 철계 분말 C를 포함하며,

   미리 결정된 치수 변화율과 강도를 갖는 소결 성분을 제조하기 위해, 각각의 상기 철계 분말 A, B 또는 C의 몰리브덴의 양은 0.3~2 중량%이며, 상기 철계 분말 조성물은 최대 1 중량%까지의 흑연을 더 포함하며,

   상기 철계 분말 A, B 및 C의 양은 상기 철계 분말 조성물 내의 구리, 니켈 및 탄소의 전체 양을 결정한 후에 결정되며,

   상기 조성물 내의 구리의 양이 0.2~2 중량%이며,

   상기 조성물 내의 니켈의 양이 0.1~4 중량%인,

   분말 야금용 철계 분말 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분말 A에서의 구리의 양이 8~12 중량%인

   분말 야금용 철계 분말 조성물.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 분말 B에서의 니켈의 양이 5~7 중량%인

   분말 야금용 철계 분말 조성물.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 몰리브덴의 양이 각각의 분말 A, B 또는 C에서 동일한

   분말 야금용 철계 분말 조성물.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 조성물 내의 구리의 양이 0.4~0.8 중량%인

   분말 야금용 철계 분말 조성물.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,

   윤활제; 결합제; 니켈, 구리, 크롬 및 망간을 포함하는 합금화 원소; 경질 상 재료; 또는 가공성 강화제;로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 다른 첨가제들을 포함하는

   분말 야금용 철계 분말 조성물.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 분말 C에는 구리 및 니켈이 없는

    분말 야금용 철계 분말 조성물.
11. 삭제
12. 삭제
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