KR101912378B1

KR101912378B1 - 분말 사출 성형용 철계 분말

Info

Publication number: KR101912378B1
Application number: KR1020187014689A
Authority: KR
Inventors: 안나 라르손
Original assignee: 회가내스 아베 (피유비엘)
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2018-10-26
Also published as: MX360038B; RU2013135473A; TW201241190A; CA2823267C; RU2593064C2; EP2659014A1; JP6040163B2; KR20180061396A; EP2659014B1; WO2012089807A1; CN103282527B; CN103282527A; KR20140010026A; ES2625695T3; US9314848B2; JP2014506299A; MX2013007653A; TWI542707B; BR112013016354B1; US20130302202A1

Abstract

상기 조성물은 20-60 ㎛의 평균 입자 크기를 가지며 상기 입자의 99%가 120 ㎛보다 작은, 금속 사출 성형용 철계 분말 조성물로서, 상기 철계 분말 조성물은 철계 분말 조성물의 중량%로, Mo : 0.3-1.6, P : 0.1-0.6, 선택적으로 최대 3.0 Cu, 선택적으로 최대 0.6 Si, 선택적으로 최대 5 Cr, 불가피한 불순물들 최대 1.0, 그 중 탄소가 0.1 미만, 나머지 철을 포함하며, 그리고 Mo 및 8*P 함량의 합이 2-4.7 범위 이내에 있다.

Description

분말 사출 성형용 철계 분말 {IRON BASED POWDERS FOR POWDER INJECTION MOLDING}

본 발명은 분말 사출 성형용 철계 분말 조성물, 그 분말 조성물로부터 소결 부품들을 형성하는 방법, 및 그 분말 조성물로부터 형성된 소결 부품들에 관한 것이다. 분말 조성물은 최적 기계적 특성들과 조합된, 이론 밀도의 93% 초과의 밀도들을 갖는 소결 부분들을 얻도록 설계된다.

금속 사출 성형(MIM)은 복잡한 형상들의 고밀도 소결 부품들을 제조하기 위한 흥미로운 기술이다. 일반적으로 미세 카보닐 철 분말들이 이러한 공정에 사용된다. 사용된 다른 형태들의 분말들은 가스 분무화 및 수중 분무화된 초미세 입자 크기를 가진다. 그러나, 이들 미세 분말들의 비용은 비교적 높다. MIM 공정의 경쟁력을 개선하기 위해서, 사용된 분말의 비용을 감소시키는 것이 바람직하다. 이를 달성하는 하나의 방법은 더 굵은 분말들을 사용하는 것이다. 그러나, 굵은 분말들은 미세한 분말들보다 더 낮은 표면 에너지를 가지며 따라서 소결 중에 훨씬 더 작은 활성을 가진다. 다른 문제는 더 굵고 불규칙한 분말들이 더 낮은 충전 밀도(packing density)을 가지며 따라서 공급원료의 최대 분말 함량이 제한된다는 점이다. 더 낮은 분말 함량은 소결 중에 더 높은 수축률을 초래하며 특히 제조 런(production run)에서 제조되는 부품들 사이에 높은 치수 분산(scatter)으로 이어질 수 있다.

너무 큰 소결성 및 충전 밀도를 잃지 않게 하기 위해서 특정 양의 굵은 철 분말을 첨가하고 혼합비를 최적화함으로써 카보닐 철의 양을 감소시키는 것이 문헌에 제안되어 있다. 소결성을 증가시키는 다른 방식은 Mo, W, Si, Cr 및 P와 같은 페라이트 상의 안정제들을 첨가하는 것이다. 분무화된 카보닐 철의 혼합물들에 2-6% Mo, 2-4% Si 또는 최대 1% P의 첨가들이 문헌에 언급되었다.

US-특허 제 5,993,507호는 실리콘 및 몰리브덴을 함유하는 혼합된 굵고 미세한 분말들의 조성물들을 개시한다. 상기 조성물은 약 최대 50% 굵은 분말과 3-5% 가변 함량의 Mo + Si를 포함한다.

US-특허 제 5,091,022호는 5 ㎛ 미만의 카보닐 철을 이용한 사출 성형을 사용하여, 높은 투자율과 우수한 연자성 특징들을 갖는 소결된 Fe-P 분말 금속 제품을 제작하는 방법을 개시한다.

US-특허 제 5,918,293호는 Mo 및 P를 함유한 철계 분말을 압분 및 소결하는 방법을 개시한다.

정상적으로, 철계 MIM 공급원료(즉, 사출 준비가 된 유기 결합제와 혼합되는 철계 분말)의 고형물 적재율(solid loading)(즉, 철계 분말의 부분)은 약 50 체적%이며, 이는 소결 후에 높은 밀도(이론 밀도의 93% 초과)에 도달하기 위해서 미가공(green) 부품이 이미 미가공 상태에서 비교적 높은 밀도를 획득한, 단축 압분을 통해 제조된 PM 부품들과는 대조적으로, 거의 50 체적% 까지 수축되어야 함을 의미한다. 그러므로, 높은 소결 활성도를 갖는 미세 분말들이 정상적으로 MIM에 사용된다. 소결 온도를 상승시킴으로써, 굵은 분말들이 사용될 수 있지만, 상승된 소결 온도들을 사용하는데에 따른 단점은 입자 조대화(grain coarsening/粒子粗大化)가 획득될 수 있고 따라서 낮은 충격 강도를 획득할 수 있다는 점이다. 본 발명은 이러한 문제점에 대한 해결책을 제공한다.

전체 양이 비교적 낮은 페라이트 안정제들을 갖는, 본 발명에 따른 굵은 철계 분무화 분말 조성물을 포함하는 공급원료가 이론 밀도의 93% 이상의 소결 밀도를 갖는 부품들을 획득하기 위해서 분말 사출 성형에 사용될 수 있다는 것이 예상치 못하게 발견되었다. 또한, 93% 초과의 소결 밀도를 갖는 부품들을 획득하는 것과는 별도로, 분말이 특정 양의 몰리브덴과 인을 함유하고 특정 금속학적 조직을 갖는 경우에 현저히 높은 인성과 충격 강도가 획득될 수 있다는 점이 주목되었다.

본 발명의 하나의 목적은 낮은 양들의 합금화 원소들을 가지며 금속 사출 성형에 적합한 비교적 굵은 철계 분말 조성물을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 낮은 양들의 합금화 원소들을 가지며 금속 사출 성형에 적합한 비교적 굵은 상기 철계 분말 조성물을 포함하는 금속 사출 성형 공급원료 조성물을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이론 밀도의 93% 및 그 초과의 밀도를 갖는 공급원료 조성물로부터 사출 성형된 소결 부품들을 제조하기 위한 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 역시 또 다른 목적은 이론 밀도의 93% 및 그 초과의 밀도와 50 J/㎠ 초과의 충격 강도 그리고 350 MPa 초과의 인장 강도를 갖는, MIM 공정에 따라 제조된 소결 부품을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적들 중의 하나 이상은,

- 20-60 ㎛, 바람직하게 20-50 ㎛, 가장 바람직하게 25-45 ㎛의 평균 입자 크기를 가지며 Fe₃P와 같은 인 함유 분말을 포함하는 금속 사출 성형용 철계 분말 조성물,

- 20-60 ㎛, 바람직하게 20-50 ㎛, 가장 바람직하게 25-45 ㎛의 평균 입자 크기를 가지며, Fe₃P와 같은 인 함유 분말을 포함하는 분무화된 철계 분말 조성물 및 유기 결합제를 포함하는 금속 사출 성형 공급원료 조성물,

- a) 위에서 제안된 바와 같은 금속 사출 성형 공급원료를 준비하는 단계와,

b) 상기 공급원료를 미소결 블랭크로 성형하는 단계와,

c) 유기 결합제를 제거하는 단계와,

d) 페라이트 영역(BCC) 내의 1200-1400 ℃ 온도의 환원 분위기에서 얻어진 블랭크를 소결하는 단계와,

e) 페라이트 입자들의 입계들에 오스테나이트 입자들(FCC)의 형성를 제공하기 위해서 오스테나이트와 페라이트의 2상 구역을 통해 소결된 부품을 냉각시키는 단계, 및

f) 케이스 경화, 질화, 침탄(carburizing), 질소침탄, 침탄질화, 고주파 경화, 표면 압연 및/또는 숏 피닝과 같은 후 소결 처리에 상기 부품을 선택적으로 노출시키는 단계를 포함하는 소결 부품의 제조 방법,

- 입자 성장을 억제하기 위해서, 바람직하게 2상 구역을 통과할 때 냉각률은 약 400 ℃의 온도에 도달될 때까지 0.2 ℃/초 이상, 더 바람직하게 0.5 ℃/초 이상이 되어야 하며,

- 상기 공급원료 조성물로부터 만들어진 소결 부품에 의해 달성된다. 상기 부품은 이론 밀도의 93% 이상의 밀도, 50 J/㎠ 초과의 충격 강도, 350 MPa 초과의 인장 강도, 및 공칭 인 함량보다 더 낮은 인 함량을 갖는 입자들 내에 매설되는 공칭 인 함량(부품의 평균 P-함량)보다 더 높은 인 함량을 갖는 입자들을 함유하는 페라이트 미세조직을 가진다. 더 낮은 인 함량을 갖는 입자들은 변태된 오스테나이트 입자들로부터 형성된다.

도 1은 본 발명에 따른 조성물로 만들어진 부품들에 대한 주요 냉각 경로를 도시하며,
도 2는 2상 구역을 통한 냉각 중에 형성되는 보다 가벼운 입자들의 네트워크를 도시하며,
도 3은 %Mo + 8*%P의 합과 소결 밀도의 관계를 도시하며,
도 4는 예 4에 따른 상이한 샘플에 대한 주요 냉각 경로를 도시한다.

철계 분말 조성물

철계 분말 조성물은 하나 이상의 철계 분말 및/또는 순수 철 분말을 포함한다. 철계 분말 및/또는 순수 철 분말은 철 용융물과 선택적인 합금화 원소들의 수중(water) 또는 가스 중 분무화에 제조될 수 있다. 분무화된 분말은 환원 어닐링 공정에 추가로 노출될 수 있으며, 선택적으로 확산 합금화 공정을 사용함으로써 추가로 합금화될 수 있다. 이와는 달리, 철 금속은 철-산화물들의 환원에 의해 제조될 수 있다.

철 분말 또는 철계 분말 조성물의 입자 크기는 평균 입자 크기가 20-60 ㎛, 바람직하게 20-50 ㎛, 가장 바람직하게 25-45 ㎛ 정도이다. 또한 D₉₉가 최대 120 ㎛, 바람직하게 최대 100 ㎛가 되어야 하는 것이 바람직하다(D₉₉는 분말의 99 중량%가 D₉₉보다 적은 입자 크기를 가지는 것을 의미한다).

몰리브덴은 몰리브덴 분말, 페로몰리브덴 분말 형태의 합금화 원소로서 또는 다른 몰리브덴-합금 분말로서 분무화 이전에 용융물에 첨가될 수 있으며, 그에 따라 사전-합금화된 분말을 형성한다. 몰리브덴은 또한 열 확산 접합 공정에 의해 철 분말의 표면 상에 확산 접합될 수 있다. 일 예로서 3산화 몰리브덴이 철 분말에 혼합될 수 있으며 그 후에 확산 접합된 분말을 형성하는 환원 공정에 노출될 수 있다. 몰리브덴 분말, 페로몰리브덴 분말 또는 다른 몰리브덴-합금 분말 형태인 몰리드덴이 또한, 순수 철-분말에 혼합될 수 있다. 이들 방법들의 조합이 또한 적용될 수 있다. 몰리브덴 함유 분말이 철 또는 철계 분말에 혼합되는 경우에 몰리브덴 함유 분말의 입자 크기는 철 또는 철계 분말의 입자 크기보다 결코 더 커서는 안 된다.

철계 분말 조성물은 인 함유 분말, 및 선택적으로 실리콘 및/또는 구리 및/또는 크롬과 같은 다른 페라이트 안정화 원소들을 함유하는 분말들을 더 포함한다. 크롬의 경우에 그 함량은 분말 조성물의 최대 5 중량%일 수 있다. 인 함유 분말 또는 실리콘 및/또는 구리 및/또는 크롬과 같은 다른 페라이트 안정화 원소들을 함유하는 분말들의 입자 크기는 바람직하게, 철 또는 철계 분말의 입자 크기보다 결코 더 커서는 안 된다.

인 및 몰리브덴은 페라이트 조직, 즉 BCC-(체심입방정계) 조직을 안정화한다. 철 원자들의 자체 확산율은 오스테나이트 조직, 즉 FCC-(면심입방정계) 조직에서의 자체 확산율에 비교해서 페라이트 조직에서 대략 100 배 더 높으며 따라서 소결이 페라이트 상에서 수행될 때 소결 시간들이 현저히 감소될 수 있다.

그러나 페라이트 상의 높은 온도에서 연장된 소결은 과도한 입자 성장을 초래할 것이며 따라서 특히 충격 강도에 악영향을 끼칠 것이다. 인 함량 및 몰리브덴 함량이 특정 한계치들 내에서 유지된다면, FCC 입자들은 BCC 입자들의 입계들에 형성될 것이며 이는 냉각시 입자 조직의 미세화를 유발할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 조성물로 형성된 부품에 대한 주요 냉각 경로를 도시한다. 소결은 T1에 의해 나타낸 바와 같은 BCC 구역에서 수행되는 반면에, 냉각 중에 소결 부품은 두 개의 상 구역인 BCC/FCC, 즉 온도 T2와 T3 사이의 구역을 통과해야 한다. 부품이 두 개의 상 구역을 통과했을 때 입자 조대화를 방지하기에 충분히 높은 비교적 높은 냉각률에서 추가의 냉각이 수행된다. 바람직하게, 2상 구역(T2-T3) 아래에서 냉각률은 약 400 ℃의 온도에 도달될 때까지 0.2 ℃/초 초과, 더 바람직하게 0.5 ℃/초이다. 그 결과적인 금속학적 조직이 도 2에 도시되어 있다. 실온에서 본 발명에 따른 부품은 두 가지 형태들의 페라이트 입자들로 이루어진 금속학적 조직을 가질 것이다. 도 2에는 2상 구역을 통한 냉각 중에 형성되는 보다 가벼운 입자들의 네트워크가 도시되어 있다. 이들 입자들은 2상 구역에서 오스테나이트였으며 따라서 전체 냉각 공정 중에 이들이 그 나머지 페라이트를 에워싸고 있는 입자들보다 더 낮은 인 함량을 가진다. 재료가 2상 구역을 통과할 때 형성되었던 입자들은 더 낮은 인 함량을 가질 것이며 소결 온도에서 페라이트였던 입자들은 보다 높은 인 함량을 가질 것이다.

몰리브덴은 도 1의 2상 구역을 좌측으로 푸시하는 효과 및 또한 수평 및 수직 방향 모두로 2상 구역을 감소시키는 효과를 가진다. 이는 증가된 몰리브덴 함량이 페라이트 영역에서 소결하기 위해 최소 소결 온도를 더 낮추게 될 것이고 2상 구역을 통한 냉각을 위해 요구되는 인의 양을 감소시킬 것을 의미한다.

분말 내의 전체 Mo의 함량은 0.3-1.60 wt%, 바람직하게 0.35-1.55 wt%, 그리고 훨씬 더 바람직하게 0.40-1.50 wt%이어야 한다.

1.60% 초과의 몰리브덴 함량은 소결시 밀도 증가에 기여하지 못하며 단지 분말의 비용 증가에 기여할 것이며 또한 2상 구역을 너무 작게 할 것이다. 즉, 이는 2상 구역에서 형성된 오스테나이트 입자들로부터 변태되었던 더 낮은 인 함량을 갖는 페라이트 입자들에 의해 둘러싸인 높은 인 함량을 갖는 페라이트 입자들의 바람직한 미세조직을 제공하는 것을 어렵게 할 것이다. 0.3% 미만의 몰리브덴 함량은 바람직하지 않은 금속학적 조직들의 생성할 위험을 증가시킬 것이며, 따라서 충격 강도와 같은 기계학적 특성들에 악영향을 끼친다.

인은 페라이트 상을 안정화하기 위해서, 그러나 또한 소위 액상을 유도하고 그에 따라 소결을 촉진시키기 위해서 철계 분말 조성물에 혼합된다. 그러한 첨가는 바람직하게, 20 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 미세 Fe₃P 분말 형태로 이루어진다. 그러나, P는 항상, 철계 조성물의 0.1-0.6 wt%, 바람직하게 0.1-0.45 wt%, 더 바람직하게 0.1-0.40 wt%의 영역 내에 있어야 한다. Fe₂P와 같은 다른 P 함유 물질들이 또한 사용될 수 있다. 이와는 달리, 철 또는 철계 분말이 인 함유 코팅으로 코팅될 수 있다.

전체 P함량은 전술한 바와 같이 분말 조성물 내의 Mo-함량에 의존한다. 바람직하게, 몰리브덴과 인의 합친 함량은 다음의 식을 따라야 한다.

Mo wt% + 8*P wt% = 2-4.7, 바람직하게 2.4-4.7 wt%

실리콘(Si)은 선택적으로, 철계 분말 조성물 내의 철계 분말에 혼합되는 사전 합금화된 또는 확산 접합된 원소로서, 이와는 달리 철계 분말 조성물에 혼합되는 분말로서 철계 분말 조성물 내에 포함될 수 있다. 포함된다면, 그 함량은 0.6 wt% 보다 많지 않아야, 바람직하게 0.4 wt% 미만 및 더 바람직하게 0.3 wt% 미만이어야 한다. 실리콘은 분무화 이전에 용융 스틸의 융점을 감소시키며, 그에 따라 분무화 공정을 촉진시킨다. 0.6 wt% 초과의 실리콘 함량은 혼합된 오스테나이트/페라이트 영역을 통한 소결된 부품의 냉각 가능성에 악영향을 끼칠 것이다.

불가피한 불순물들은 가능한 한 낮게 유지되어야 하며, 그와 같은 원소들 중에 탄소는 0.1 wt%이어야 하는데, 이는 탄소가 매우 강한 오스테나이트 안정화제이기 때문이다.

구리(Cu)는 고용체 경화를 통해서 강도 및 경도를 강화할 것이다. Cu는 또한, 소위 액상 소결을 제공하는 소결 온도에 도달하기 이전에 구리 용융물로서 소결 중에 소결 넥(sintering neck)들의 형성을 촉진할 것이다. 분말은 선택적으로 0-3 wt%의 양의 Cu, 바람직하게 Cu-분말 형태인 Cu, 및/또는 크롬과 같은 다른 페라이트 안정화 원소들과 혼합될 수 있다. 크롬의 경우에 그 함량은 분말 중량의 최대 5%일 수 있다.

MnS, MoS₂, CaF₂, 상이한 종류들의 미네랄 등과 같은 경질 상 재료들 및 가공성 개선제들과 같은 다른 물질들이 철계 분말 조성물에 선택적으로 첨가될 수 있다.

공급원료 조성물

공급원료 조성물은 전술한 철계 분말 조성물과 결합제를 혼합함으로써 준비된다.

하나 이상의 유기 결합제의 형태인 결합제는 공급원료 조성물 내에 30-65 체적%, 바람직하게 35-60 체적%, 더 바람직하게 40-55 체적%의 농도로 존재되어야 한다. 본 설명에서 용어 결합제를 사용할 때, 예를 들어, 이형제들, 윤활제들, 습윤제들, 유동화제들(rheology modifiers), 분산제들과 같은, MIM-공급원료들에 공통인 다른 유기 물질들이 또한 포함된다. 적합한 유기 결합제들의 예들은 왁스들, 폴리에틸렌들과 폴리프로필렌들과 같은 폴리올레핀, 폴리스티렌들, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌 카보네이트, 폴리에틸렌 글리콜, 스테아린 산, 및 폴리옥시메틸렌이다.

소결

공급원료 조성물은 블랭크로 성형된다. 얻어진 블랭크는 그 후 열처리되거나, 또는 용제 내에서 처리되거나, 또는 본 기술 분야에서 공지된 바와 같은 결합제의 일 부분을 제거하기 위한 다른 수단에 의해 처리되며, 그 후에 페라이트 구역의 약 1200-1400 ℃의 온도에서 진공 또는 감압 하의 환원 분위기에서 소결에 추가로 노출된다.

소결 후 냉각

냉각하는 동안에 소결된 부품은 2상 구역, 즉 오스테나이트(FCC) + 페라이트(BCC)을 통과할 것이다. 그러므로 오스테나이트의 입자들은 페라이트 입계들의 입계들에 형성될 것이며 입자 미세화가 얻어진다. 2상 구역의 통과 후에, 냉각률은 입자 조대화를 방지하기 위해서 바람직하게 0.2 ℃/초 초과, 더 바람직하게 0.5 ℃/초 초과이다. 이전에 형성된 오스테나이트 입자들은 오스테나이트가 인을 용해하기 위한 보다 낮은 능력을 갖기 때문에 비-변태 페라이트 입자들에 비해서 보다 낮은 인 함량을 갖는 페라이트로 변태될 것이다.

후 소결 처리들

소결된 부품은 열 처리에 의해 그리고 제어된 냉각률에 의해 바람직한 미세조직을 얻기 위해 열처리 공정에 노출될 수 있다. 경화 공정은 퀀칭 및 템퍼, 케이스 경화, 질화, 침탄(carburizing), 질소침탄, 침탄질화, 고주파 경화 등과 같은 공지의 공정들을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 높은 냉각률에서의 소결-경화 공정이 사용될 수 있다.

피로 수명을 개선하는 압축 잔류 응력을 도입하는 숏 피닝 또는 표면 압연과 같은 다른 형태들의 후 소결 처리들이 사용될 수 있다.

완제 부품의 특성들

본 발명에 따라 소결된 부품들은 이론 밀도의 93% 이상의 소결 밀도, 50 J/㎠ 초과의 충격 강도, 350 MPa 초과의 인장 강도, 및 공칭 인 함량보다 더 높은 인 함량을 갖는 입자들 및 공칭 인 함량보다 더 낮은 인 함량을 갖는 입자들을 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트 미세조직에 도달한다. 더 낮은 인 함량을 갖는 입자들은 변태된 오스테나이트 입자들로부터 형성된다.

예 1

상이한 인 및 몰리브덴 함량들을 갖는 5 개의 철계 분말 조성물들이 준비되었다. 조성물들, A, B, C 및 E는 약 1.4 중량%의 몰리브덴 함량을 갖는 사전-합금화된 철계 분말을 99.5% 초과의 철 함량을 갖는 순수 철 분말과 Fe₃P 분말을 혼합함으로써 준비되었다. 사전-합금화된 철 분말의 평균 입자 크기는 37 ㎛이며 모든 입자들의 99%는 80 ㎛보다 작은 입자 크기를 가졌다. 순수 철 분말의 평균 입자 크기는 34 ㎛이며 모든 입자들의 99%는 67 ㎛보다 작은 입자 크기를 가졌다. Fe₃P 분말의 평균 입자 크기는 8 ㎛였다.

조성물 D는 사전-합금화된 철계 분말 및 Fe₃P분말만으로 준비되었다.

MIM 공정과 관련된 소결 중에 고밀도화(densification) 거동을 시뮬레이트하기 위해서, 조성물들이 SS EN ISO 2740에 따른 표준 인장 샘플들로 약 4.5 g/㎤의 밀도(이론 밀도의 58%)로 압축되었으며 그 후에 60분 동안에 체적%로 90% N₂/10% H₂의 분위기에서 1400 ℃에서 소결되었다.

표 1은 테스트 결과들을 나타낸다.

	Mo[wt%]	P[wt%]	C[wt%]	wt%Mo+8*wt%P	[이론밀도의]밀도%
A	0.48	0.06	<0.05	1.0	86.1
B	0.94	0.06	<0.05	1.4	90.6
C	0.94	0.11	<0.05	1.8	92.3
D	1.41	0.12	<0.05	2.4	93.5
E	0.93	0.31	<0.05	3.4	94.7

도 3에서 %Mo + 8*%P의 합과 소결 밀도의 관계가 그려져 있다. 도 3으로부터 93% 이상의 소결 밀도를 얻기 위해서 %Mo + 8*%P의 합이 2를 초과해야 하며 94% 초과의 소결 밀도를 얻기 위해서 %Mo + 8*%P의 합이 2.4%를 초과해야 한다는 것이 명백하다.

예 2

다음 예는 본 발명의 일 실시예에 따른 분말 조성물들 F, G, 및 H가 이론 밀도의 93% 이상의 소결 밀도를 제공할 것이라는 것을 예시화한다. 분말 조성물들 F-H가 예 1에 따라 준비되고 테스트되었다. 조성물 H에서 단지 사전 합금화된 분말 및 Fe₃P 분말이 사용되었다. 압분 샘플들의 준비 및 소결이 예 1에 따라 수행되었다.

	Mo[wt%]	P[wt%]	C[wt%]	[이론밀도의]밀도%
F	0.47	0.50	<0.05	96.1
G	0.92	0.50	<0.05	96.4
H	1.39	0.49	<0.05	96.5

Mo를 상기 합금에 첨가하는 것은 고밀도화에 도움을 줄 것이며 소결 밀도를 증가시킬 것이다. 그러나 Mo 함량이 약 0.5%의 인 함량에서 약 1.5%를 초과하면 밀도의 증가가 눈에 띄지 않는다.

예 3

기계적 특성들을 증가시키기 위해서 합금화 원소로서 탄소가 종종 사용된다. 표 3으로부터의 분말 조성물 I가 환원 분위기에서 소결되었다. 소결 밀도는 표 1로부터 대응하는 무탄소 조성물 E에 비해서 매우 빈약했다.

	Mo[wt%]	P[wt%]	C[wt%]	[이론밀도의]밀도%
I	0.98	0.31	0.49	87.3

예 4

분말 조성물들 C, E, G 및 H의 샘플들이 예 1에 따라 준비되었으며 기계적 특성들에 대해서 테스트되었다.

다음 표 4는 테스트 결과들을 나타낸다. 충격 강도는 ISO 5754에 따라 테스트되었다. 인장 테스트도 또한 SS EN ISO 2740에 따라 수행되었다.

	Mo[wt%]	P[wt%]	C[wt%]	wt%Mo+8*wt%P	[이론밀도의]밀도%	IE[J/㎠]	인장강도Rm[MPa]
C	0.94	0.11	<0.05	1.8	92.3	>450	331
E	0.93	0.31	<0.05	3.4	94.7	180	395
G	0.92	0.50	<0.05	4.9	96.4	32	458
H	1.39	0.49	<0.05	5.3	96.5	22	480

표 4로부터 알 수 있듯이 높은 고밀도화는 조성물 E, G 및 H로부터 얻어지나, 조성물들 G 및 H로부터의 조성물들의 테스팅은 낮은 충격 강도 값들을 나타낸다. 샘플 C의 인장 테스트에서 350 MPa보다 더 낮은 인장 강도가 얻어졌다. 도 4는 예 4에 따른 상이한 샘플에 대한 주요 냉각 경로를 나타낸다.

예 5

표 5에 따른 분말 조성물 X는 환원 분위기에서 소결되었다. 소결 밀도는 표 4로부터의 조성물 E와 유사했다. 그러나 인장 강도는 증가되었다.

	Mo[wt%]	P[wt%]	C[wt%]	Cr[wt%]	wt%Mo+8*wt%P	[이론밀도의]밀도%	인장강도Rm[MPa]
X	0.49	0.35	<0.05	2.6	3.3	94.6	446

예 6

공급원료 함유 분말 조성물 J가 예 1에 따른 분말 조성물을 준비하고 그 분말 조성물을 유기 결합제에 혼합함으로써 준비되었다. 유기 결합제는 47.5% 폴리에틸렌, 47.5% 파라핀 왁스 및 5% 스테아린 산으로 구성되었다. 모든 %는 중량 %이다. 유기 결합제 및 분말 조성물들은 체적%로 49 : 51의 비율로 혼합되었다.

공급원료는 ISO-SS EN ISO 2740에 따른 표준 MIM 인장 바아들 및 ISO 5754에 따른 충격 테스트 샘플들로 사출 성형되었다. 샘플들은 파라핀 왁스를 제거하기 위해서 60 ℃에서 4 시간 동안 헥산 내에 풀어 놨으며, 60분 동안 90% 질소, 10% 수소의 분위기에서 1400 ℃의 소결이 이어졌다. 테스팅은 예 4에 따라 수행되었다. 다음 표 6은 인장 테스트로부터의 결과를 나타낸다. 치수 분산 측정들을 위해서 5 개의 인장 테스트 샘플들이 사용되었다.

	Mo[wt%]	P[wt%]	C[wt%]	wt%Mo+8*wt%P	[이론밀도의]밀도%	IE[J/㎠]	인장강도Rm[MPa]	치수 분산도[%]
J	1.01	0.29	<0.05	3.33	95.1	67	397	0.10

표 6으로부터 알 수 있듯이 소결 밀도 및 기계적 특성들은 예 4에 따라 준비된 샘플들, 즉 150 MPa에서 압분에 의해 준비된 샘플들을 테스팅할 때 얻어진 결과들과 매우 유사했다. 치수 분산은 소결된 인장 바아들의 길이에 대한 표준 편차로서 평가되었다. 공급원료 내의 낮은 함량의 고형물 및 비교적 굵은 금속 분말들을 사용했음에도 불구하고, 치수 분산은 MIM 공정에 따라 제조된 부품들에 정상적으로 얻은 값을 나타냈다.

Claims

20-60 ㎛의 평균 입자 크기를 가지며 상기 입자의 99%가 120 ㎛보다 작은, 금속 사출 성형용 철계 분말 조성물로서,
상기 철계 분말 조성물은 철계 분말 조성물의 중량%로,
Mo : 0.3-1.6,
P : 0.1-0.6,
선택적으로 최대 3.0 Cu,
선택적으로 최대 0.6 Si,
선택적으로 최대 5 Cr,
불가피한 불순물들 최대 1.0, 그 중 탄소가 0.1 미만,
나머지 철을 포함하며, 그리고
Mo 및 8*P 함량의 합이 2-4.7 범위 이내에 있는,
금속 사출 성형용 철계 분말 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 철계 분말 조성물은 분말 조성물이 0.3-1.6 중량%의 Mo를 포함하는 양으로 Mo와 사전 합금화되는 철 분말을 포함하는,
금속 사출 성형용 철계 분말 조성물.
제 1 항에 있어서,
P는 Fe₃P 분말의 형태로 존재하는,
금속 사출 성형용 철계 분말 조성물.
제 1 항에 있어서,
Mo의 함량은 철계 분말 조성물의 0.35-1.55 중량%인,
금속 사출 성형용 철계 분말 조성물.
제 1 항에 있어서,
P의 함량은 철계 분말 조성물의 0.1-0.45 중량%인,
금속 사출 성형용 철계 분말 조성물.
금속 사출 성형 공급원료 조성물로서,
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 철계 분말 조성물, 및
결합제를 포함하는,
금속 사출 성형 공급원료 조성물.
제 6 항에 있어서,
상기 결합제는 공급원료 조성물의 30-65 체적%의 농도의 하나 이상의 유기 결합제인,
금속 사출 성형 공급원료 조성물.
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