RU2532221C2 - Железо-ванадиевый порошковый сплав - Google Patents

Железо-ванадиевый порошковый сплав Download PDF

Info

Publication number
RU2532221C2
RU2532221C2 RU2011142321/02A RU2011142321A RU2532221C2 RU 2532221 C2 RU2532221 C2 RU 2532221C2 RU 2011142321/02 A RU2011142321/02 A RU 2011142321/02A RU 2011142321 A RU2011142321 A RU 2011142321A RU 2532221 C2 RU2532221 C2 RU 2532221C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
less
content
powder
component
powder according
Prior art date
Application number
RU2011142321/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011142321A (ru
Inventor
Свен БЕНГТССОН
Original Assignee
Хеганес Актиеболаг (Пабл)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Хеганес Актиеболаг (Пабл) filed Critical Хеганес Актиеболаг (Пабл)
Publication of RU2011142321A publication Critical patent/RU2011142321A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2532221C2 publication Critical patent/RU2532221C2/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0264—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements the maximum content of each alloying element not exceeding 5%
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/105—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material containing inorganic lubricating or binding agents, e.g. metal salts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/004—Very low carbon steels, i.e. having a carbon content of less than 0,01%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/16—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, в частности к водораспыленному порошку, и может быть использовано для производства спеченных и при необходимости кованых деталей. Водораспыленный предварительно легированный стальной порошок, содержащий, мас.%: 0,05-0,4 V, 0,09-0,3 Mn, менее чем 0,1 Cr, менее чем 0,1 Мо, менее чем 0,1 Ni, менее чем 0,2 Cu, менее чем 0,1 С, менее чем 0,25 О, менее чем 0,5 неизбежных примесей, остальное железо. Полученные порошковые кованые детали имеют высокий предел текучести при сжатии с относительно низкой твердостью по Викерсу, хорошей обрабатываемостью резанием. 4 н. и 12 з.п.ф-лы, 3 табл.

Description

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к содержащему ванадий порошку на основе железа, практически не содержащему хрома, молибдена и никеля, а также к порошковой композиции, содержащей этот порошок и другие добавки, и к изготовленному из этой порошковой композиции порошковому кованому компоненту. Порошок и порошковая композиция предназначены для экономичного производства порошковых спеченных и альтернативно кованых деталей.
Предпосылки изобретения
В промышленности все более распространенным становится использование металлоизделий, производимых компактированием и спеканием металлических порошковых композиций. Производится ряд разнообразных изделий различной формы и толщины, и требования к их качеству постоянно растут при одновременном желании снизить стоимость. Так как компоненты окончательной формы или компоненты почти окончательной формы, требующие минимума обработки резанием для достижения конечной формы, получают прессованием и спеканием железных порошковых композиций в сочетании с высокой степенью использования материала, эта технология имеет огромное преимущество перед традиционными технологиями формования металлических деталей, такими как литье или обработка резанием из прутковой заготовки или поковок.
Одна проблема, связанная с методом прессования и спекания, однако, состоит в том, что спеченный компонент содержит определенное количество пор, уменьшающих прочность компонента. В основном, существуют два способа преодоления отрицательного воздействия на механические свойства, вызванного пористостью компонента: 1) прочность спеченного компонента можно увеличить введением легирующих элементов, таких как углерод, медь, никель, молибден и т.д.; 2) пористость спеченного компонента можно уменьшить повышением сжимаемости порошковой композиции и/или увеличением давления компактирования для более высокой плотности неспеченного материала, или увеличением усадки компонента во время спекания. На практике применяют сочетание упрочнения компонента добавлением легирующих элементов и минимизацией пористости.
Хром служит для упрочнения матрицы при закалке твердого раствора, повышает закаливаемость, стойкость к окислению и сопротивление истиранию спеченного изделия. Однако содержащие хром железные порошки могут оказаться трудноспекаемыми, так как для них часто требуются высокая температура и очень хорошо контролируемые атмосферы.
Настоящее изобретение относится к сплаву, не содержащему хрома, т.е. не имеющему преднамеренного содержания хрома. Это приводит к более низким требованиям к оборудованию печи для спекания и контролю атмосферы по сравнению со спеканием содержащих хром материалов.
Порошковая ковка включает в себя быстрое уплотнение спеченной заготовки с использованием ковочного удара. Результатом является полноплотная деталь окончательной формы или деталь почти окончательной формы, пригодная для высокоэффективных применений. Как правило, порошковые кованые изделия производили из железного порошка, смешанного с медью и графитом. Другие типы предложенных материалов включают железный порошок, предварительно легированный никелем и молибденом и небольшими количествами марганца для повышения закаливаемости железа без образования устойчивых оксидов. Также обычно добавляют повышающие обрабатываемость агенты, такие как MnS.
Углерод в готовом компоненте будет увеличивать прочность и твердость. Медь плавится перед достижением температуры спекания, увеличивая скорость диффузии и способствуя образованию «шеек» спекания. Добавление меди улучшит прочность, твердость и закаливаемость.
Шатуны для двигателей внутреннего сгорания успешно производили по технологии порошковой ковки. При изготовлении шатунов с помощью порошковой ковки большую головку компактированного и спеченного компонента обычно подвергают операции расщепления изломом. Отверстия и резьбы для болтов большой головки нарезают на станке. Важным свойством шатуна для двигателя внутреннего сгорания является высокий предел текучести при сжатии, так как шатун подвергается сжимающим нагрузкам, в три раза превышающим растягивающие нагрузки. Другим важным свойством материала является надлежащая обрабатываемость резанием, потому что отверстия и резьбы необходимо нарезать на станке с тем, чтобы соединить расщепленные большие головки после установки. Однако производство шатунов представляет собой крупномасштабное и ценочувствительное применение со строгими требованиями к эффективности, проектированию и долговечности. Следовательно, очень желательными являются материалы или способы, которые обеспечивают более низкие затраты.
US 3901661, US 4069044, US 4266974, US 5605559, US 6348080 и WO 03/106079 описывают содержащие молибден порошки. Когда предварительно легированный молибденом порошок используют для производства прессованных и спеченных деталей, в спеченной детали легко образуется бейнит. В частности, когда используют порошки с низкими содержаниями молибдена, образующийся бейнит является крупнозернистым, ухудшая обрабатываемость, что может представлять проблему, в частности, для шатунов, где желательна хорошая обрабатываемость резанием. Кроме того, молибден является очень дорогостоящим в качестве легирующего элемента.
В US 5605559 была получена микроструктура мелкозернистого перлита при легированном молибденом порошке путем поддержания очень низкого содержания Mn. Однако поддержание очень низкого содержания Mn может оказаться очень дорогостоящим, в частности, когда в производстве используют дешевый стальной лом, потому что стальной лом часто содержит Mn на уровне 0,1 мас.% и выше. Кроме того, Mo является дорогостоящим легирующим элементом. Таким образом, полученный порошок будет соответственно сравнительно дорогостоящим вследствие низкого содержания Mn и высокой стоимости Mo.
US 2003/0033904, US 2003/0196511 и US 2006/086204 описывают порошки, пригодные для производства порошковых кованых шатунов. Эти порошки содержат предварительно легированные, содержащие марганец и серу порошки на основе железа, смешанные с медным порошком и графитом. US 2006/086204 описывает шатун, сделанный из смеси железного порошка, графита, сульфида марганца и медного порошка. Максимальное значение предела текучести при сжатии, 775 МПа, было получено для материала с 3 мас.% Cu и 0,7 мас.% графита. Соответствующее значение твердости составляло 34,7 HRC, что соответствует примерно 340 HV1. Уменьшение содержаний меди и углерода также приведет к сниженным пределу текучести при сжатии и твердости.
US 5571305 описывает порошок, имеющий превосходную обрабатываемость. Серу и хром активно используют в качестве легирующих элементов.
Задачи изобретения
Одна задача изобретения состоит в предложении легированного содержащего ванадий порошка на основе железа, практически не содержащего хрома, молибдена и никеля и пригодного для производства непосредственно спеченных и необязательно кованых порошковых компонентов, таких как, например, шатуны.
Другая задача изобретения состоит в предложении порошка, пригодного для получения порошковых кованых компонентов, имеющих высокий предел текучести при сжатии, ПТС, в сочетании с относительно низкой твердостью по Виккерсу, что позволяет легко обрабатывать резанием непосредственно спеченную и необязательно кованую порошковую деталь, в то же время являющуюся достаточно прочной. Желательно отношение ПТС/твердость (HV1) выше 2,25, предпочтительно выше 2,30, при наличии значения ПТС по меньшей мере 830 МПа и твердости HV1 не более 420.
Другая задача изобретения состоит в предложении порошковой спеченной и альтернативно кованой детали, предпочтительно шатуна, с вышеуказанными свойствами.
Сущность изобретения
По меньшей мере одна из этих задач решается следующим:
- водораспыленный низколегированный стальной порошок, который содержит, мас.%: 0,05-0,4 V, 0,09-0,3 Mn, менее чем 0,1 Cr, менее чем 0,1 Mo, менее чем 0,1 Ni, менее чем 0,2 Cu, менее чем 0,1 C, менее чем 0,25 O, менее чем 0,5 неизбежных примесей, а остальное составляет железо;
- композиция стального порошка на основе железа, основанная на этом стальном порошке, содержащая, в % от массы композиции: 0,35-1 C в виде графита и необязательно 0,05-2 смазки, и/или 1,5-4 Cu в виде медного порошка, и/или 1-4 Ni в виде никелевого порошка; и необязательно твердофазные материалы и повышающие обрабатываемость агенты;
- cпособ изготовления спеченного и необязательно кованого порошкового компонента, включающий следующие стадии:
a) приготавливают композицию стального порошка на основе железа указанного выше состава;
b) подвергают композицию компактированию между 400 и 2000 МПа с получением неспеченного компонента;
c) спекают полученный неспеченный компонент в восстановительной атмосфере при температуре между 1000 и 1400°C; и
d) необязательно куют нагретый компонент при температуре выше 500°C или подвергают полученный спеченный компонент термической обработке;
- компонент, изготовленный из такой композиции.
Стальной порошок имеет низкие и заданные содержания марганца и ванадия и практически не содержит хрома, молибдена и никеля и оказался пригодным для изготовления компонента, который имеет отношение предела текучести при сжатии к твердости выше 2,25, при этом имея значение ПТС по меньшей мере 830 МПа и твердость HV1 не более 420.
Подробное описание изобретения
Приготовление легированного стального порошка на основе железа
Стальной порошок получают распылением водой расплава стали, содержащего заданные количества легирующих элементов. Распыленный порошок далее подвергают процессу восстановительного отжига, такому как описанный в патенте США № 6027544, включенном сюда посредством ссылки. Размер частиц стального порошка может быть любым при условии, что он совместим с процессами прессования и спекания или порошковой ковки. Пример пригодного размера частиц представляет собой размер частиц известного порошка ABC 100.30, поставляемый фирмой Höganäs AB, Швеция, и имеющий примерно 10 мас.% крупнее 150 мкм и примерно 20 мас.% мельче 45 мкм.
Состав стального порошка
Марганец будет, как и хром, увеличивать прочность, твердость и закаливаемость стального порошка. Кроме того, если содержание марганца слишком низко, невозможно использовать дешевый вторичный лом, если только не осуществлять специальную обработку для его снижения в ходе производства стали, что увеличивает затраты. Более того, марганец может реагировать с некоторой частью присутствующего кислорода, тем самым уменьшая любое образование оксидов ванадия. Поэтому содержание марганца должно быть не ниже чем 0,09% по массе, предпочтительно не ниже чем 0,1 мас.%. Содержание марганца выше 0,3 мас.% может усиливать образование марганецсодержащих включений в стальном порошке и может также оказывать отрицательное воздействие на сжимаемость вследствие закалки твердого раствора и увеличенной твердости феррита; предпочтительно содержание марганца составляет не более 0,20 мас.%, предпочтительнее не более 0,15%.
Ванадий увеличивает прочность за счет дисперсионного упрочнения. Ванадий обладает также эффектом измельчения размера зерен и считается в данном контексте способствующим образованию желательной мелкозернистой перлитной/ферритной микроструктуры. При более высоком содержании ванадия размер выделений карбида и нитрида ванадия увеличивается, ухудшая тем самым характеристики порошка. Кроме того, более высокое содержание ванадия способствует захвату кислорода, увеличивая тем самым уровень кислорода в изготавливаемом из порошка компоненте. По этой причине ванадий должен составлять не более 0,4% по массе. Его содержание ниже 0,05% по массе будет оказывать незначительное воздействие на целевые свойства. Поэтому содержание ванадия должно составлять между 0,05% и 0,4% по массе, предпочтительно между 0,1% и 0,35% по массе, предпочтительнее между 0,25 до 0,35% по массе.
Содержание кислорода составляет не более 0,25 мас.%, слишком высокое содержание оксидов ухудшает прочность спеченного и необязательно кованого компонента, а также ухудшает сжимаемость порошка. По этим причинам кислород предпочтительно составляет не более 0,18 мас.%.
Никель должен составлять менее чем 0,1 мас.%, предпочтительно менее чем 0,05 мас.%, предпочтительнее менее чем 0,03 мас.%. Медь должна составлять менее чем 0,2 мас.%, предпочтительно менее чем 0,15 мас.%, предпочтительнее менее чем 0,1 мас.%. Хром должен составлять менее чем 0,1 мас.%, предпочтительно менее чем 0,05 мас.%, предпочтительнее менее чем 0,03 мас.%. Чтобы предотвратить образование бейнита, а также сохранить низкими затраты, поскольку молибден является очень дорогостоящим легирующим элементом, молибден должен составлять менее чем 0,1 мас.%, предпочтительно менее чем 0,05 мас.%, предпочтительнее менее чем 0,03 мас.%. Ни один из данных элементов (Ni, Cu, Cr, Mo) не является необходимым, но может быть допустимым ниже вышеуказанных уровней.
Углерод в стальном порошке должен составлять не более 0,1 мас.%, предпочтительно менее чем 0,05 мас.%, предпочтительнее менее чем 0,02 мас.%, наиболее предпочтительно менее чем 0,01 мас.%, а азот должен составлять не более 0,1 мас.%, предпочтительно менее чем 0,05 мас.%, предпочтительнее менее чем 0,02 мас.%, наиболее предпочтительно менее чем 0,01 мас.%. Более высокие содержания углерода и азота неприемлемо уменьшат сжимаемость порошка.
Помимо указанных выше элементов суммарное количество неизбежных примесей, таких как фосфор, кремний, алюминий, сера и так далее, должно составлять менее чем 0,5 мас.% с тем, чтобы они не ухудшили сжимаемость стального порошка или не действовали в качестве образователей вредных включений, предпочтительно менее чем 0,3 мас.%. Среди неизбежных примесей сера должна составлять менее чем 0,05 мас.%, предпочтительно менее чем 0,03 мас.%, а наиболее предпочтительно менее чем 0,02 мас.%, так как она могла бы образовывать FeS, который привел бы к изменению температуры плавления стали и таким образом нарушил процесс ковки. Кроме того, известно, что сера стабилизирует свободный графит в стали, что повлияло бы на ферритную/перлитную структуру спеченного компонента. Другие неизбежные примеси должны составлять каждая менее чем 0,10 мас.%, предпочтительно менее чем 0,05 мас.%, а наиболее предпочтительно менее чем 0,03 мас.%, чтобы они не ухудшали сжимаемость стального порошка или не действовали в качестве образователей вредных включений.
Порошковая композиция
Перед компактированием стальной порошок на основе железа смешивают с графитом и необязательно с медным порошком, и/или смазками, и/или никелевым порошком, а также необязательно с твердофазными материалами и повышающими обрабатываемость агентами.
Чтобы повысить прочность и твердость спеченного компонента, в матрицу вводят углерод. Углерод (C) добавляют в виде графита в количестве 0,35-1,0% от массы композиции, предпочтительно 0,5-0,8 мас.%. В количестве, составляющем менее чем 0,35 мас.%, C приведет к слишком низкой прочности, а в количестве более 1,0 мас.% C приведет к чрезмерному образованию карбидов, придавая слишком высокую твердость и ухудшая свойства обрабатываемости. По этой причине предпочтительное добавляемое количество карбида составляет 0,5-0,8 мас.%. Если после спекания или ковки компонент подлежит термообработке в соответствии с процессом термической обработки, включающим науглероживание, то количество добавляемого графита может составлять менее чем 0,35%.
Смазки добавляют к композиции для того, чтобы способствовать компактированию и выталкиванию компактированного компонента. Добавление смазок в количестве менее чем 0,05 мас.% от массы композиции произведет незначительный эффект, а добавление более 2 мас.% от массы композиции приведет к слишком низкой плотности компактированного изделия. Смазки можно выбирать из группы, в которую входят стеараты металлов, воски, жирные кислоты и их производные, олигомеры, полимеры и другие органические вещества, обладающие смазывающим эффектом.
Медь (Cu) обычно используют в качестве легирующего элемента в технологии порошковой металлургии. Cu будет повышать прочность и твердость посредством закалки твердого раствора. Медь будет также способствовать образованию «шеек» спекания во время спекания, потому что Cu плавиться перед достижением температуры спекания, обеспечивая так называемое жидкофазное спекание, которое происходит быстрее, чем спекание в твердом состоянии. Порошок предпочтительно смешивают с Cu или диффузионно связывают с Cu, предпочтительно в количестве 1,5-4 мас.% Cu, предпочтительнее количество Cu составляет 2,5-3,5 мас.%.
Никель (Ni) обычно используют в качестве легирующего элемента в технологии порошковой металлургии. Ni увеличивает прочность и твердость, в то же время обеспечивая хорошую пластичность (ковкость). В отличие от меди никелевые порошки не плавятся во время спекания. Это делает необходимым использование более мелкодисперсных частиц при смешивании, так как более мелкодисперсные порошки обеспечивают лучшее распределение посредством твердофазной диффузии. Порошок можно необязательно смешивать с Ni или диффузионно связывать с Ni, в таких случаях предпочтительно в количестве 1-4 мас.% Ni. Однако так как никель представляет собой дорогостоящий элемент, особенно в виде мелкодисперсного порошка, порошок не смешивают с Ni и не связывают диффузионно с Ni в предпочтительном варианте осуществления изобретения.
Можно добавлять другие вещества, такие как, например, твердофазные материалы и повышающие обрабатываемость агенты, такие как MnS, MoS2, CaF2, различные виды минералов и т.д.
Спекание
Порошковую композицию на основе железа переносят в пресс-форму и подвергают компактированию при давлении примерно 400-2000 МПа до плотности неспеченного материала выше примерно 6,75 г/см3. Полученный неспеченный компонент далее подвергают спеканию в восстановительной атмосфере при температуре примерно 1000-1400°C, предпочтительно между примерно 1100-1300°C.
Обработки после спекания
Спеченный компонент может быть подвергнут операции ковки для достижения полной плотности. Операцию ковки можно осуществлять либо непосредственно после операции спекания, когда температура компонента составляет примерно 500-1400°C, либо после охлаждения спеченного компонента, причем охлажденный компонент затем повторно нагревают до температуры примерно 500-1400°C перед операцией ковки.
Спеченный или кованый компонент можно также подвергать процессу закалки для получения желательной микроструктуры с помощью термообработки и контролируемой скорости охлаждения. Процесс закалки может включать в себя известные процессы, такие как цементация, азотирование, индукционная закалка и т. п. В том случае, когда термообработка включает в себя науглероживание, количество добавляемого графита может составлять менее чем 0,35%.
Можно использовать другие виды обработки после спекания, такие как поверхностная прокатка или дробеструйная нагартовка, что привносит остаточные сжимающие напряжения, продляющие усталостную долговечность.
Свойства конечного компонента
В отличие от ферритной/перлитной структуры, полученной при спекании компонентов на основании обычно используемых в порошковой металлургии систем железо-медь-углерод, а особенно для порошковой ковки, легированный стальной порошок согласно настоящему изобретению предназначен для получения более тонкой ферритной/перлитной структуры.
Без ограничения какой-либо конкретной теорией, полагают, что эта более тонкая ферритная/перлитная структура способствует повышению предела текучести при сжатии по сравнению с материалами, полученными из системы железо-медь-углерод, при таком же уровне твердости. Требование повышенного предела текучести при сжатии является особенно выраженным для шатунов, в том числе кованых порошковых шатунов. В то же время должно быть возможно обработать резанием материалы шатунов экономичным образом, поэтому твердость материала должна быть относительно низкой. Настоящее изобретение предлагает новый низколегированный материал, имеющий высокий предел текучести при сжатии в сочетании с низким значением твердости, давая в результате отношение ПТС/HV1 выше 2,25, в то время имея значение ПТС по меньшей мере 830 МПа и твердость HV1 не более 420.
Кроме того, нежелательно слишком высокое содержание кислорода в компоненте, потому что это будет оказывать отрицательное воздействие на механические свойства. Поэтому предпочтительно иметь содержание кислорода ниже 0,1 мас.%.
ПРИМЕРЫ
Предварительно легированные стальные порошки на основе железа получали распылением водой расплавов стали. Полученные исходные порошки затем отжигали в восстановительной атмосфере с последующим процессом аккуратного измельчения для разделения спеченного порошкового брикета. Размер частиц порошков составлял менее 150 мкм. Таблица 1 показывает химические составы различных порошков.
Таблица 1
Порошок Mn [масс.%] V [масс.%] C [масс.%] O [масс.%] N [масс.%] S [масс.%]
A 0,09 0,14 0,004 0,11 0,006 0,001
B 0,11 0,05 0,003 0,13 0,001 0,003
C 0,13 0,20 0,004 0,18 0,002 0,004
D 0,09 0,46 0,002 0,19 0,002 0,001
F 0,12 0,28 0,005 0,20 0,007 0,003
G 0,17 0,20 0,004 0,17 0,003 0,004
Контр. <0,01 <0,01 Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных
Таблица 1 показывает химический состав стальных порошков.
Полученные стальные порошки A-G смешивали с графитом UF4 от фирмы Kropfmühl согласно количествам, указанным в таблице 2, и 0,8 мас.% амидного воска ПМ (Amide Wax PM), поставляемого фирмой Höganäs AB, Швеция. Медный порошок Cu-165 от фирмы A Cu Powder, США, добавляли согласно количествам, указанным в таблице 2.
В качестве контроля приготовили композицию железо-медь-углерод на основе железного порошка ASC 100.29, поставляемого фирмой Höganäs AB, Швеция, и таких же количеств графита и меди, соответствующих количествам, указанным в таблице 2. Кроме того, к Контр.1, Контр.2 и Контр.3 соответственно добавляли амидный воск ПМ, поставляемый фирмой Höganäs AB, Швеция.
Полученные порошковые композиции переносили в пресс-форму и компактировали с получением неспеченных компонентов при давлении компактирования 490 МПа. Компактированные неспеченные компоненты помещали в печь при температуре 1120°C в восстановительной атмосфере на приблизительно 40 мин. Спеченные и нагретые компоненты извлекали из печи и сразу после этого ковали в замкнутой полости до полной плотности. После процесса ковки компонентам давали охладиться на воздухе при комнатной температуре.
Кованые компоненты обрабатывали резанием на станке до образцов для испытаний на предел текучести при сжатии согласно стандарту ASTM E9-89c и испытывали в отношении предела текучести при сжатии (ПТС) согласно стандарту ASTM E9-89c.
Твердость по Виккерсу (HV1) испытывали на тех же компонентах согласно стандарту EN ISO 6507-1, а химические анализы на медь, углерод и кислород проводили на образцах для испытаний на предел текучести при сжатии.
Следующая таблица 2 показывает количества графита, добавленные к композиции перед изготовлением образцов для испытаний. Она также показывает результаты химических анализов образцов для испытаний на C, Cu и O. Количество выявленной анализом Cu в образцах для испытаний соответствует количеству примешанного в композицию медного порошка. Данная таблица также показывает результаты испытаний образцов на ПТС и твердость.
Таблица 2
Порошковая композиция Добавка графита [масс.%] Cu
[масс.%]		 C
[масс.%]		 O
[масс.%]		 ПТС
[МПа]		 Твердость,
HV1		 Отношение ПТС/HV1
A1 0,6 3,0 0,5 0,02 891 374 2,38
A2 0,7 3,0 0,6 0,02 938 401 2,34
B1 0,6 3,0 0,5 0,05 700 266 2,63
B2 0,7 3,0 0,6 0,05 850 371 2,29
C1 0,6 3,0 0,5 0,03 900 355 2,53
C2 0,7 3,0 0,6 0,03 950 380 2,50
D1 0,6 3,0 0,5 0,14 Нет данных Нет данных Нет данных
D2 0,7 3,0 0,6 0,12 Нет данных Нет данных Нет данных
F1 0,6 3,0 0,5 0,04 1030 338 3,04
F2 0,7 3,0 0,6 0,06 1080 359 3,00
G1 0,6 3,0 0,5 0,07 872 368 2,37
G2 0,7 3,0 0,6 0,08 940 399 2,36
Контр.1 0,6 2,0 0,5 0,01 627 244 2,57
Контр.2 0,6 3,0 0,5 0,02 730 290 2,51
Контр.3 0,7 3,0 0,6 0,01 775 375 2,06
Таблица 2 показывает количество добавленного графита и проанализированное содержание C и Cu в полученных образцах, а также результаты испытаний на ПТС и твердость.
Образцы, приготовленные из всех композиций от A1 до F2, за исключением B1 и Контр.1-3, обеспечили достаточное значение ПТС, выше 830 МПа, в сочетании с отношением ПТС/HV1 выше 2,25 и твердостью HV1 менее чем 420. Образец B1 с 0,6 мас.% добавленного графита не обеспечил достаточного значения ПТС. Однако при увеличении количества добавленного графита до 0,7 мас.% значение ПТС становится выше 830 МПа, в то время как отношение ПТС/HV1 достигает более широкой цели (2,25), но оказывается ниже предпочтительного отношения (2,30). Поэтому можно сделать вывод, что нижний предел содержания ванадия составляет где-то около 0,05 мас.%. Однако предпочтительно иметь содержание ванадия выше 0,1 мас.%.
Для образцов D1 и D2 количество кислорода в конечных образцах составляет выше 0,1 мас.%, что нежелательно, потому что высокие уровни кислорода могут ухудшить механические свойства. Считается, что это вызвано содержанием ванадия выше 0,4 мас.%, так как ванадий имеет высокое сродство к кислороду. Поэтому содержания ванадия выше 0,4 мас.% нежелательны.
Как видно из таблицы, образцы F1 и F2 показывают очень хорошие результаты.
Образцы G1 и G2 демонстрируют, что даже если содержание марганца в 0,17 мас.% обеспечивает приемлемые результаты, предпочтительно соблюдать уровень ниже 0,15 мас.%, как в образцах C1 и C2, для которых результаты лучше.
Образцы, приготовленные из композиций Контр.1-3, обладают слишком низким пределом текучести при сжатии, несмотря на относительно высокое содержание углерода и меди. Дальнейшее увеличение содержания углерода и меди может обеспечить достаточный предел текучести при сжатии, но твердость станет слишком высокой, таким образом еще больше снижая отношение ПТС/HV1.
В другом примере порошковые композиции на основе порошка A и контрольного порошка, оба из таблицы 1, смешивали с графитом UF4 от фирмы Kropfmühl, 0,8 мас.% амидного воска ПМ, поставляемого фирмой Höganäs AB, Швеция, и необязательно медным порошком Cu-165 от фирмы A Cu Powder, США, согласно количествам, указанным в таблице 3. Контрольный порошок в таблице 1 представляет собой железный порошок ASC 100.29, поставляемый фирмой Höganäs AB, Швеция. Композиции A3, A4, Контр.4 и Контр.5 были без добавки медного порошка, а композиции A5, A6, Контр.6 и Контр.7 смешивали с 2 мас.% медного порошка.
Таблица 3
Порошковая композиция Добавка графита
[мас.%]		 Добавка Cu
[мас.%]		 ППР
[МПа]		 ПТ
[МПа]
A3 0,5   415 324
A4 0,8   514 396
A5 0,5 2,0 558 462
A6 0,8 2,0 660 559
Контр.4 0,5   340 215
Контр.5 0,8   425 270
Контр.6 0,5 2,0 494 375
Контр.7 0,8 2,0 570 470
Полученные порошковые композиции переносили в пресс-форму и компактировали с получением неспеченных компонентов при давлении компактирования 600 МПа. Компактированные неспеченные компоненты помещали в печь при температуре 1120°C в восстановительной атмосфере на приблизительно 30 мин.
Образцы для испытаний приготовили согласно стандарту SS-EN ISO 2740, которые и испытывали согласно стандарту SS-EN 1002-1 на предел прочности при растяжении (ППР) и предел текучести (ПТ).
При сравнении результатов для Контр.4 и Контр.6 можно видеть, что значение ПТ на 160 МПа выше у Контр.6 по сравнению с Контр.4, что соответствует 80 МПа в расчете на добавленный % Cu. Если мы сравним композицию A3 и Контр.4, то можно видеть, что значение ПТ на 109 МПа выше у A3 по сравнению с Контр.4, что соответствует примерно 80 МПа в расчете на 0,1 мас.% добавленного V. Такой сильный эффект добавки V является неожиданным. Кроме того, это справедливо также для порошковых смесей с более высоким содержанием углерода (A4/Контр.5) и для смесей как с медью, так и с углеродом (A5/Контр.6 и A6/Контр.7).

Claims (16)

1. Водораспыленный предварительно легированный стальной порошок, содержащий, мас.%:
V 0,05-0,4
Mn 0,09-0,3
Cr менее чем 0,1
Мо менее чем 0,1
Ni менее чем 0,1
Cu менее чем 0,2
С менее чем 0,1
О менее чем 0,25
неизбежных примесей менее чем 0,5
железо остальное
2. Порошок по п.1, отличающийся тем, что содержание V составляет 0,1-0,35 мас.%.
3. Порошок по п.2, отличающийся тем, что содержание V составляет 0,2-0,35 мас.%.
4. Порошок по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что содержание Mn составляет 0,09-0,2 мас.%.
5. Порошок по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что содержание примеси S составляет менее чем 0,05 мас.%.
6. Порошок по п. 4, отличающийся тем, что содержание примеси S составляет менее чем 0,05 мас.%.
7. Порошок по любому из пп. 1-3 или 6, отличающийся тем, что содержание Cr составляет менее чем 0,05 мас.%, содержание Ni составляет менее чем 0,05 мас.%, содержание Мо составляет менее чем 0,05 мас.%, содержание Cu составляет менее чем 0,15 мас.%, содержание примеси S составляет менее чем 0,03 мас.%, а суммарное количество случайных примесей составляет менее чем 0,3 мас.%.
8. Порошок по п. 4, отличающийся тем, что содержание Cr составляет менее чем 0,05 мас.%, содержание Ni составляет менее чем 0,05 мас.%, содержание Мо составляет менее чем 0,05 мас.%, содержание Cu составляет менее чем 0,15 мас.%, содержание примеси S составляет менее чем 0,03 мас.%, а суммарное количество случайных примесей составляет менее чем 0,3 мас.%.
9. Порошок по п. 5, отличающийся тем, что содержание Cr составляет менее чем 0,05 мас.%, содержание Ni составляет менее чем 0,05 мас.%, содержание Мо составляет менее чем 0,05 мас.%, содержание Cu составляет менее чем 0,15 мас.%, содержание примеси S составляет менее чем 0,03 мас.%, а суммарное количество случайных примесей составляет менее чем 0,3 мас.%.
10. Порошковая композиция на основе предварительно легированного стального порошка, характеризующаяся тем, что она содержит водораспыленный предварительно легированный стальной порошок по любому из пп. 1-9, смешанный с 0,35-1 мас.% графита и, необязательно, с 0,05-2 мас.% смазки, и/или с медью в количестве 1,5-4 мас.%, и/или с никелем в количестве 1-4 мас.%; и, необязательно, с твердофазными материалами и повышающими обрабатываемость агентами.
11. Способ изготовления спеченного компонента из предварительно легированного стального порошка, включающий следующие стадии:
a) приготовление порошковой композиции по п.10;
b) компактирование композиции при давлении между 400 и 2000 МПа;
с) спекание полученного неспеченного компонента в восстановительной атмосфере при температуре между 1000 и 1400°С;
d) необязательно ковку при температуре выше 500°С или термическую обработку спеченного компонента.
12. Кованый компонент из предварительно легированного стального порошка, характеризующийся тем, что он изготовлен из порошковой композиции по п.10.
13. Компонент по п.12, отличающийся тем, что он имеет по существу перлитную/ферритную микроструктуру.
14. Компонент по п.12, отличающийся тем, что он представляет собой шатун.
15. Компонент по п.13, отличающийся тем, что он представляет собой шатун.
16. Компонент по любому из пп.12-15, отличающийся тем, что он имеет предел текучести при сжатии (ПТС) по меньшей мере 830 МПа, отношение между пределом текучести при сжатии (ПТС) и твердостью по Виккерсу (HV1), по меньшей мере, 2,25, причем при вычислении данного отношения предел текучести при сжатии выражен в МПа.
RU2011142321/02A 2009-03-20 2010-03-15 Железо-ванадиевый порошковый сплав RU2532221C2 (ru)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16183809P 2009-03-20 2009-03-20
US61/161,838 2009-03-20
SE0950180-0 2009-03-20
SE0950180 2009-03-20
PCT/SE2010/050282 WO2010107372A1 (en) 2009-03-20 2010-03-15 Iron vanadium powder alloy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011142321A RU2011142321A (ru) 2013-04-27
RU2532221C2 true RU2532221C2 (ru) 2014-10-27

Family

ID=42739854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011142321/02A RU2532221C2 (ru) 2009-03-20 2010-03-15 Железо-ванадиевый порошковый сплав

Country Status (13)

Country Link
US (1) US9469890B2 (ru)
EP (1) EP2408943B1 (ru)
JP (1) JP5661096B2 (ru)
KR (1) KR101706913B1 (ru)
CN (1) CN102361997B (ru)
BR (1) BRPI1011790B1 (ru)
CA (1) CA2755568C (ru)
ES (1) ES2423058T3 (ru)
MX (1) MX2011009786A (ru)
PL (1) PL2408943T3 (ru)
RU (1) RU2532221C2 (ru)
TW (1) TWI467031B (ru)
WO (1) WO2010107372A1 (ru)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5575629B2 (ja) * 2010-12-10 2014-08-20 株式会社豊田中央研究所 鉄基焼結材およびその製造方法
CA2832433C (en) 2011-04-06 2018-10-23 Hoeganaes Corporation Vanadium-containing powder metallurgical powders and methods of their use
AU2012362827B2 (en) 2011-12-30 2016-12-22 Scoperta, Inc. Coating compositions
CA2931842A1 (en) 2013-11-26 2015-06-04 Scoperta, Inc. Corrosion resistant hardfacing alloy
KR20150103573A (ko) * 2014-03-03 2015-09-11 현대자동차주식회사 반밀폐 소결단조를 이용한 커넥팅 로드의 제조방법
CN103934453B (zh) * 2014-05-13 2015-12-02 临沂市金立机械有限公司 利用改性金属粉末锻造汽油机连杆毛坯的方法
CN103934454B (zh) * 2014-05-14 2015-12-09 临沂市金立机械有限公司 一种小型汽油机连杆毛坯的制备工艺
US11130205B2 (en) 2014-06-09 2021-09-28 Oerlikon Metco (Us) Inc. Crack resistant hardfacing alloys
CA2971202C (en) 2014-12-16 2023-08-15 Scoperta, Inc. Tough and wear resistant ferrous alloys containing multiple hardphases
RU2589035C1 (ru) * 2015-04-01 2016-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Устройство для замыкания сильноточных электрических цепей
US10105796B2 (en) 2015-09-04 2018-10-23 Scoperta, Inc. Chromium free and low-chromium wear resistant alloys
JP2018537291A (ja) 2015-11-10 2018-12-20 スコペルタ・インコーポレイテッドＳｃｏｐｅｒｔａ， Ｉｎｃ． 酸化抑制ツインワイヤーアークスプレー材料
PL3433393T3 (pl) 2016-03-22 2022-01-24 Oerlikon Metco (Us) Inc. W pełni odczytywalna powłoka natryskiwana termicznie
CA3117043A1 (en) 2018-10-26 2020-04-30 Oerlikon Metco (Us) Inc. Corrosion and wear resistant nickel based alloys
WO2021059621A1 (ja) 2019-09-27 2021-04-01 Ｊｆｅスチール株式会社 粉末冶金用合金鋼粉、粉末冶金用鉄基混合粉及び焼結体
CN112063933A (zh) * 2020-09-02 2020-12-11 苏州萨伯工业设计有限公司 用于补油泵转子的粉末冶金配方

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1740481A1 (ru) * 1990-03-19 1992-06-15 Тюменский индустриальный институт им.Ленинского комсомола Порошковый материал на основе железа дл получени спеченных изделий
US5571305A (en) * 1993-09-01 1996-11-05 Kawasaki Steel Corporation Atomized steel powder excellent machinability and sintered steel manufactured therefrom
US6332905B1 (en) * 1998-03-26 2001-12-25 Japan As Represented By Director General Of National Research Institute For Metals High-strength metal solidified material and acid steel and manufacturing methods thereof
RU2216433C2 (ru) * 1998-01-21 2003-11-20 Хеганес Аб Порошок на основе железа, способ изготовления спеченного изделия и спеченное изделие, изготовленное этим способом

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3901661A (en) 1972-04-06 1975-08-26 Toyo Kohan Co Ltd Prealloyed steel powder for formation of structural parts by powder forging and powder forged article for structural parts
US4069044A (en) * 1976-08-06 1978-01-17 Stanislaw Mocarski Method of producing a forged article from prealloyed-premixed water atomized ferrous alloy powder
JPS5810962B2 (ja) 1978-10-30 1983-02-28 川崎製鉄株式会社 圧縮性、成形性および熱処理特性に優れる合金鋼粉
JPS5993801A (ja) 1982-11-17 1984-05-30 Toyota Motor Corp 粉末冶金用純鉄粉
JPS61253301A (ja) 1985-04-30 1986-11-11 Daido Steel Co Ltd 粉末冶金用合金鋼粉末及びその製造方法
CN1104570A (zh) * 1993-05-18 1995-07-05 川崎制铁株式会社 粉末冶金用的水雾化铁粉及其制造方法
JP3957331B2 (ja) * 1993-05-18 2007-08-15 Ｊｆｅスチール株式会社 粉末冶金用水アトマイズ鉄粉の製造方法
EP0677591B1 (en) 1994-04-15 1999-11-24 Kawasaki Steel Corporation Alloy steel powders, sintered bodies and method
EP0808681A4 (en) 1995-10-18 1999-12-29 Kawasaki Steel Co IRON POWDER FOR POWDER METALLURGY, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF, AND IRON-BASED POWDER MIXTURE FOR POWDER METALLURGY
SE9602835D0 (sv) 1996-07-22 1996-07-22 Hoeganaes Ab Process for the preparation of an iron-based powder
JP3412565B2 (ja) * 1999-06-25 2003-06-03 住友金属工業株式会社 耐爪飛び性および密着性が優れたほうろう用鋼板およびその製造方法
US6514307B2 (en) * 2000-08-31 2003-02-04 Kawasaki Steel Corporation Iron-based sintered powder metal body, manufacturing method thereof and manufacturing method of iron-based sintered component with high strength and high density
US20030033904A1 (en) 2001-07-31 2003-02-20 Edmond Ilia Forged article with prealloyed powder
SE0201824D0 (sv) 2002-06-14 2002-06-14 Hoeganaes Ab Pre-alloyed iron based powder
JP4358707B2 (ja) * 2004-08-24 2009-11-04 新日本製鐵株式会社 溶接性および靱性に優れた引張り強さ５５０ＭＰａ級以上の高張力鋼材およびその製造方法
US20060086204A1 (en) 2004-10-18 2006-04-27 Edmond Ilia Impact of copper and carbon on mechanical properties of iron-carbon-copper alloys for powder metal forging applications
TWI412416B (zh) * 2006-02-15 2013-10-21 Jfe Steel Corp 鐵基質混合粉末暨鐵基質粉末成形體及鐵基質粉末燒結體之製造方法
KR101673484B1 (ko) * 2007-12-27 2016-11-07 회가내스 아베 (피유비엘) 저합금강 분말

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1740481A1 (ru) * 1990-03-19 1992-06-15 Тюменский индустриальный институт им.Ленинского комсомола Порошковый материал на основе железа дл получени спеченных изделий
US5571305A (en) * 1993-09-01 1996-11-05 Kawasaki Steel Corporation Atomized steel powder excellent machinability and sintered steel manufactured therefrom
RU2216433C2 (ru) * 1998-01-21 2003-11-20 Хеганес Аб Порошок на основе железа, способ изготовления спеченного изделия и спеченное изделие, изготовленное этим способом
US6332905B1 (en) * 1998-03-26 2001-12-25 Japan As Represented By Director General Of National Research Institute For Metals High-strength metal solidified material and acid steel and manufacturing methods thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US20110318214A1 (en) 2011-12-29
CA2755568A1 (en) 2010-09-23
EP2408943A4 (en) 2012-08-29
CA2755568C (en) 2019-11-26
KR101706913B1 (ko) 2017-02-15
US9469890B2 (en) 2016-10-18
TW201037092A (en) 2010-10-16
KR20110137807A (ko) 2011-12-23
RU2011142321A (ru) 2013-04-27
CN102361997B (zh) 2014-06-18
CN102361997A (zh) 2012-02-22
BRPI1011790A2 (pt) 2017-03-21
EP2408943B1 (en) 2013-05-01
JP2012520942A (ja) 2012-09-10
WO2010107372A1 (en) 2010-09-23
PL2408943T3 (pl) 2013-09-30
MX2011009786A (es) 2012-02-22
TWI467031B (zh) 2015-01-01
ES2423058T3 (es) 2013-09-17
EP2408943A1 (en) 2012-01-25
BRPI1011790B1 (pt) 2018-01-30
JP5661096B2 (ja) 2015-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2532221C2 (ru) Железо-ванадиевый порошковый сплав
RU2490353C2 (ru) Низколегированный стальной порошок
KR101711496B1 (ko) 고강도 저합금 소결강
US20160258044A1 (en) Low alloyed steel powder
RU2482208C2 (ru) Низколегированный стальной порошок

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210316