TW201404496A - 生產粉末冶金工件的方法及其工件 - Google Patents

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Abstract

一種生產粉末冶金工件的方法，其步驟包括：提供一第一粉末，第一粉末之硬度實質小於250HV，平均粒徑實質在20μm以下；將第一粉末和一第二粉末混合成一混合粉末，混合粉末的成分包括碳、鉻、鐵，以及選自於鉬、鎳、銅、鈮、釩、鎢、矽、鈷和錳所組成之群組；對混合粉末添加一黏結劑和水；對混合粉末施以一噴霧造粒製程，以形成一噴霧造粒粉末；對噴霧造粒粉末施以一乾壓成形製程，使噴霧造粒粉末形成一生胚；對生胚施以脫脂製程，以形成一胚體；將該胚體燒結成一工件，工件之硬度高於250HV。

Description

生產粉末冶金工件的方法及其工件
本發明係關於一種生產粉末冶金工件的方法，特別是一種應用乾壓成形製程，以生產高硬度粉末冶金工件的方法。
乾壓成形是粉末冶金製程中最常用的方法，此方法是讓粉末充填在模具中，再施以所需的壓力，使堆積鬆散之粉末成形，成為有一定強度之生胚，將成形後之生胚予以燒結即可得到成品。此成形製程可自動化，其成本低廉且能一次製作出淨形(net shape)的工件，所以在機械製造業中，乾壓成形是不可或缺的一個製程。
一般來說，在乾壓成形製程中，為了使工件達到優良的機械或物理性質，燒結後之工件的密度應越高越好，此也代表生胚密度也應越高越好，才能降低所需之燒結溫度及燒結時間以節省成本。此外，高生胚密度的工件，經過燒結後，其尺寸收縮量將較少，因此高生胚密度的工件之尺寸穩定性較佳。一般影響生胚密度之重要因素為成形時的壓力以及粉末本身之特性：
(1)成形壓力：在乾壓成形製程中，施加的壓力越大，生胚密度也會越高。然而，由於金屬粉體本身有加工硬化的特性，因此當壓力增加時，粉末本身之硬度也隨之上升， 而導致生胚密度之提高效率將隨壓力之增加而逐漸減緩。此外，當成形壓力增大時，粉末與模具間之摩擦力也會隨之增加，因此模具之壽命將變短。
(2)粉末特性：粉末本身之硬度是影響生胚密度之另一個重要的因素。硬度高之粉末不容易變形，使得粉末不易被擠入粉末間之孔隙，因此生胚密度不容易提高，也因此較不容易在燒結後得到高密度。粉末本身之形狀、大小及內部結構對粉末成形能力亦有直接之影響；例如，形狀不規則且內有孔隙的粉，其壓縮性較差；形狀較規則且內無孔隙的粉其壓縮性則比較好；又如球形粉的摩擦力小，視密度(apparent density)高，因此能得到較高之生胚密度。除了形狀及內部結構外，粉末的大小也是影響生胚密度的因素，小粉末由於其粉末間的接觸點較多、摩擦力較大以及視密度低，因此必需倚靠較高之成形壓力，才能達到所要之生胚密度。小粉末之另一個缺點是其不容易流動，無法以自動化之方式將粉末充填入模穴。但小粉末的最大優點為其燒結驅動力高，工件燒結後之密度高。
如上所述，要達到高燒結密度，必須使用小粉末並提高生胚密度，但小粉末需要使用大壓力才能得到高生胚密度，而使用大壓力會導致模具快速損耗；另外，若是所用的粉末具有高硬度，則製程的難度將更加提高，所以目前鮮少有乾壓成形業者製作具有高密度及高硬度之工件。以粉末本身之硬度約320HV(32HRC)之合金粉為例，在加壓時粉末不容易變形，粉末壓縮性差，生胚密度低，所以若使用一般乾壓成形製程所用 之粉末，亦即平均粒徑大於44μm時，即使使用一般常用之成形壓力(如400-800MPa)，乾壓成形後之密度多在6.3g/cm3以下，或理論密度的80%以下，由於生胚密度低且粉末粒徑大，燒結後之密度及機械性質也因而偏低。因此，有必要提供一種新的生產粉末冶金工件的方法，其可透過乾壓成形製程以製造高硬度、高密度之工件，並且可減少模具因製程中施加壓力所造成的損耗。
本發明之主要目的係在提供一種生產粉末冶金工件的方法，其生產之工件具有高密度及高硬度之功效。
為達成上述之目的，本發明之生產粉末冶金工件的方法，其步驟包括：提供一第一粉末，第一粉末之硬度實質小於250HV，平均粒徑實質在20μm以下；將第一粉末和一第二粉末混合成一混合粉末，混合粉末的成分包括碳、鉻、鐵，以及選自於鉬、鎳、銅、鈮、釩、鎢、矽、鈷和錳所組成之群組；對混合粉末添加一黏結劑和水；對混合粉末施以一噴霧造粒製程，以形成一噴霧造粒粉末；對噴霧造粒粉末施以一乾壓成形製程，使噴霧造粒粉末形成一生胚；將該生胚燒結成一工件，工件之硬度高於250HV。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
以下請一併參考圖1和圖2關於依據本發明之生產粉末冶金工件的方法，圖1係依據本發明之生產粉末冶金工件的方法之流程圖；圖2係依據本發明之生產粉末冶金工件之一實施例的方法之噴霧造粒粉末之照片。
在本發明之實施例中，本發明之生產粉末冶金工件的方法係用以生產含鉻的高強度、高硬度不銹鋼、高速鋼和工具鋼工件，然而本發明之工件種類並不以此為限。如圖1所示，本發明之生產粉末冶金工件的方法包括以下步驟：
步驟101：提供一第一粉末。
第一粉末係選用硬度低，以提升粉末壓縮性，並選用平均粒徑小之粉末，使得工件的燒結密度提高。在本發明之實施例中，第一粉末之硬度實質小於250HV，平均粒徑實質在20μm以下。第一粉末可為鐵粉、含鉻之肥粒鐵系不銹鋼粉、含鉻之奧斯田鐵系不銹鋼粉，或其他含鉻之預合金粉，然而本發明之第一粉末並不以此為限。
步驟102：將第一粉末和第二粉末混合成一混合粉末。
在本發明之實施例中，第二粉末係根據本發明所需之合金元素，由適量之元素粉末、預合金粉，或母合金(master alloy)粉混合而成，然而本發明並不以此為限。第二粉末選用平均粒徑小之粉末，平均粒徑實質在20μm以下，使得工件的燒結密度提高，然而本發明並不以此為限。在第一粉末和第二粉末混合成之混合粉末中，第一粉末的重量百分比佔最大的比例，且混合粉末中之碳的重量百分比範圍 實質為0.07wt%以下或是0.81wt%以上，鉻的重量百分比範圍實質為3.5至18wt%，鉬的重量百分比範圍實質為6wt%以下，鎳的重量百分比範圍實質為5wt%以下，銅的重量百分比範圍實質為5wt%以下，鈮的重量百分比範圍實質為4wt%以下，釩的重量百分比範圍實質為5.5wt%以下，鈷的重量百分比範圍實質為5.5wt%以下，鎢的重量百分比範圍實質為13wt%以下，矽的重量百分比範圍實質為0.1至1wt%，錳的重量百分比範圍為0.1至1wt%，然而本發明並不以此為限。
步驟103：對混合粉末添加一黏結劑和水。
在本發明之實施例中，對混合粉末添加適量之黏結劑和水，並均勻攪拌成泥漿狀。黏結劑例如為聚乙烯醇、阿拉伯膠、甲基纖維素，但黏結劑之種類並不以此為限。
步驟104：對混合粉末施以噴霧造粒製程，以形成噴霧造粒粉末。
對加入黏結劑和水，且攪拌成泥漿之混合粉末施以噴霧造粒製程，使泥漿狀的混合粉末形成球狀的噴霧造粒粉末10(如圖2所示)。經過噴霧造粒後，混合粉末之間藉著黏結劑和水，而結合成具流動性、粒徑增大之球形的噴霧造粒粉末10，可改善原本的混合粉末之流動性不佳、壓縮性差和不易充填入模穴等缺點。
步驟105：對噴霧造粒粉末添加潤滑劑。
對噴霧造粒粉末10添加潤滑劑，用以改善噴霧造粒粉末10之流動性，並減少粉末間以及粉末與模具間的摩擦力， 幫助噴霧造粒粉末10之成形。在本發明中，潤滑劑例如為白臘(ethylene bis-stearamide)或硬脂酸鋅，但本發明之潤滑劑並不以此為限。
步驟106：對噴霧造粒粉末施以乾壓成形製程，使噴霧造粒粉末形成一生胚。
將噴霧造粒粉末10充填在模具中，再施以所需的壓力，使堆積鬆散之噴霧造粒粉末10成形，成為有一定強度之生胚。在本發明中，乾壓成形製程的溫度實質小於160℃，且生胚的密度實質大於6.3 g/cm3，但本發明並不以此為限。
步驟107：對生胚施以脫脂製程，以去除潤滑劑和黏結劑，並使生胚形成一胚體。
對生胚施以脫脂製程，以去除潤滑劑和黏結劑，使去除潤滑劑和黏結劑的胚體可進行後續的燒結製程。
步驟108：將胚體燒結成一工件。
對胚體施以燒結製程，使胚體燒結成一工件，燒結該胚體之環境係一真空或含氫的環境，但本發明之燒結環境並不以此為限。燒結工件之硬度高於250HV，密度實質大於7.4g/cm3，但本發明之工件的硬度和密度並不以此為限。
本發明藉由上述之步驟，可使得噴霧造粒粉末10具有良好之流動性、平均硬度軟和壓縮性高之性質，以達到高生胚密度，且可減少模具因製程中所施加的壓力而造成之損耗；因此，當胚體經過燒結後，由於原始粉末之粒徑小， 將使得燒結後之胚體收縮而達到高密度，則燒結成的工件會具有高密度，又因燒結後，所添加之合金元素能固溶入鐵基地內，且分佈均勻而達到高硬度。
接著說明本發明之生產粉末冶金工件之比較例及實施例。
第一比較例
在第一比較例中，準備一預合金粉末，其重量百分比的組成為：碳佔0.029 wt%，矽佔0.78 wt%，錳佔0.31wt%，鉻佔15.6wt%，鉬佔0.69wt%，鎳佔4.20wt%，銅佔3.50wt%，鈮0.15wt%，其餘為鐵。預合金粉末硬度為310 HV，預合金粉末平均粒徑為12 μm，無流動性。對預合金粉末，添加0.5wt%白蠟潤滑劑，於室溫以傳統粉末冶金乾壓成形之方法，施加800 MPa之壓力以形成一生胚，其生成的生胚密度為6.1 g/cm3。將比較例之生胚放入管式爐中，在裂解氨之氣氛下，經脫脂製程於300至600℃間燒除潤滑劑後，於1350℃的溫度持溫2小時燒結，其燒結出之工件之密度為7.32g/cm3，相對密度為94%，硬度為285HV。
第一實施例
在第一實施例中，選用之第一粉末為Fe-17Cr(430L不銹鋼)，其成分包括約17wt%的鉻以及少量的矽、錳和碳，其碳含量約為0.02wt%。Fe-17Cr係屬於肥粒鐵系不銹鋼粉末，硬度介於160HV至180HV，平均粒徑為10.2 μm。第二粉末之成分包括鐵、鉻、鎳、銅、鉬以及少量的矽、錳、 碳和鈮；第二粉末中有Fe-17Cr-12Ni-2Mo(316L不銹鋼)粉、銅元素粉及鈮元素粉，其中316L不銹鋼粉含有約17wt%的鉻、12wt%的鎳及2wt%的鉬以及少量的矽、錳和碳；316L不銹鋼粉、銅元素粉及鈮元素粉的平均粒徑皆小於15 μm；混合第一粉末和第二粉末所形成之混合粉末的成分，實質上近似第一比較例之預合金粉末。在該混合粉末中，混合粉末之重量百分比的組成為：碳佔0.028 wt%，矽佔0.75 wt%，錳佔0.28wt%，鉻佔15.6wt%，鉬佔0.68wt%，鎳佔4.10wt%，銅佔3.50wt%，鈮0.15wt%，其餘為鐵。
對混合粉末添加適量之聚乙烯醇及聚乙二醇黏結劑和水後均勻攪拌成泥漿，並將混合粉末施以噴霧造粒製程以形成一噴霧造粒粉末10，噴霧造粒粉末10之平均粒徑為55μm，而其中黏結劑之量約為1.2wt%。將噴霧造粒粉末10添加0.1wt%白蠟潤滑劑，並於室溫以傳統粉末冶金之乾壓成形之方法，施加800 MPa之壓力以形成一生胚，其生胚密度為6.47g/cm3。將生胚放入管式爐，在裂解氨之氣氛下，經脫脂製程於300至600℃間燒除潤滑劑及黏結劑後，於1350℃的溫度下持溫2小時以燒結出一不銹鋼之工件。其燒結出之工件之密度為7.55g/cm3，相對密度為97%，硬度為305HV。第一實施例之工件的密度、相對密度和硬度皆優於第一比較例之工件。
第二比較例
在第二比較例中，使用一17-4PH不銹鋼之預合金粉末，其重量百分比的組成為：碳佔0.030wt%，矽佔0.78 wt%，錳佔0.10wt%，鉻佔16.0wt%，鎳佔4.00wt%，銅佔4.00wt%， 鈮0.30wt%，其餘為鐵。預合金粉末硬度為320 HV，預合金粉末粒徑為50 μm。於室溫以傳統粉末冶金乾壓成形之方法，對預合金粉末施加800 MPa之壓力以形成一生胚，其生成的生胚密度為6.2 g/cm3。將生胚放入管式爐中，在氫氣氣氛下，於1320℃的溫度下持溫2小時燒結後，其燒結出的工件之密度為7.21g/cm3，相對密度為92%，硬度為265 HV。
第二實施例
在第二實施例中，選用之第一粉末為Fe-17Cr(430L不銹鋼)之預合金粉末，其成分包括約17wt%的鉻並含少量的矽、錳和碳，其碳含量約為0.025wt%；此第一粉末屬於肥粒鐵系不銹鋼粉末，硬度為180 HV，平均粒徑為10.3μm。第二粉末之成分包括鎳、銅、鈮及鐵；其中鎳、銅是以元素粉末之形式添加，而鐵及鈮是以Fe-60Nb預合金粉之方式添加。混合第一粉末和第二粉末所形成之混合粉末的成分，實質上近似第二比較例之預合金粉末。在該混合粉末中，其重量百分比的組成為：碳佔0.028wt%，矽佔0.70 wt%，錳佔0.10wt%，鉻佔16.0wt%，鎳佔4.00wt%，銅佔4.00wt%，鈮0.30wt%，其餘為鐵。
對混合粉末添加適量之聚乙烯醇黏結劑和水後均勻攪拌成泥漿，並將混合粉末施以噴霧造粒製程以形成一噴霧造粒粉末10，噴霧造粒粉末10之平均粒徑為56μm。將噴霧造粒粉末10於室溫以傳統粉末冶金之乾壓成形之方法，施加800 MPa之壓力以形成一生胚，其所生成之生胚之密度為6.30g/cm3。將生胚放入管式爐，在氫氣氣氛下，經除去黏結劑後，於1320℃的溫度下持溫2小時以燒結出一17-4PH 不銹鋼之工件，其工件密度為7.50g/cm3，相對密度為96%，硬度為295 HV。第二實施例之工件的密度、相對密度和硬度皆優於第二比較例之工件。
第三比較例
在第三比較例中，使用一SKD11工具鋼之預合金粉末(日本JIS之成分標準為碳：1.4-1.6%，矽：小於0.4%，錳：小於0.6%，鎳：小於0.5%，鉻：11-13%，鉬：0.8-1.2%，釩：0.2-0.5%，餘鐵)，其重量百分比的組成為：碳佔1.52wt%，矽佔0.30 wt%，錳佔0.43wt%，鉻佔11.7wt%，鉬佔1.01wt%，釩佔0.38wt%，其餘為鐵。預合金粉末硬度為380 HV，預合金粉末粒徑為25 μm。對預合金粉末，添加0.1wt%硬脂酸鋅潤滑劑，以傳統粉末冶金乾壓成形之方法，於室溫施加800 MPa之壓力以形成一生胚，其所生成之生胚密度為5.9 g/cm3。將生胚放入真空爐中，經脫脂製程除去潤滑劑後，於1250℃的溫度下持溫1.5小時燒結以形成一工件，其工件密度為7.21g/cm3，相對密度為93%，硬度為407 HV。
第三實施例
在第三實施例中，選用之第一粉末為Fe-12Cr之預合金粉末，其成分包括約12wt%的鉻，並含少量的矽、錳和碳，其碳含量約為0.02wt%此第一粉末屬於410L不銹鋼粉末，硬度為160 HV，平均粒徑為12.0μm。第二粉末之成分包括Fe-45V預合金粉以及少量之石墨元素粉末和少量之鉬元素粉末。混合第一粉末和第二粉末所形成之混合粉末的成分，實質上近似第三比較例之SKD11工具鋼粉末。在該混 合粉末中，其重量百分比的組成為：碳佔1.52wt%，矽佔0.26 wt%，錳佔0.40wt%，鉻佔11.7wt%，鉬佔1.01wt%，釩佔0.38wt%，其餘為鐵。
對混合粉末添加適量之聚乙烯醇及聚乙二醇黏結劑和水後均勻攪拌成泥漿，並將混合粉末施以噴霧造粒製程以形成一噴霧造粒粉末10，噴霧造粒粉末10之平均粒徑為58μm。將噴霧造粒粉末10添加0.1wt%之白蠟潤滑劑，並以傳統粉末冶金之乾壓成形之方法，於室溫施加800 MPa之壓力以形成一生胚，生胚密度為6.42g/cm3。將生胚放入真空爐中，經脫脂製程除去潤滑劑及黏結劑後，於1250℃的溫度下持溫1.5小時以燒結出一SKD11工具鋼工件，其工件密度為7.65g/cm3，相對密度為99%，硬度為468 HV。第三實施例之工件的密度、相對密度和硬度皆優於第三比較例之工件。
第四比較例
在第四比較例中，使用一M2高速鋼(美國鋼鐵協會AISI之成分標準為碳：0.78-1.05%，矽：0.20-0.45%，錳：0.15-0.40%，鉻：3.75-4.50%，鉬：4.5-5.5%，釩：1.75-2.20%，鎢：5.50-6.75%，餘鐵)之預合金粉末，其重量百分比的組成為：碳佔0.95wt%，矽佔0.25wt%，錳佔0.18wt%，鉻佔4.3wt%，鉬佔5.01wt%，釩佔1.82wt%，鎢佔6.21wt%，其餘為鐵。預合金粉末硬度為410 HV，預合金粉末粒徑為45μm。將預合金粉末，添加0.5wt%白蠟潤滑劑，以傳統粉末冶金之乾壓成形之方法，於室溫施加800 MPa之壓力以形成一生胚，生胚密度為5.6 g/cm3。將生胚放入真空爐中，經脫脂製程除去潤滑劑後，於1250℃的溫度持溫1.5小時以燒結出一工件，其工件密度為7.64g/cm3，相對密度為96%，工件之收縮率為9.8%，硬度為549 HV。
第四實施例
在第四實施例中，選用之第一粉末之成分包括硬度較軟之羰基鐵粉，其碳含量約為0.04wt%，其硬度低於100 HV，平均粒徑為5μm。第二粉末之成分包括含有少量的矽、錳、碳之Fe-13Cr的不銹鋼粉，以及石墨、鉬、鎢元素粉末和Fe-45V合金粉；其中Fe-13Cr的不銹鋼粉屬於410L不銹鋼粉末，硬度約為160 HV，平均粒徑為12.0μm。混合第一粉末和第二粉末所形成之混合粉末的成分，實質上近似第四比較例之M2高速鋼之預合金粉末。在該混合粉末中，其重量百分比的組成為：碳佔0.95wt%，矽佔0.21wt%，錳佔0.16wt%，鉻佔4.3wt%，鉬佔5.01wt%，釩佔1.82wt%，鎢佔6.21wt%，其餘為鐵。
對混合粉末添加適量之聚乙烯醇及聚乙二醇黏結劑和水後均勻攪拌成泥漿，並將混合粉末施以噴霧造粒製程以形成一噴霧造粒粉末10，噴霧造粒粉末10之平均粒徑為50μm。將噴霧造粒粉末10添加白蠟潤滑劑，並施以傳統粉末冶金之乾壓成形之方法，於室溫施加800 MPa之壓力以形成一生胚，生胚密度為6.5g/cm3。將生胚放入真空爐中，經脫脂製程除去潤滑劑及黏結劑後，於1250℃的溫度下持溫1.5小時以燒結出一M2高速鋼之工件，其工件密度為7.92g/cm3，相對密度為99%，工件之收縮率為6.8%，硬度 為590 HV。第四實施例之工件的硬度、密度和相對密度皆優於第四比較例之工件，且因生胚密度高，燒結後工件之收縮率低於第四比較例之9.8%，尺寸穩定性也因而較佳。
第五實施例
在第五實施例中，選用之第一粉末之成分包括硬度較軟之羰基鐵粉，其碳含量為0.05wt%，其硬度低於100 HV，平均粒徑為5μm。第二粉末之成分包括組成為Fe-51.6Cr-13.4Ni-12.6Cu-1.4Mn-1.2Si-0.7Nb之母合金粉，以作為合金元素之來源；其粉末粒徑約10μm。混合第一粉末和第二粉末所形成之混合粉末的成分，符合17-4PH不銹鋼之成分，其重量百分比的組成為：碳佔0.05wt%，矽佔0.40wt%，錳佔0.47wt%，鉻佔17.2wt%，鎳佔4.47wt%，銅佔4.20wt%，鈮佔0.23wt%，其餘為鐵。
對混合粉末添加適量之聚乙烯醇及聚乙二醇黏結劑和水後均勻攪拌成泥漿，並將混合粉末施以噴霧造粒製程以形成一噴霧造粒粉末10，噴霧造粒粉末10之平均粒徑為50μm。將噴霧造粒粉末10添加白蠟潤滑劑，並施以傳統粉末冶金之乾壓成形之方法，於室溫施加800 MPa之壓力以形成一生胚，生胚密度為6.5g/cm3。將生胚放入真空爐中，經脫脂製程除去潤滑劑及黏結劑後，於1320℃的溫度下持溫2小時以燒結出一17-4PH不銹鋼之工件，其工件密度為7.56g/cm3，相對密度為97%，硬度為310 HV。
第六實施例
在第六實施例中，選用之第一粉末為Fe-17Cr(430L不銹鋼)之預合金粉末，其成分包括約17wt%的鉻並含少量 的矽、錳和碳，其碳含量約為0.03wt%；此第一粉末屬於肥粒鐵系不銹鋼粉末，硬度為180 HV，平均粒徑為10.3μm。第二粉末之成分包括石墨及鉬的元素粉末。混合第一粉末和第二粉末以形成一混合粉末。在該混合粉末中，其重量百分比的組成為：碳佔1.01wt%，矽佔0.84wt%，錳佔0.83wt%，鉻佔16.9wt%，鉬佔0.35wt%，鈮佔3.2 wt%，其餘為鐵。
對混合粉末添加適量之聚乙烯醇及聚乙二醇黏結劑和水後均勻攪拌成泥漿，並將混合粉末施以噴霧造粒製程以形成一噴霧造粒粉末10，噴霧造粒粉末10之平均粒徑為54μm。將噴霧造粒粉末10添加硬脂酸潤滑劑，並施以傳統粉末冶金之乾壓成形之方法，於室溫施加800 MPa之壓力以形成一生胚，生胚密度為6.30g/cm3。將生胚放入真空爐中，經脫脂製程除去潤滑劑及黏結劑後，於1280℃的溫度下持溫1.5小時以燒結出一麻田散鐵系440C不銹鋼之工件，其工件密度為7.60g/cm3，相對密度為99%，硬度為310 HV。
第七實施例
在第七實施例中，選用之第一粉末之成分包括硬度較軟之羰基鐵粉，其碳含量為0.02wt%，其硬度低於100 HV，平均粒徑為5μm。第二粉末之成分包括含有少量的矽、錳、碳之Fe-13Cr的不銹鋼粉，以及石墨、鉬、鎢元素粉末和Fe-45V合金粉；其中Fe-13Cr的不銹鋼粉屬於410L不銹鋼粉末，硬度為160 HV，平均粒徑為12.0μm。混合第一粉末和第二粉末所形成之混合粉末的成分，符合T15高速鋼之成分 (美國鋼鐵協會AISI之成分標準為碳：1.5-1.6%，矽：0.15-0.40%，錳：0.15-0.40%，鉻：3.75-5.00%，鉬：小於1.0%，鈷：4.75-5.25%，釩：4.50-5.25%，鎢：11.75-13.0%，餘鐵)。在該混合粉末中，其重量百分比的組成為：碳佔1.55wt%，矽佔0.30wt%，錳佔0.30wt%，鉻佔3.8wt%，鉬佔0.35wt%，釩佔5.0wt%，鎢佔12.0wt%，鈷佔5.0wt%，其餘為鐵。
對混合粉末添加適量之聚乙烯醇及聚乙二醇黏結劑和水後均勻攪拌成泥漿，並將混合粉末施以噴霧造粒製程以形成一噴霧造粒粉末10，噴霧造粒粉末10之平均粒徑為50μm。將噴霧造粒粉末10添加白蠟潤滑劑，並施以傳統粉末冶金之乾壓成形之方法，於室溫施加800 MPa之壓力以形成一生胚，生胚密度為6.6g/cm3。將生胚放入真空爐中，經脫脂製程除去潤滑劑及黏結劑後，於1260℃的溫度下持溫1.5小時以燒結出T15工具鋼之工件，其工件密度為8.15g/cm3，相對密度為99%，硬度為485 HV。
第八實施例
第八實施例與第一實施例的差別在於，在第八實施例中，噴霧造粒粉末10之平均粒徑為53μm，略小於第一實施例之噴霧造粒粉末10之平均粒徑(55μm)；且噴霧造粒粉末10係經加溫至120℃者，而加溫後的噴霧造粒粉末之流動性與在室溫時一樣，仍能順利填入120℃之模穴中，然後再以乾壓成形之方法形成一生胚。經由此條件所形成之生胚的密度為6.55g/cm3，燒結後形成之工件之密度為7.65g/cm3，相對密度為98%，工件之收縮率為5.4%，硬度為320 HV。經過加溫處理的第八實施例之工件的密度、相對密度和硬 度皆優於第一比較例之工件，並且亦優於第一實施例之工件。
以下請參考圖3關於依據本發明之生產粉末冶金工件的方法，所得粉末冶金工件之實驗數據圖，圖3係依據本發明之生產粉末冶金工件之實驗數據圖。
如圖3所示，其中第一比較例、第一實施例和第八實施例之工件，係由實質上相同的重量百分比組成之粉末燒結而成；第二比較例和第二實施例之工件，係由實質上相同的重量百分比組成之粉末燒結而成；第三比較例和第三實施例之工件，係由實質上相同的重量百分比組成之粉末燒結而成；第四比較例和第四實施例之工件，係由實質上相同的重量百分比組成之粉末燒結而成。
由圖3可看出，透過本發明之方法，在第一實施例、第二實施例、第三實施例、第四實施例和第八實施例中，燒結出的工件的密度、相對密度和硬度，皆優於其所對應之各比較例之工件。另外，由第一實施例和第八實施例之比對，可以看出經過加溫壓結成形處理的第八實施例之工件，其密度、相對密度和硬度係更為優秀。而從第二實施例至第七實施例可以得知，本發明的方法可用以生產不同種類的不銹鋼、高速鋼或工具鋼工件，並且該些工件皆具備良好之密度、相對密度和硬度。
由上述之比較例和實施例之比對，可說明透過本發明之方法，可應用粉末冶金之乾壓成形製程，以生產高密度、高硬度、尺寸穩定性良好之不銹鋼、高速鋼或工具鋼。
綜上所陳，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，懇請 貴審查委員明察，早日賜准專利，俾嘉惠社會，實感德便。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
10‧‧‧噴霧造粒粉末
圖1係依據本發明之生產粉末冶金工件的方法之流程圖。
圖2係依據本發明之生產粉末冶金工件之一實施例的方法之噴霧造粒粉末之照片。
圖3係依據本發明之生產粉末冶金工件之實驗數據圖。
步驟101‧‧‧提供一第一粉末
步驟102‧‧‧將第一粉末和第二粉末混合成一混合粉末
步驟103‧‧‧對混合粉末添加一黏結劑和水
步驟104‧‧‧對混合粉末施以噴霧造粒製程，以形成噴霧造粒粉末
步驟105‧‧‧對噴霧造粒粉末添加潤滑劑
步驟106‧‧‧對噴霧造粒粉末施以乾壓成形製程，使噴霧造粒粉末形成一生胚
步驟107‧‧‧對生胚施以脫脂製程，以去除潤滑劑和黏結劑，並使生胚形成一胚體
步驟108‧‧‧將胚體燒結成一工件

Claims (20)

  1. 一種生產粉末冶金工件的方法，其步驟包括：提供一第一粉末，該第一粉末之硬度實質小於250HV，平均粒徑實質在20μm以下，該第一粉末係一鐵的元素粉末；將該第一粉末和一第二粉末混合成一混合粉末，在該混合粉末中，該鐵的元素粉末的重量百分比佔最大的比例，該混合粉末中之碳的重量百分比範圍實質為0.07wt%以下或0.81wt%以上，鉻的重量百分比範圍實質為3.5至18wt%，鉬的重量百分比範圍實質為6wt%以下，鎳的重量百分比範圍實質為5wt%以下，銅的重量百分比範圍實質為5wt%以下，鈮的重量百分比範圍實質為4wt%以下，釩的重量百分比範圍實質為5.5wt%以下，鈷的重量百分比範圍實質為5.5wt%以下，鎢的重量百分比範圍實質為13wt%以下，矽的重量百分比範圍實質為0.1至1wt%，錳的重量百分比範圍為0.1至1wt%；對該混合粉末添加一黏結劑和水；對該混合粉末施以一噴霧造粒製程，以形成一噴霧造粒粉末；對該噴霧造粒粉末施以一乾壓成形製程，使該噴霧造粒粉末形成一生胚；對該生胚施以一脫脂製程，以去除該黏結劑，並使該生胚形成一胚體；以及將該胚體燒結成一工件，該工件之硬度高於250HV，燒結密度實質大於7.4g/cm3。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之生產粉末冶金工件的方法，更包括以下步驟：對該噴霧造粒粉末添加一潤滑劑；其中對該噴霧造粒粉末添加一潤滑劑之步驟係進行於該乾壓成形製程前。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之生產粉末冶金工件的方法，其中對該生胚施以一脫脂製程之步驟，係進行於對該噴霧造粒粉末添加一潤滑劑，以及該乾壓成形製程後，以去除該潤滑劑。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之生產粉末冶金工件的方法，其中燒結經過該脫脂製程後之該胚體之環境係一真空或含氫的環境。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之生產粉末冶金工件的方法，其中該第一粉末之硬度實質小於100HV。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之生產粉末冶金工件的方法，其中該乾壓成形製程的溫度實質小於160℃。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之生產粉末冶金工件的方法，其中該生胚的生胚密度實質大於6.3 g/cm3。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之生產粉末冶金工件的方法，其中該鐵的元素粉末的來源為羰基鐵粉，該羰基鐵粉之碳含量為0.10wt%以下。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之生產粉末冶金工件的方法，其中該混合粉末中之碳的重量百分比範圍實質為0.07wt%以下，鉻的重量百分比範圍實質為15至18wt%。
  10. 一種生產粉末冶金工件的方法，其步驟包括： 提供一第一粉末，該第一粉末之硬度實質小於250HV，平均粒徑實質在20μm以下，該第一粉末係一含鉻之預合金粉末；將該第一粉末和一第二粉末混合成一混合粉末，在該混合粉末中，該含鉻之預合金粉末的重量百分比佔最大之比例，該混合粉末中之碳的重量百分比範圍實質為0.07wt%以下或0.81wt%以上，鉻的重量百分比範圍實質為3.5至18wt%，鉬的重量百分比範圍實質為6wt%以下，鎳的重量百分比範圍實質為5wt%以下，銅的重量百分比範圍實質為5wt%以下，鈮的重量百分比範圍實質為4wt%以下，釩的重量百分比範圍實質為5.5wt%以下，鈷的重量百分比範圍實質為5.5wt%以下，鎢的重量百分比範圍實質為13wt%以下，矽的重量百分比範圍實質為0.1至1wt%，錳的重量百分比範圍為0.1至1wt%；對該混合粉末添加一黏結劑和水；對該混合粉末施以一噴霧造粒製程，以形成一噴霧造粒粉末；對該噴霧造粒粉末施以一乾壓成形製程，使該噴霧造粒粉末形成一生胚；對該生胚施以一脫脂製程，以去除該黏結劑，並使該生胚形成一胚體；以及將該胚體燒結成一工件，該工件之硬度高於250HV，燒結密度實質大於7.4g/cm3。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之生產粉末冶金工件的方法，更包括以下步驟：對該噴霧造粒粉末添加一潤滑劑；其中對該噴霧造粒粉末添加一潤滑劑之步驟係進行於該乾壓成形製程前。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之生產粉末冶金工件的方法，其中對該生胚施以一脫脂製程之步驟，係進行於對該噴霧造粒粉末添加一潤滑劑，以及該乾壓成形製程後，以去除該潤滑劑。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之生產粉末冶金工件的方法，其中燒結經過該脫脂製程後之該胚體之環境係一真空或含氫的環境。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之生產粉末冶金工件的方法，其中該第一粉末之硬度實質小於200HV。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之生產粉末冶金工件的方法，其中該乾壓成形製程的溫度實質小於160℃。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之生產粉末冶金工件的方法，其中該生胚的生胚密度實質大於6.3 g/cm3。
  17. 如申請專利範圍第9項所述之生產粉末冶金工件的方法，其中該含鉻之預合金粉末之碳含量為0.05wt%以下。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之生產粉末冶金工件的方法，其中該混合粉末中之碳的重量百分比範圍實質為0.07wt%以下，鉻的重量百分比範圍實質為15至18wt%。
  19. 一種工件，其係依據申請專利範圍第1項所述之生產粉末冶金工件的方法所製成。
  20. 一種工件，其係依據申請專利範圍第9項所述之生產粉末冶金工件的方法所製成。
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