TWI537399B - 由鐵鈷鉬鎢氮合金構成的物品或工具及類似物的製造方法 - Google Patents

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Description

由鐵鈷鉬鎢氮合金構成的物品或工具及類似物的製造方法
本發明大體上關於由鐡、鈷、鉬/鎢、氮合金構成的物品及其製造方法。
更準確地說，本發明關於用於製造物品用的半成品及用於改善可析出硬化的鐡、鈷、鉬/鎢、氮合金的可加工性的方法。
有一習知技術舉例而言，在奧地利專利AT 505221 B1發表了由鐡、鈷、鉬及/或鎢、氮合金構成的工具或物品，其化學組成(重量%)如下：
其餘為鐡及和製造相關的雜質。
此半成品用以利方式用粉末冶金(PM)方法製造如此可達成均質的材料構造。
行家都熱道粉末冶金製造技術，特別是由熔融物噴霧成之合金粉末構成之熱等壓(heissisostatisch)壓製(HIP)的金屬塊的製造，因此不需贅述。
製造物品的方法主要包含將HIP金屬塊加熱、變形，隨後冷卻，如此，該Fe-Co-Mo/W-N材料的硬度大多有48~52HRC，且極脆，且不能作顯著的加工。
因此為了準備製造物品(特別是工具)，在沃斯田鐡範圍中將該變形的金屬塊或半成品作一道軟退火，亦即在合金的Ac3温度以下，接著慢慢冷卻。
這種熱處理造成材料硬度減少約41HRC或更多，韌性(Zahigheit)或刻痕打擊功K的14焦耳，而在拉伸試驗中破壞拉伸在Ac在=4%範圍。
在所有情形中，由此軟退火的半成品或軟退火的前材料構成的物品或工具要尺寸準確地製造，係要很費事地用切屑加工達成，其中該成形件的校直或對準易導致坯件破壞。
由此半成品製造的部件的熱終製程一般用一道溶解退火作熱處理，接著作淬火(Abschrecken)及一道回火，其中材料硬度可達68HRC。
由Fe-Co-Mo/W-N合金構成的物品，部件或工具具有用於許多物別要求的最佳使用性質，但需要和材料相關地繁複的製造。
本發明的目的在提供一種具上述組成的合金構成的半成品，由它可製造高準度的物品或工具，成本極低。
本發明另一目的在減少該半成品的硬度，且提高該材料的韌性及破壞拉伸，且將該合金的可加工性和加工的經濟性改善。
在上述種類的半成品，這種目的達成之道為該半成品主要由在〔Fe+(29×Co)〕類型+約1重量%鉬的母質中的(FeCo)6(Mo+W/2)7類型構成的金屬間相形成，且該母質中大致沒有Fe和Co原來的規則構造存在或防止Fe-Co的規則構造形成，且該材料的硬度在40HRC以下，無刻痕的檢體的打擊彎曲功大於16.0焦耳，且在拉伸試驗的破壞拉伸大於6.5%即硬度<40HRC，打擊彎曲功K>16.0J，破壞拉伸Ac>6.5%。
依本發明一極佳形式，該工具的拉伸強度小於1220MPa，且伸長限度小於825MPa，即拉伸強度Rm<1220MPa，伸長限度RP0.2<825MPa。
依本發的半成品的優點為可加工性大大改善，一方面，材料硬度(習用者一般41HRC以上的範圍)在本發明的材料降到40HRC以下，這點使切屑加工較容易，另方面材料脆性減少，且在冷卻狀態的韌性和可變形性改善，這點使半成品能在限度中作整直(Richten)。
這此優點，如我們所發現者，依本發明儘管有高的相成分，在母質(Matrix)中的Fe及Co原子的規則構造可大大減少，且可塑性小，這點些由所達成之機械性材料質表現出來。
本發明第一標的係一種製造上述種類的半成品的方法，其中：
該合金具有改善之可加工性，其中，該視需要用粉末冶金製造的材料 (PM材料)如有必要變形及軟退火，熱特別處理以將母質中的(Fe-Co)原子的規則構造溶解，該方法包括：將該部件或工具加熱及退火，其温度在600~840℃間，為時大於20分，隨後以冷卻速度λ<3.0作冷卻，並調整材料硬度至40HRC以下，且韌性用無刻痕檢體KV的打擊彎曲功計算大於16.0焦耳。
對於行家而言令他們完全出乎意料地，將該合金在600~840℃間的温度範圍在該合金的肥粒鐡上範圍，將母質中原子規則構造溶解作可達成者而不會有規則化(Verordnung)隨後在高冷卻速度，Fe及Co原子可保持不規則地分佈在母質中或凝結到其中入，且使半成品可加工性改善。
由本發明的半成品作一道經濟的終製造(例如製造一工具)後，宜不延屬地利用熔解退火作一道熱硬化接著可將該物品作一道淬火及一道回火，其中可達到68HRC的所要材料硬度。
茲將本發明的發展工作的結果說明：
圖1係一Fe-Co-(Mo+W/2)N合金的微構造。
圖2係該半成品在熱特別處理時硬度和退火温度的關係。
圖3係硬度和冷卻速度的關係。
圖4係由中子繞射計則得之Fe-Co-規則構造。
檢體由以下組成(重量%)的合金構成
Co=25.2
Mo=14.9
W=0.1
Mo+W/2=15.0
N=0.02
其餘為鐵和及和製造相關的雜質
其硬度為48~53HRC
它係由粉末冶金法製且熱等……壓成及變形的材料製件，用它作試驗。
將一檢體系列在1185℃的温度作軟退火，然後以24℃/小時速度冷卻，此軟退火處理後，檢體平均上有以下的測量值：
圖1顯示檢體的組織攝影，其中該母質呈間區域，在其中沈澱出中間金屬亮相。
在另外之同樣處理過的檢體在500~900℃的温度作熱特別處理，在此温度的退火時間或保持時間為40分，而冷卻速度λ小於0.4，冷卻速度λ係為從800℃到500℃的冷卻時間除以100。
λ=秒/100
如圖2的區域1所示，用500℃~600℃的温度作特別退火，造成材料硬度42HRC。如圖2的區域2及區域3所示，高達850℃的更高退 火温度，使材料硬度達到38HRC，其中進一步提高退火温度(區域4)使硬度明顯上升到超過44HRC。
如果檢體在特別回火後在800℃保持30分，然後以不同的λ值冷卻，則平均硬度質從λ 10的41.18HRC漸減到λ 0.4的38HRC或更小，如圖3所示。
要求出在結晶固體中的規則構造可使用中子射線在週期性品格的繞射，利用Fe-Co-晶格中的原子的周期排列，得到所謂的超構造反射。超過推為在規則B2晶格的(100)結晶面的反射。
在軟退火的檢體A以及在作附加2熱特別處理的檢體B上，利用一繞射計STRESS SPEC用中子繞射表在母質中測得Fe及Co原子的規則相〔用一Ge311單色計(波長16奈米)〕。圖4顯示檢體A與B的超構造/規則構造反射的中子熱射圖(100)的比較。
顯然，在依本發明特別處理的母質B中存在著不規則的Fe-Co構造。

Claims (4)

  1. 一種製造鐡鈷鉬鎢氮合金構成的物品或工具及類似物的方法，其係由一種可析出硬化的合金構成，其化學組成重量質分比如下：鈷(Co)=15.0~30.0，鉬(Mo)=高可達10.0，鎢(W)=高可達25.0，(Mo+W/2)=10.0~22.0，氮(N)=0.005~0.12，其餘為鐵和與製造相關的雜質，其係視需要作粉末冶金製造及/或變形，其中該半成品主要由在〔Fe+(29×Co)〕類型+約1重量%鉬的母質中的(FeCo)6(Mo+W/2)7類型構成的金屬間相形成，且該母質中大致沒有Fe和Co原來的規則構造存在或防止Fe-Co規則構造形成，且該材料的硬度在40HRC以下，無刻痕的檢體的打擊彎曲功大於16.0焦耳，且在拉伸試驗的破壞拉伸大於6.5%即硬度<40HRC，打擊彎曲功K>16.0J，破壞拉伸Ac>6.5%。
  2. 如申請專利範圍第1項之半成品，其中：該工具的拉伸強度小於1220MPa，且伸長限度小於825MPa，即拉伸強度Rm<1220MPa，伸長限度RP0.2<825MPa。
  3. 一種製造物品或工具及類似物用的半成品的方法，其由一種可析出硬 化的合金構成，其化學組成重量%如下：鈷(Co)=15.0~30.0，鉬(Mo)=高可達20.0，鎢(W)=高可達25.0，鉬+鎢/2(Mo+W/2)=10.0~22.0，氮(N)=0.005~0.12，其餘為鐵(Fe)及和製造相關的雜質，該合金具有改善之可加工性，其中，該視需要用粉末冶金製造的材料(PM材料)如有必要作變形及軟退火，熱特別處理以將母質中的(Fe-Co)原子的規則構造溶解，該方法包括：將該部件或工具加熱及退火，其温度在600~840℃間，為時大於20分，隨後以冷卻速度λ<3.0作冷卻，並調整材料硬度至40HRC以下，且韌性用無刻痕檢體KV的打擊彎曲功計算大於16.0焦耳。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中：該半成品的材料在熱特別處理後伸長限度小於825〔MPa〕(RP0.2<825MPa)，拉伸強度小於1220〔MPa〕(Rm<1220MPa)，而在拉伸試驗的破壞拉伸大於6.5%(A>6.5%)。
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