TWI769130B - 用於簡易切削之粉末金屬組合物 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於基於鐵之粉末組合物，其包含至少基於鐵之粉末及少量可切削性增強添加劑，該添加劑包含至少一種鈦酸鹽化合物。本發明進一步係關於該可切削性增強添加劑之用途及用於生產用於簡易切削之基於鐵之燒結組件之方法。

Description

用於簡易切削之粉末金屬組合物
本發明涉及含有新的可切削性增強劑之用於生產粉末金屬零件之粉末金屬組合物，以及用於生產具有經改良之可切削性之粉末金屬零件之方法。
粉末冶金製造之一個主要優點在於其使得藉由壓實及燒結生產呈最終形狀或極接近最終形狀之組件成為可能。然而，存在需要後續切削之情況。舉例而言，由於高公差要求或由於最終組件之形狀不能直接壓製而需要在燒結之後切削，因此此可係必要的。更特定而言，諸如橫向於壓實方向之孔、底切及螺紋之幾何形狀需要後續之切削。
藉由不斷開發具有更高強度及更高硬度之新的燒結鋼，切削已成為粉末冶金製造組件之挑戰。在評價粉末冶金製造是否係製造組件之最經濟有效之方法時，其通常係限制因素。
現今，存在許多添加至基於鐵之粉末混合物中以促進燒結後組件之切削之已知物質。最常見粉末添加劑係MnS(硫化錳)，其在(例如)闡述燒結鋼之可切削性如何藉由此粉末之混合物改良之EP 0 183 666中提及。
美國專利第4 927 461號闡述添加0.01重量%與0.5重量%之六方BN(氮化硼)至基於鐵之粉末混合物中以改良燒結後之可切削性。
美國專利第5 631 431號係關於用於改良基於鐵之粉末組合物之 可切削性之添加劑。根據此專利，添加劑含有氟化鈣顆粒，其以粉末組合物重量之0.1%-0.6%之量包括在內。
日本專利申請案JP08-095649闡述可切削性增強劑。該試劑包含Al2O3-SiO2-CaO且具有鈣長石或鈣鋁黃長石晶體結構。鈣長石係屬長石類且莫氏(Mohs)硬度為6至6.5之網狀矽酸鹽，且鈣鋁黃長石係莫氏硬度為5-6之雙島狀矽酸鹽。
美國專利US7,300,490闡述粉末混合物，其用於生產壓製及燒結零件且係由硫化錳粉末(MnS)及磷酸鈣粉末或羥磷灰石粉末之組合組成。
WO公開案2005/102567揭示用作切削增強劑之六方氮化硼及氟化鈣粉末之組合。
含硼粉末(例如氧化硼、硼酸或硼酸銨)與硫之組合係闡述於US5,938,814中。
其他欲用作切削添加劑之粉末之組合係闡述於EP 1985393A1中，該組合含有選自滑石及塊滑石中之至少一者及脂肪酸。
滑石作為切削增強劑係於JP1-255604中提及。
申請案EP1002883闡述用於製造金屬零件、尤其閥座嵌件之粉末化金屬摻合物混合物。所闡述之摻合物含有0.5%-5%之固體潤滑劑以提供低摩擦及滑動磨耗以及在可切削性方面之改良。在實施例之一者中，雲母係作為固體潤滑劑提及。用於生產耐磨及高溫穩定組件之此等類型粉末混合物常常含有高量(通常高於10重量%)之合金元素及硬質相(通常為碳化物)。
US4.274.875教示與EP1002883中所闡述類似之藉由粉末冶金生產物品之方法，其包括在壓實及燒結前以介於0.5重量%至2重量%之間之量添加粉末化雲母至金屬粉末之步驟。特定而言，其揭示可使用任何類型之雲母。
此外，日本專利申請案JP10317002闡述摩擦係數降低之粉末或燒結壓坯。粉末具有1重量%至10重量%之硫、3重量%至25重量%之鉬及剩餘為鐵之化學組成。此外，添加固體潤滑劑及硬質相材料。
WO2010/074627揭示基於鐵之粉末組合物，其除基於鐵之粉末外包含少量之可切削性增強添加劑，該添加劑包含至少一種來自層狀矽酸鹽之群之矽酸鹽。添加劑之特定實例係白雲母、皂土及高嶺石(kaolinite)。
切削壓製及燒結組件極其複雜，且受多種參數影響，例如組件之合金系統類型、合金元素之量、燒結條件(例如溫度、氣氛及冷卻速率)、組件之燒結密度、組件之大小及形狀。亦顯而易見，切削操作之類型及切削速度係對於切削操作之結果十分重要之參數。欲添加至粉末冶金組合物中之所提議切削增強劑之多樣性反映PM切削技術之複雜性。
本發明揭示含有指定鈦酸鹽之新的添加劑，其用於改良燒結鋼之可切削性。特定而言，新的添加劑促進切削操作，例如燒結鋼之鑽孔、尤其含有鐵、銅及碳之燒結組件(例如連桿、主軸承蓋及可變閥動定時(VVT)組件)之鑽孔。其他切削操作(例如車削、銑削、開槽、鉸孔、攻絲等)亦藉由新的可切削性增強劑促進。當新的添加劑添加至預合金化、擴散合金化燒結硬化鋼及不銹鋼中時，可在改良可切削性方面達成極佳性能。此外，新的添加劑可用於欲藉由若干類型之工具材料(例如高速鋼、碳化鎢、金屬陶瓷(cermets)、陶瓷及立方氮化硼)切削之組件中，且工具亦可經塗佈。
本發明之目的係提供於粉末金屬組合物中用於改良可切削性之新的添加劑。
本發明之另一目的係提供此添加劑，其用於不同類型之燒結鋼 之各種切削操作中。
本發明之另一目的係提供新的可切削性增強物質，其對於壓製及燒結組件之機械性質無影響或具有微不足道之影響。
本發明之又一目的係提供含有新的可切削性增強添加劑之粉末冶金組合物以及自此組合物製備壓實零件之方法。
本發明之另一目的係提供具有經改良之可切削性之燒結組件、尤其含有鐵-銅-碳之燒結組件。
現已發現，藉由使包含呈粉末形式之經界定鈦酸鹽化合物之可切削性增強劑包括於基於鐵之粉末組合物中，達成自基於鐵之粉末組合物製得之燒結組件之可切削性的令人驚訝的重大改良。此外，甚至以極低添加量獲得對可切削性之積極效應，因此因添加額外物質對壓縮性所致之不利影響將最小化。亦已顯示，所添加鈦酸鹽對機械性質之影響係可接受的。
根據本發明，以上目的中之至少一者以及自以下論述顯而易見之其他目的係藉由本發明之不同態樣達成。
圖1及2呈現在切削燒結樣品之前及之後切削工具之切割邊緣磨耗。
圖3顯示經受腐蝕測試之燒結樣品。
根據本發明之第一態樣，提供基於鐵之粉末組合物，其包含至少基於鐵之粉末及少量呈粉末形式之可切削性增強添加劑，該添加劑包含至少一種呈粉末形式之下式之合成鈦酸鹽化合物；MxO*nTiO2，其中x可係1或2，且n係至少1且小於20、較佳地小於10之數值。M係鹼金屬(例如Li、Na、K)或鹼土金屬(例如Mg、Ca、Ba)或其組合。根據第一態樣之一實施例，鈦酸鹽含有至少一種鹼金屬。
根據第一態樣之另一實施例，鈦酸鹽化合物可選自以下之群：鈦酸鋰、鈦酸鈉、鈦酸鉀、鈦酸鋰鉀、鈦酸鎂鉀、鈦酸鋇或其混合物。根據第一態樣之另一實施例，鈦酸鹽化合物可選自以下之群：鈦酸鋰、鈦酸鈉、鈦酸鉀、鈦酸鋰鉀、鈦酸鎂鉀或其混合物，較佳地鈦酸鹽化合物係選自鈦酸鉀及鈦酸鎂鉀或其混合物之群。
根據本發明之第二態樣，提供新的可切削性增強添加劑，該添加劑包含至少一種呈粉末形式之下式之合成鈦酸鹽化合物；MxO*nTiO2，其中x可係1或2，且n係至少1且小於20、較佳地小於10之數值。M係鹼金屬(例如Li、Na、K)或鹼土金屬(例如Mg、Ca、Ba)或其組合。
在第二態樣之一實施例中，鈦酸鹽含有至少一種鹼金屬。
根據第二態樣之另一實施例，鈦酸鹽化合物可選自以下之群：鈦酸鋰、鈦酸鈉、鈦酸鉀、鈦酸鋰鉀、鈦酸鎂鉀、鈦酸鋇或其混合物。根據第二態樣之另一實施例，鈦酸鹽化合物可選自以下之群：鈦酸鋰、鈦酸鈉、鈦酸鉀、鈦酸鋰鉀、鈦酸鎂鉀或其混合物，較佳地鈦酸鹽化合物係選自鈦酸鉀及鈦酸鎂鉀或其混合物之群。
根據本發明之第三態樣，提供呈粉末形式之鈦酸鹽化合物之用途，該鈦酸鹽化合物包含在基於鐵之粉末組合物中之可切削性改良添加劑中。該鈦酸鹽係至少一種呈粉末形式之下式之合成鈦酸鹽化合物；MxO*nTiO2，其中x可係1或2，且n係至少1且小於20、較佳地小於10之數值。M係鹼金屬(例如Li、Na、K)或鹼土金屬(例如Mg、Ca、Ba)或其組合。
在第三態樣之一實施例中，鈦酸鹽含有至少一種鹼金屬。
根據第三態樣之實施例，鈦酸鹽化合物可選自以下之群：鈦酸鋰、鈦酸鈉、鈦酸鉀、鈦酸鋰鉀、鈦酸鎂鉀、鈦酸鋇或其混合物。在第三態樣之另一實施例中，鈦酸鹽化合物可選自以下之群：鈦酸鋰、 鈦酸鈉、鈦酸鉀、鈦酸鋰鉀、鈦酸鎂鉀或其混合物，較佳地鈦酸鹽化合物係選自鈦酸鉀及鈦酸鎂鉀或其混合物之群。
根據本發明之第四態樣，提供製備基於鐵之粉末組合物之方法，其包含：提供基於鐵之粉末；及將基於鐵之粉末與根據以上態樣呈粉末形式之可切削性增強添加劑及其他可選材料混合。
根據本發明之第五態樣，提供用於生產具有經改良可切削性之基於鐵之燒結組件之方法，其包含：製備根據以上態樣之基於鐵之粉末組合物；在400Mpa至1200MPa之壓實壓力下壓實基於鐵之粉末組合物；在700℃至1350℃之溫度下燒結壓實零件；及視情況熱處理燒結組件。
根據本發明之第六態樣，提供含有根據以上態樣之新的可切削性增強劑之燒結組件。在第六態樣之一實施例中，燒結組件含有鐵、銅及碳。在另一實施例中，燒結組件係選自連桿、主軸承蓋及可變閥動定時(VVT)組件之群。根據第六態樣之另一實施例，燒結組件含有一或多種其他合金元素，例如Ni、Mo、Cr、Si、V、Co、Mn等。
可切削性增強添加劑或試劑包含呈粉末形式之經界定鈦酸鹽化合物。呈粉末形式之鈦酸鹽較佳具有區別於具有相同化學組成之鈦酸纖維的形狀，此乃因鈦酸鹽化合物顆粒之平均縱橫比至多為5。縱橫比係定義為大尺寸對小尺寸中之一者之比率，通常其係定義為平均長度對平均直徑之比率，即平均長度除以平均直徑。縱橫比可根據在顯微鏡下之影像分析測定。呈纖維形式之鈦酸鹽(即縱橫比大於5)可能難以與其他基於Fe之粉末組合物混合以獲得均質混合物。
鈦酸鹽化合物係具有化學式MxO*nTiO2之合成陶瓷群組，其中M=鹼金屬(例如Li、Na、K)或鹼土金屬(例如Mg、Ca、Ba)或其組合，因此x可係1或2，且n係1及以上且小於20、較佳地小於10之數值，且並不一定需要為整數。可包括於或構成本發明之可切削性增強添加劑 之鈦酸鹽化合物之實例係鈦酸鋰、鈦酸鈉、鈦酸鉀、鈦酸鋰鉀、鈦酸鎂鉀及鈦酸鋇或其混合物；較佳地，鈦酸鹽化合物係選自鈦酸鉀及鈦酸鎂鉀或其混合物之群。
根據本發明之可切削性增強添加劑可包括或混有其他已知切削增強添加劑，例如硫化錳、六方氮化硼、其他含硼物質、氟化鈣、雲母(例如白雲母)、滑石、頑火輝石、皂土、高嶺石等。
在基於鐵之粉末組合物中及因此在燒結組件中之可切削性增強添加劑之量可介於0.05重量%與1.0重量%之間、較佳地介於0.05重量%與0.5重量%之間、較佳地介於0.05重量%與0.4重量%之間、較佳地介於0.05重量%與0.3重量%之間且更佳地介於0.1重量%與0.3重量%之間。在基於鐵之粉末組合物中，尤其感興趣之鈦酸鹽或根據本發明之可切削性增強添加劑添加量係大於0.1重量%且小於0.5重量%、較佳大於0.12重量%且至多0.4重量%(例如介於0.15重量%與0.4重量%之間)且最佳大於0.12重量%且至多0.3重量%(例如介於0.15重量%與0.3重量%之間)。
較低量可能不能給出對可切削性之預期效應且較高量對機械性質可具有不利影響。
如根據SS-ISO 13320-1所量測，包含於本發明之可切削性增強添加劑中之鈦酸鹽之粒度X95可低於50μm、較佳低於40μm、更佳低於30μm、更佳低於20μm，例如低於15μm或低於10μm。或者，或另外，平均粒度X50可低於25μm、較佳低於20μm、更佳低於15μm、更佳低於10μm，例如8μm或低於5μm。然而，粒度大於0.1μm、較佳大於0.5μm，即至少95重量%之顆粒可大於0.5μm。若粒度低於0.5μm，會難以將添加劑與其他基於Fe之粉末組合物混合以獲得均質粉末混合物。太細之粒度亦將不利地影響燒結性質。高於50μm之粒度會不利地影響可切削性及機械性質。
因此，含於根據本發明之可切削性增強劑中之鈦酸鹽之較佳粒度分佈之實例係：X95低於50μm、X50低於25μm且至少95重量%高於0.1μm，或，X95低於30μm、X50低於15μm且至少95重量%高於0.1μm，或，X95低於20μm、X50低於10μm且至少95重量%高於0.5μm。基於鐵之粉末組合物
根據本發明之可切削性增強添加劑基本上可用於任何含鐵粉末組合物中。因此，包含於基於鐵之粉末組合物中之基於鐵之粉末可係純鐵粉，例如霧化鐵粉、經還原鐵粉及諸如此類。亦可使用包括諸如Ni、Mo、Cr、Si、V、Co、Mn、Cu之合金元素之預合金化粉末(例如低合金鋼粉末及不銹鋼粉末)以及其中合金元素擴散結合至基於鐵之粉末表面之部分合金化鋼粉末。基於鐵之粉末組合物亦可含有呈粉末形式之合金元素，即含有一或多種合金元素之一或多種粉末係作為離散顆粒存在於基於鐵之粉末組合物中。
可切削性增強添加劑係以粉末形式存在於組合物中。添加劑粉末顆粒可與基於鐵之粉末組合物混合作為自由粉末顆粒或例如借助黏合劑黏合至基於鐵之粉末顆粒。
根據本發明之基於鐵之粉末組合物亦可包括其他添加劑，例如石墨、黏合劑及潤滑劑及其他習用可切削性增強劑。潤滑劑可以0.05重量%至2重量%、較佳地0.1重量%至1重量%添加。石墨可以0.05重量%至2重量%、較佳地0.1重量%至1重量%添加。
方法
粉末冶金製造根據本發明之組件可以習用方式實施，即藉由以下方法：可使基於鐵之粉末(例如鐵或鋼粉末)與任何期望之合金元素 (例如鎳、銅、鉬及視情況碳)以及根據本發明之可切削性增強添加劑混合。合金元素亦可作為預合金化或擴散合金化至基於鐵之粉末者或作為混合的合金元素、擴散合金化粉末或預合金化粉末間之組合添加。在壓實之前，此粉末混合物可與習用潤滑劑(例如硬脂酸鋅或醯胺蠟)混合。混合物中之較細顆粒可借助黏合物質結合至基於鐵之粉末用於最小化分離及改良粉末混合物之可流動性。此後，粉末混合物可在壓製工具中壓實，獲得具有接近最終幾何形狀稱為生坯者。壓實通常在400Mpa至1200MPa之壓力下實施。壓實之後，可在700℃至1350℃之溫度下燒結壓坯，並賦予其最終強度、硬度、伸長率等。視情況，燒結零件可進一步熱處理以達成期望之微結構。
實例
將在以下非限制性實例中說明本發明：
可切削性增強劑
根據下表(表1)之物質係用作本發明之可切削性增強劑之實例。
Figure 105103355-A0202-12-0009-1
**比率係展現為在鈦酸鹽化學式MxO*nTiO2中「n」之數值
表2顯示如根據SS-ISO 13320-1所量測之表1中所列物質之典型粒度分佈。
Figure 105103355-A0202-12-0010-3
實例1
五種基於鐵之粉末組合物係藉由混合可購自Höganäs AB,Sweden之純霧化鐵粉末ASC100.29、2重量%之可購自ACuPowder,USA之銅粉末Cu165、0.85重量%之可購自Asbury Graphite,USA之石墨粉末Gr1651及0.75重量%之可購自Lonza,USA之潤滑劑Acrawax C來製備。混合物1號係用作參照，且不含任何可切削性增強物質，而混合物2-5號含有0.15重量%之根據本發明之可切削性增強劑。
根據SS-ISO 3325，混合物經壓實成為生坯密度為6.8g/cm3之橫向斷裂強度(Transverse Rupture Strength,TRS)樣品，隨後在1120℃下在90%氮氣/10%氫氣之氣氛中燒結30分鐘之時期。在冷卻至環境溫度後，根據SS-ISO 3325測試樣品之橫向斷裂強度，根據SS-EN ISO 6506測試樣品之硬度(HRB)。亦量測壓實模具與燒結樣品間之尺寸變化(dimensional change,DC)。
Figure 105103355-A0202-12-0010-4
如自表3明顯可見，添加根據本發明之各種可切削性增強劑(以 0.15重量%之含量添加)對燒結及機械性質無重大影響。
此外，混合物藉由單軸壓製至生坯密度為6.9g/cm3而壓實成呈環狀之生坯樣品，高度=20mm，內徑=35mm，外徑=55mm，隨後在1120℃下在90%氮氣/10%氫氣之氣氛中燒結30分鐘之時期。在冷卻至環境溫度後，測試樣品之可切削性。
在潮濕條件下(即含冷卻劑)使用1/8英吋之普通(未經塗佈)高速鋼鑽頭鑽深度為18mm之盲孔來實施可切削性測試。根據本發明之各種可切削性增強劑係關於鑽故障(例如過度磨耗或損壞的切割工具)之前的總切割距離來評估。表4顯示可切削性測試之結果。
Figure 105103355-A0202-12-0011-5
表4清晰地顯示與不含增強劑之材料相比，根據本發明之所有所測試可切削性增強劑提供燒結材料之可切削性之重大改良。
實例2
以下實例說明可切削性增強劑鈦酸鉀之粒度對可切削性之影響。
製備如實例1中所述類似的基於鐵之粉末組合物，唯使用具有各種粒度分佈之鈦酸鉀。製備根據實例1之燒結樣品且實施如實例1中所述類似之鑽孔測試。下表5顯示切削參數及結果。
表5，可切削性測試之切削參數及結果
Figure 105103355-A0202-12-0012-6
對於混合物7-9號，即使在切割3240mm後亦未發生切割工具故障，對於混合物10號在954mm切割距離後發生切割工具故障，此與自未添加可切削性增強劑之混合物6號獲得之結果相比仍係巨大改良。圖1呈現在切削前及切削後鑽頭之切割邊緣磨耗。該圖揭示根據本發明之可切削性增強劑減輕切割邊緣磨耗達令人驚訝之高程度。與未使用可切削性增強劑時僅54mm切割距離後即導致工具損壞之過度切割邊緣磨耗相比，其在3240mm切割距離後僅可檢測到輕微的磨耗。
實例3
以下實例說明根據本發明之可切削性增強劑與已知之此等試劑相比之效應。在比較性基於鐵之粉末組合物中，使用已知可切削性增強劑：在混合物12號中，粒度分佈為X95=9μm之氟化鈣粉末且在混合物13號中，粒度分佈為X95=10μm之硫化錳粉末MnS。混合物14-16、16a及16b號含有與實例2中所述之混合物7號相同之根據本發明之可切削性增強劑。根據實例1中之闡述製備基於鐵之粉末組合物及測試樣品。根據實例1實施可切削性測試，唯使用經TiN塗佈之高速鋼 鑽，鑽直徑為1/8英吋，且在乾燥條件下(即無冷卻劑)鑽孔至10mm之深度。
下表6顯示可切削性增強添加劑及測試結果。
Figure 105103355-A0202-12-0013-7
自混合物13及16、16a及16b號所製造之樣品之可切削性測試在3600mm之切割距離後終止，而無工具損壞。結果顯示，當以小於0.15重量%之量添加根據本發明之可切削性增強劑時，改良可切削性之性能係有限的且不一致。然而，與不使用可切削性增強劑時相比，即使低至0.05%之量，其仍給出某些改良。
在壓實之前，對於根據下表6a之混合物測定根據ISO 4490-2008之霍爾流量(Hall Flow)。以與實例1中所述相同之方式製備根據SS-ISO 3325之橫向斷裂強度(TRS)樣品。針對一些未燒結生坯TRS樣品測定根據ISO 3995-1985之生坯強度，且剩餘TRS樣品經受燒結製程，並且之後如實例1中所闡述測試橫向斷裂強度。亦量測壓實模具與燒結樣品間之尺寸變化。
表6a呈現霍爾流量測試、未燒結樣品之生坯強度測試、模具與燒 結樣品間尺寸變化之測定及燒結樣品之橫向斷裂強度之測試之結果。
Figure 105103355-A0202-12-0014-8
如自表6a明顯可見，以0.5%或以上之含量添加鈦酸鹽顯著影響諸如粉末混合物之流量、經壓實樣品之生坯強度、尺寸變化及橫向斷裂強度之材料性質。
實例4
以下實例說明在切割含有大於90%麻田散鐵微結構(martensitic microstructure)之燒結硬化樣品時，本發明之可切削性改良劑與已知此等試劑相比之效應。基於鐵之粉末組合物係藉由混合可購自North American Höganäs,USA之預合金化鐵粉末Astaloy MoNi(Fe+1.2% Mo+1.35% Ni+0.4% Mn)、2重量%之可購自ACuPowder,USA之銅粉末、0.9重量%之可購自Asbury Graphite,USA之石墨粉末及0.6重量%之可購自Höganäs AB,Sweden之潤滑劑Intralube E來製備。混合物17號係用作參照且不含任何可切削性增強劑，而混合物18號含有闡述於實例3中之0.5重量%之已知可切削性增強劑硫化錳MnS。混合物19號含有如實例3中所闡述之0.15重量%之根據本發明之可切削性增強劑。
根據實例1中之闡述，將混合物壓實成呈環狀之生坯樣品。然後根據實例1中之闡述燒結生坯樣品，唯使用2攝氏度/秒之冷卻速率將 樣品冷卻至環境溫度。在204℃下在空氣中回火1小時後，將樣品用於可切削性測試。
在車削操作中實施可切削性測試。使用立方氮化硼(cBN)嵌件在乾燥條件下(即不含冷卻劑)切割樣品，直至觀察到過度工具磨耗(大於200μm)為止。
下表7顯示可切削性測試之切削參數及結果。
Figure 105103355-A0202-12-0015-9
圖2呈現在切削含有可切削性增強劑之樣品後工具磨耗之狀態。該表及圖揭示根據本發明之可切削性增強劑減輕工具磨耗達令人驚訝之高程度。與當不使用可切削性增強劑時在754m切割距離後觀察到工具損壞及當使用已知可切削性增強劑MnS時在1036m切割距離後觀察到工具損壞相比，其在4898m切割距離後僅可檢測到微小坑磨耗。由此證明根據本發明之可切削性增強劑可為燒結硬化鋼提供重大可切削性改良。
實例5
以下實例說明在切割不銹鋼樣品時，根據本發明之可切削性改良劑與已知此等試劑相比之效應。基於鐵之粉末組合物係藉由混合304L可購自North American Höganäs,USA之不銹鋼粉末(Fe+18.5% Cr+11% Ni+0.9% Si)及1.0重量%之可購自Lonza,USA之潤滑劑Acrawax C來製備。混合物20號係用作參照且不含任何可切削性增強 劑，而混合物21號含有實例3中所闡述之0.5重量%之已知可切削性增強劑硫化錳MnS。混合物22號含有如實例3中所闡述之0.15重量%之根據本發明之可切削性增強劑。
根據實例1中之闡述，將混合物壓實成呈環狀、生坯密度為6.5g/cm3之生坯樣品，隨後在1315℃下在100%氫氣之氣氛中燒結45分鐘之時期。在冷卻至環境溫度後，將樣品用於可切削性測試。
在車削操作中實施可切削性測試。使用經塗佈碳化鎢嵌件在潮濕條件下(即含冷卻劑)切割樣品，直至觀察到過度工具磨耗(大於200μm)為止。
下表8顯示可切削性測試之切削參數及結果。
Figure 105103355-A0202-12-0016-10
對於混合物22號，在切割5087m後僅產生輕微的初始工具磨耗，而對於混合物20及21號，切割相同距離後產生過度工具磨耗。結果顯示儘管根據本發明之可切削性增強劑係以較少之量添加，但根據本發明之可切削性增強劑在促進切削操作方面遠遠好於已知可切削性增強劑MnS。亦可注意到，在少至0.15%含量中，根據本發明之可切削性增強劑對改良不銹鋼之可切削性具有優異效應。
實例6
此實例顯示根據本發明之可切削性增強劑對燒結樣品之腐蝕之影響。
製備如實例1中所闡述之基於鐵之粉末組合物。一種組合物不含 可切削性增強劑，另一組合物含有0.5重量%之MnS且第三組合物含有0.15%之X95=9μm之鈦酸鉀。如實例1中所闡述，製備呈環狀之生坯樣品及燒結樣品。之後將燒結樣品置於45℃及相對濕度為95%之濕度箱中。在測試開始時、一天後及四天後肉眼檢查樣品。
圖3顯示對於含有新的可切削性增強劑之樣品而言，四天之後幾乎檢測不到任何腐蝕，相比之下，含有MnS之樣品展現嚴重腐蝕。當與不含任何添加之可切削性增強劑之樣品相比時，甚至可得出此結論：根據本發明之可切削性增強劑具有一定的腐蝕保護效應。
實例7
實例7說明當作為可切削性增強劑之鈦酸鹽不含任何鹼金屬(即，由鹼土金屬鈦酸鹽組成)時，可切削性僅在有限程度上受影響。
四種基於鐵之粉末組合物係藉由混合可購自Höganäs AB,Sweden之純霧化鐵粉末ASC100.29、2重量%之可購自ACuPowder,USA之銅粉末Cu165、0.85重量%之可購自Asbury Graphite,USA之石墨粉末Gr1651及0.75重量%之可購自Lonza,USA之潤滑劑Acrawax C來製備。混合物23號係用作參照且不含任何可切削性增強物質，而混合物24-26號含有0.15重量%之可切削性增強劑。物質PT之粒度係X95=9μm，對於物質BT而言，粒度係X95=7μm，且對於物質CT而言，粒度係X95=10μm。
藉由單軸壓製將混合物壓實成生坯密度為6.9g/cm3之呈環狀之生坯樣品，高度=20mm，內徑=35mm，外徑=55mm，隨後在1120℃下在90%氮氣/10%氫氣之氣氛中燒結30分鐘之時期。在冷卻至環境溫度後，測試樣品之可切削性。使用1/8英吋之普通(未經塗佈)高速鋼鑽頭在潮濕條件下(即含冷卻劑)鑽深度為18mm之盲孔來實施可切削性測試。可切削性增強劑係關於在鑽故障(例如過度磨耗或損壞的切割工具)之前的總切割距離來評估。表9顯示可切削性測試之結果。
Figure 105103355-A0202-12-0018-11
表9顯示與根據本發明之樣品混合物24號所注意到之可切削性之顯著改良相比，混合物26僅獲得有限的改良。混合物25號顯示一些改良。

Claims (16)

  1. 一種基於鐵之粉末組合物，其包含少量之可切削性增強添加劑，該添加劑包含至少一種呈粉末形式之合成鈦酸鹽化合物，該合成鈦酸鹽化合物係根據下式：MxO*nTiO2，其中x可係1或2，且n係至少1且小於20之數值，M係鹼金屬或鹼土金屬或其組合，其中該合成鈦酸鹽化合物含有至少一種鹼金屬。
  2. 如請求項1之基於鐵之粉末組合物，其中該合成鈦酸鹽化合物係選自以下之群：鈦酸鋰、鈦酸鈉、鈦酸鉀、鈦酸鋰鉀、鈦酸鎂鉀或其混合物。
  3. 如請求項2之基於鐵之粉末組合物，其中該合成鈦酸鹽化合物係選自鈦酸鉀及鈦酸鎂鉀或其混合物之群。
  4. 如請求項1至3中任一項之基於鐵之粉末組合物，其中表示為X95之該合成鈦酸鹽化合物之粒度係低於50μm。
  5. 如請求項1至3中任一項之基於鐵之粉末組合物，其中表示為X50之該合成鈦酸鹽化合物之粒度係低於25μm。
  6. 如請求項1至3中任一項之基於鐵之粉末組合物，其中該等合成鈦酸鹽化合物顆粒之縱橫比係至多為5。
  7. 如請求項1至3中任一項之基於鐵之粉末組合物，其中可切削性增強添加劑之含量係介於0.05重量%至1.0重量%之間。
  8. 如請求項1至3中任一項之基於鐵之粉末組合物，其中該合成鈦酸鹽化合物之含量係高於0.1重量%且小於0.5重量%。
  9. 一種包含於可切削性增強添加劑中之至少一種合成鈦酸鹽化合物於基於鐵之粉末組合物中之用途，其中至少一種合成鈦酸鹽化合物係呈粉末形式，該合成鈦酸鹽化合物係根據下式：MxO*nTiO2，其中x可係1或2，且n係至少1且低於20之數值，M 係鹼金屬或鹼土金屬或其組合，其中該合成鈦酸鹽化合物含有至少一種鹼金屬。
  10. 一種製備基於鐵之粉末組合物之方法，其包含：提供基於鐵之粉末；及將該基於鐵之粉末與可切削性增強添加劑及可選其他粉末材料混合，該可切削性增強添加劑包含至少一種合成鈦酸鹽化合物，其中該至少一種合成鈦酸鹽化合物係呈粉末形式且該合成鈦酸鹽化合物係根據下式：MxO*nTiO2，其中x可係1或2，且n係至少1且低於20之數值，M係鹼金屬或鹼土金屬或其組合，其中該合成鈦酸鹽化合物含有至少一種鹼金屬。
  11. 一種用於生產具有經改良可切削性之基於鐵之燒結零件之方法，其包含：製備如請求項1至8中任一項之基於鐵之粉末組合物；在400MPa至1200MPa之壓實壓力下壓實該基於鐵之粉末組合物；在700℃至1350℃之溫度下燒結該壓實零件。
  12. 如請求項11之方法，其進一步包含熱處理該燒結零件。
  13. 一種由如請求項1至8中任一項之基於鐵之粉末組合物所製造之燒結組件。
  14. 如請求項13之燒結組件，其中該合成鈦酸鹽化合物係以高於0.1重量%且小於0.5重量%。
  15. 如請求項13至14中任一項之燒結組件，其中該燒結組件進一步含有鐵、銅及碳。
  16. 如請求項13至14中任一項之燒結組件，其中該燒結組件係選自以下之群：連桿、主軸承蓋及可變閥動定時(VVT)組件。
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