專利名稱：燒結(jié)性改善的金屬射出成型用合金鋼粉末和燒結(jié)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于獲得尺寸精度良好的高硬度、高耐腐蝕性的馬氏體系不銹鋼和合金工具鋼的復(fù)雜形狀零件的有效的金屬射出成形(MIM)用合金鋼粉末以及燒結(jié)體。
背景技術(shù)：
作為為了獲得高硬度、高耐腐蝕性的燒結(jié)體的金屬射出成型用粉末，一直以來使用SKD11、SUS420、SUS440C等。以這些Cr碳化物為主體而獲得硬度的鋼類，在其燒結(jié)溫度范圍中呈現(xiàn)奧氏體相，為使燒結(jié)進(jìn)行的元素移動(擴散)速度比鐵素體相慢，燒結(jié)性不好。另一方面，如果為進(jìn)行燒結(jié)將溫度提高到液相出現(xiàn)的溫度范圍的話，則一下生成大量的液相，碳化物在結(jié)晶粒界面上形成網(wǎng)狀，使制品強度顯著下降，或甚至出現(xiàn)無法保持制品形狀的變形。為避免上述情況的發(fā)生，必須將燒結(jié)溫度控制在±5℃，即10℃左右的非常窄的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)。由此，不得不犧牲生產(chǎn)率而限制燒結(jié)爐的可能使用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供消除作為上述現(xiàn)有的燒結(jié)用合金的問題的制品強度的降低、燒結(jié)控制困難的，有利于改善制品特性以及提高燒結(jié)爐的生產(chǎn)率的金屬射出成型用合金鋼粉末以及燒結(jié)體。
為解決上述課題，本發(fā)明構(gòu)成如下。
(1)一種燒結(jié)性改善的金屬射出成型用合金鋼粉末，其特征在于由以質(zhì)量％計，C0.1～1.8％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
(2)一種改善燒結(jié)體后的金屬射出成型用合金鋼粉末，其特征在于由以質(zhì)量％計，C0.1～1.8％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Mo、V、W的至少一種5.0％或5.0％以下、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
(3)上述(2)所述的燒結(jié)性改善的金屬射出成型用合金鋼粉末，其中Mo、V、W的至少一種為0.3～1.6％。
(4)一種燒結(jié)性改善的金屬射出成型用合金鋼燒結(jié)體，其特征在于由以質(zhì)量％計，C0.1～1.7％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
(5)一種燒結(jié)性改善的金屬射出成型用合金鋼燒結(jié)體，其特征在于由以質(zhì)量％計，C0.1～1.7％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Mo、V、W的至少一種5.0％或5.0％以下、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
(6)上述(5)所述的燒結(jié)性改善的金屬射出成型用合金鋼燒結(jié)體，其中Mo、V、W的至少一種為0.3～1.6％。
本發(fā)明的著眼點在于通過在以Cr碳化物為主體的鋼類中添加Nb碳化物，生成擴散性低的Nb碳化物。該Nb碳化物由于擴散速度低，所以在燒結(jié)金屬射出成型物時很難擴散粗大化，另外，Cr碳化物也以Nb碳化物為核而析出。
利用該Nb碳化物的銷止動作用，與只存在Cr碳化物的情況相比較，可以抑制碳化物的粗大化、網(wǎng)狀化。
在本發(fā)明的組成中，C是形成碳化物而增加硬度，構(gòu)成馬氏體組織。粉末的C量的范圍優(yōu)選0.1～1.8％。燒結(jié)溫度和燒結(jié)密度隨著C的量的變化而變化。因此，粉末成型時，添加適量石墨，將燒結(jié)品的C量調(diào)整到0.1～1.7％。這樣，在容易控制的溫度下制造燒結(jié)密度高的燒結(jié)體成為可能。使粉末、燒結(jié)體的C量的下限量均為0.1％，是達(dá)到為制造上述Nb碳化物所必要的最低量，同時為在基質(zhì)中固溶C制造馬氏體所需的最低量。使粉末C量的上限為1.8％，燒結(jié)體C量的上限為1.7％，是因為燒結(jié)時從粉末中消失的C量，而在燒結(jié)體中C形成Cr碳化物而提高硬度，即使含量超過1.7％硬度也不再提高，反而韌性下降。
Si提高脫氧、熱水流動性。其量如果小于0.3％，則氧的量變多，熱水流動性變壞。如果大于1.2％則可淬硬性變壞。
Mn如果小于0.1％則熱水流動性變壞，另外，如果大于0.5％則與氧結(jié)合，粉末的氧量增加。因此，控制在0.1～0.5％的范圍內(nèi)。
Cr改善可淬硬性，生成碳化物提高硬度。進(jìn)一步將固溶到內(nèi)包碳化物基質(zhì)中可提高耐腐蝕性。優(yōu)選11.0％～18.0％的范圍。
Mo、V、W生成碳化物，與Nb一起對Cr碳化物發(fā)揮銷止動的作用，提高燒結(jié)體的強度、硬度。如果它們的含量大于5.0％則韌性降低，所以優(yōu)選5.0％或5.0％以下，但是考慮到可淬硬性和經(jīng)濟性，特別優(yōu)選0.3～1.6％的范圍。如果小于0.3％則很難看到顯著提高硬度的作用，如果大于1.6％則經(jīng)濟性不好。
Nb是利用擴散性低的Nb碳化物產(chǎn)生的銷止動作用，抑制Cr碳化物的擴散來提高可淬硬性。通過添加2.0～5.0％的Nb，可以將目前不得不控制燒結(jié)溫度在±5℃范圍內(nèi)，擴大到±25℃范圍內(nèi)，可以提高燒結(jié)爐的生產(chǎn)率。如果Nb的量小于2.0％則其作用不充分，如果大于5.0％則氧的量增加成型性變壞。
附圖的簡單說明

圖1為顯示本實施例中采用的燒結(jié)的方式的圖。
圖2為將SKD11的燒結(jié)特性曲線化的圖。
圖3為將SUS420的燒結(jié)特性曲線化的圖。
圖4為將SUS440C的燒結(jié)特性曲線化的圖。
圖5為將比較例1的燒結(jié)特性曲線化的圖。
圖6為將本發(fā)明實施例1的燒結(jié)特性曲線化的圖。
圖7為將本發(fā)明實施例2的燒結(jié)特性曲線化的圖。
圖8為將本發(fā)明實施例3的燒結(jié)特性曲線化的圖。
圖9為將本發(fā)明實施例4的燒結(jié)特性曲線化的圖。
發(fā)明的最佳實施方式準(zhǔn)備下述表1中所示的試料，進(jìn)行燒結(jié)特性的試驗。
表1

各試料調(diào)整C量。添加石墨粉末使燒結(jié)后C量，SKD11為1.30％、1.50％、1.70％，SUS420為0.30％、0.50％、0.70％、0.90％，實施例1為1.30％，SUS440C為0.75％、0.80％、1.00％、1.20％，比較例1和實施例2為0.50％、0.70％、0.90％，實施例3為1.30％，實施例4為0.90％。由于比較例2在粉末的階段中氧的量變的過大，所以沒進(jìn)行燒結(jié)試驗。
燒結(jié)試驗如下所述進(jìn)行。
在表1中所示的金屬粉末中，根據(jù)燒結(jié)后的C量目標(biāo)值，分別添加適量的石墨，向其中添加5.0wt％(外數(shù))的硬脂酸，在80℃下均一地加熱混練。
將混練物冷卻至室溫后，粉碎固化后的顆粒。將該粉碎的顆粒在成型壓0.6Ton/cm2下壓縮成型(φ11.3×10t、N＝3)。
以圖1中所示的方式進(jìn)行燒結(jié)。在圖1中，燒結(jié)溫度，為在適宜的表2～表5中所示的溫度，例如，在1370℃、1390℃、1410℃等下進(jìn)行。
表2～表5顯示對各試料，燒結(jié)溫度與燒結(jié)后的C量目標(biāo)值的關(guān)系下的燒結(jié)密度。在表2～表5下方顯示了各試料的燒結(jié)品的C、O、N的量，以及在表4和表5中進(jìn)一步顯示燒結(jié)硬度(Hv)。將表2～表5中顯示的燒結(jié)特性進(jìn)行曲線化后為圖2～圖9。
觀察組織，測定燒結(jié)體的硬度，分別確定適當(dāng)?shù)臒Y(jié)溫度控制幅度。適當(dāng)?shù)臒Y(jié)溫度控制幅度，為在燒結(jié)溫度-燒結(jié)密度圖中隨著燒結(jié)溫度的上升，燒結(jié)密度在±0.1g/cm3的范圍基本恒定的燒結(jié)溫度幅度。
表2

表3

表4

表5

如上所述，加入Nb的本發(fā)明的金屬射出成型用合金鋼粉末，與SKD11、SUS420和SUS440C相比較，適當(dāng)?shù)臒Y(jié)溫度控制幅度擴大。即，在SKD11、SUS420和SUS440C中適當(dāng)?shù)臒Y(jié)溫度控制幅度為10℃左右，在本發(fā)明中擴大到50℃左右，燒結(jié)溫度的控制變的容易，生產(chǎn)率提高。另外，對燒結(jié)后的C值的靈敏性減弱，在0.5～0.9％的C值下呈現(xiàn)幾乎相同的燒結(jié)特性(溫度對密度)。
權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)性改善的金屬射出成型用合金鋼粉末，其特征在于由以質(zhì)量％計，C0.1～1.8％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
2.一種改善燒結(jié)體后的金屬射出成型用合金鋼粉末，其特征在于由以質(zhì)量％計，C0.1～1.8％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Mo、V、W的至少一種5.0％或5.0％以下、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的燒結(jié)性改善的金屬射出成型用合金鋼粉末，其中所述的Mo、V、W的至少一種為0.3～1.6％。
4.一種燒結(jié)性改善的金屬射出成型用合金鋼燒結(jié)體，其特征在于由以質(zhì)量％計，C0.1～1.7％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
5.一種燒結(jié)性改善的金屬射出成型用合金鋼燒結(jié)體，其特征在于由以質(zhì)量％計，C0.1～1.7％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Mo、V、W的至少一種5.0％或5.0％以下、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所述的燒結(jié)性改善的金屬射出成型用合金鋼燒結(jié)體，其中所述的Mo、V、W的至少一種為0.3～1.6％。
全文摘要
提供消除作為上述現(xiàn)有的燒結(jié)用合金的問題的制品強度的降低、燒結(jié)控制困難的，有利于提高燒結(jié)爐的生產(chǎn)率的金屬射出成型用合金鋼粉末以及燒結(jié)體。一種金屬射出成型用金屬鋼粉末或它們粉末的燒結(jié)體(但是C0.1～1.7％)，其特征在于是由以質(zhì)量％計，C0.1～1.8％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11～18％、Nb2～5％、其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的粉末，或進(jìn)一步含有5.0％或5.0％以下的Mo、V、W的至少一種。如圖6～9所示，本發(fā)明的金屬射出成型用合金鋼粉末，燒結(jié)溫度在50℃的變動幅度內(nèi)仍可獲得燒結(jié)密度恒定的燒結(jié)體，燒結(jié)溫度控制變得容易，生產(chǎn)率提高。
文檔編號C22C38/26GK1701129SQ20048000103
公開日2005年11月23日 申請日期2004年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月13日
發(fā)明者曽田裕二, 相原道孝 申請人:三菱制鋼株式會社