專(zhuān)利名稱(chēng)：：鐵基粉末組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：.明涉及f5t^粉不冶貪組兮物和刑用n件的方法。更具體地，本發(fā)明涉及利用這些組合物生產(chǎn)的包含銅、鎳及鉬的燒結(jié)構(gòu)件。
背景技術(shù)：
：長(zhǎng)期以來(lái)，銅、鎳和鉬在粉末冶金領(lǐng)域中用作生產(chǎn)高強(qiáng)度燒結(jié)構(gòu)件的合金元素?？赏ㄟ^(guò)混合合金元素與純鐵粉來(lái)生產(chǎn)燒結(jié)的^^構(gòu)件。然而，這會(huì)造成粉塵和偏析問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致燒結(jié)構(gòu)件的尺寸及機(jī)械性能的變化.為防止偏析，可以將合金元素與鐵粉進(jìn)^m合金化或擴(kuò)散合金化。在一種方法中，使鉬與鐵粉進(jìn)行預(yù)合金化，然后將該預(yù)合金化鐵粉與銅和鎳進(jìn)行擴(kuò)散合金化，以用含有鉬、銅及鎳的n粉末合成物生產(chǎn)燒結(jié)構(gòu)件。然而，很明顯，當(dāng)通過(guò)其中鉬被預(yù)合金化并且其中銅和鎳被擴(kuò)散合金化的粉末生產(chǎn)燒結(jié)的4絲構(gòu)件時(shí)，燒結(jié)的鐵基構(gòu)件中^r元素的含量與所用擴(kuò)散合金化粉末中合金元素的含量大體上相同。為了使燒結(jié)構(gòu)件中合金元素的含量不同以便產(chǎn)生不同性能，必須使用具有不同合金元素含量的鐵基粉末o本發(fā)明提供了一種方法，該方法不需要針對(duì)含有鉬、銅及鎳合金元素的燒結(jié)的鐵l構(gòu)件的每一期望化學(xué)合成物生產(chǎn)一特定粉末。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是提供一種用于將尺寸變化及抗拉強(qiáng)度控制至預(yù)定值的方法。在一特定實(shí)施例中，尺寸變化與碳含量及密度無(wú)關(guān)。
發(fā)明內(nèi)容簡(jiǎn)言之，本發(fā)明涉及三種不同g粉末的粉末冶金組合物。這些鐵基粉末中的第一種包括與鉬預(yù)合金化并另外與銅擴(kuò)散合金化的鐵芯部顆粒；;三種鐵i粉末主要i括由與鉬預(yù)合金化的鐵組成的顆粒。-本發(fā)明還涉及兩種擴(kuò)散合金化的鐵基粉末。一種根據(jù)本發(fā)明的方法包括如下步驟以預(yù)定量組合這三種《A^粉末；將石墨混合于該組合物中；壓實(shí)所得到的混合物；燒結(jié)所得到的生坯。本發(fā)明的另一方面涉及一種提供具有預(yù)定強(qiáng)度并且在燒結(jié)過(guò)程中具有預(yù)定尺寸變化的燒結(jié)構(gòu)件的方法.圖1-4示出用于確定粉末冶金組合物中的銅及鎳含量以獲得預(yù)定的強(qiáng)度及尺寸變化的圖表。具體實(shí)施例方式具體而言，本發(fā)明的鐵基粉末冶金組合物包括纟緣粉末A，主要包括與鉬預(yù)^r化的鐵芯部顆粒，其中該芯部顆粒與6-15重量％且優(yōu)選8-12重量％的銅擴(kuò)散合金化；4il^粉末B，主要包括與鉬預(yù)合金化的鐵芯部顆粒，其中該芯部顆粒與4.5-8重量％且優(yōu)選5-7重量％的鎳擴(kuò)散合金化；及4it^粉末C，主要包括與鉬預(yù)合金化的鐵的顆粒。在4A^粉末A、B及C的顆粒中預(yù)合金化的鉬的量可分別在0.3-2重量％之間變化，且優(yōu)選在0.5-1.5重量％之間變化。在一個(gè)實(shí)施例中，所有三種粉末中的顆粒與相同量的鉬進(jìn)行預(yù)合金化。鉬的量超過(guò)2%不會(huì)獲得與成本增加相應(yīng)的強(qiáng)度增加。鉬的量低于0.3%不會(huì)獲得顯著的強(qiáng)度效果。擴(kuò)散合金化到芯部顆粒上的銅及鎳的量的上限分別為15%的銅及12%的鎳。擴(kuò)散合金化到芯部顆粒上的銅及鎳的量的下限應(yīng)顯著高于燒結(jié)構(gòu)件中所需的量，以獲得本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。因此，從實(shí)用原因考慮，兩種鐵基粉末特別令人感興趣一種鐵基粉末主要包括與鉬預(yù)合金化的芯部顆粒并包括至少6%的擴(kuò)嘲:合金化到該芯部顆粒上的銅；另一種4A^粉末包括與鉬預(yù)合金化的芯部顆粒并包括至少4.5%的擴(kuò)散合金化到該芯部顆粒上的鎳。粉末A、B和C分別主要包括與鉬預(yù)合金化的鐵顆粒，但是也可將其它元素(除了不可避免的雜質(zhì))預(yù)合金化到該顆粒上。這些元素可以是鎳、銅、鉻和錳。為了用本發(fā)明的粉末組合物生產(chǎn)燒結(jié)構(gòu)件，需要分別確定粉末A、B和C的量并與達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度所需量的石墨混合在一起。所得到的混合物在壓實(shí)、燒結(jié)前可與其它添加劑混合?；旌显诜勰┙M合物中的石墨量最高可達(dá)1%，優(yōu)選是0.3%-0.7%。其它添加劑可選自潤(rùn)滑劑、粘結(jié)劑、其它合金元素、硬質(zhì)相材料、機(jī)加工性增強(qiáng)劑。根據(jù)粉末冶金組合物的一個(gè)實(shí)施例，粉末C基本不含Cu和Ni。優(yōu)選地，對(duì)粉末A、B與C之間的比例關(guān)系進(jìn)行選擇，以使燒結(jié)構(gòu)件中的銅含量為0.2-2重量％，鎳含量為0.1-4重量％，鉬含量為0.3-2重量%優(yōu)選為0.5-1.5重量％。在一個(gè)實(shí)施例中，銅含量為0.2-2%，優(yōu)選為0.4-0.8%，且鎳含量為0.1-4%。意外地發(fā)現(xiàn)，在該特定實(shí)施例中，燒結(jié)過(guò)程中的尺寸變化與碳含量和燒結(jié)密度無(wú)關(guān)。為生產(chǎn)具有預(yù)定尺寸變化和強(qiáng)度的燒結(jié)構(gòu)件，才艮據(jù)圖表例如圖1-4分別確定燒結(jié)構(gòu)件中銅、鎳與碳的量。然后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可分別確定所需粉末A、B及C的量。將粉末與石墨混合以獲得最終期望的碳含量。在400-1000MPa的壓實(shí)壓力下壓實(shí)此粉末組合物并在1100-1300C下在保護(hù)氣體中將所得到的生坯燒結(jié)10-60分鐘?？梢詫?duì)燒坯進(jìn)4亍進(jìn)一步的后處理，例如熱處理、表面致密化、機(jī)加工等。圖1-4中示例性的圖表在如下條件下是有效的壓實(shí)壓力為600MPa，在1120'C下燒結(jié)30分鐘，燒結(jié)氣體為90%的氮?dú)夂?0%的氫氣。根據(jù)本發(fā)明，可以生產(chǎn)具有各種鉬、銅及鎳含量的燒結(jié)構(gòu)件。該目的可通過(guò)使用三種不同粉末的組合物達(dá)到，該三種粉末以不同比例混合以獲得具有實(shí)際燒結(jié)構(gòu)件所需化學(xué)成分的粉末?？傊景l(fā)明的特別優(yōu)點(diǎn)在于可對(duì)燒結(jié)過(guò)程中的尺寸變化和燒結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度加以控制。能夠控制尺寸變化的優(yōu)點(diǎn)將有利于使用現(xiàn)有的壓制工具。當(dāng)生產(chǎn)燒結(jié)部件時(shí)，碳含量和密度的某種^lt(scatter)是不可避免的。通過(guò)使用其尺寸變化與密度和碳含量無(wú)關(guān)的組合物，將會(huì)降低燒結(jié)后的尺寸分散，從而減少以后的機(jī)加工和機(jī)加工費(fèi)用。通過(guò)下面的非限制性示例說(shuō)明本發(fā)明示例1本示例說(shuō)明如何選擇具有約600MPa的期望強(qiáng)度和三種尺寸變化水平(-0.1%、0.0%和+0.1%)的^r組合物。在根據(jù)表1的粉末組合物中，這種選擇分別針對(duì)兩種碳含量即0.5%的C和0.3%的C來(lái)進(jìn)行，其中如表2中所示，較低的碳含量可獲得優(yōu)選的延展性。本發(fā)明的粉末組合物由如下粉末制備粉末A，其中10%的銅擴(kuò)散合金化至與0.85%的鉬預(yù)合金化的鐵基粉末的表面上；粉末B,其中5%的鎳擴(kuò)散合金化至與0.85%的鉬預(yù)合金化的^粉末的表面上；及粉末C，與0.85%的鉬預(yù)合金化的45^粉末。將該粉末組合物與作為潤(rùn)滑劑的0.8%酰胺蠟及石墨混合在一起以分別產(chǎn)生0.3%和0.5%的燒結(jié)碳含量。將所得到的混合物壓實(shí)制成符合ISO2740的抗拉試驗(yàn)試樣。壓實(shí)壓力為600MPa,且燒結(jié)條件為1120*C，30分鐘，卯％的N2/10%的H2。表2列出本發(fā)明粉末組合物的其它機(jī)械性能。很明顯，本發(fā)明的粉末組合物具有符合圖3的預(yù)定尺寸變化。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>示例2如表3所示，本示例說(shuō)明了包括0.6%的Cu和2%的Ni的本發(fā)明粉末組合物，以及其尺寸變化與碳含量和燒結(jié)密度無(wú)關(guān)的一個(gè)特定實(shí)施例。將使用這些組合物得到的結(jié)果與使用DistaloyAB(可購(gòu)自H6gan勤AB，瑞典)得到的結(jié)果、以及與使用一與本發(fā)明粉末組合物具有相同化學(xué)成分但結(jié)果(在表3中被稱(chēng)為"固定合成物")進(jìn)行比較。本發(fā)明的粉末組合物由如下粉末制備粉末A，其中10%的銅擴(kuò)散合金化至與0.85%的鉬預(yù)合金化的鐵基粉末的表面；粉末B，其中5%的鎳擴(kuò)散合金化至與0.85%的鉬預(yù)合金化的45^粉末的表面；及粉末C，其包括與0.85%的鉬預(yù)合金化的鐵基粉末。表3示出一特定示例，其中將由粉末A、粉末B和粉末C構(gòu)成的總含銅量為0.6%、總*量為2%、總含鉬的量為0.83%的混合物與兩種粉末進(jìn)行比較，其中，一種粉末是已知粉末DistaloyAB，一種粉末是與0.83%表3所示，與已知粉末DistaloyAB或與被銅和鎳擴(kuò)散合金化的孝A^粉末相比，由本發(fā)明粉末組合物生產(chǎn)的燒結(jié)試樣的尺寸變化基本上與碳含量和密度無(wú)關(guān)。將此粉末組合物與作為潤(rùn)滑劑的0.8%酰胺蠟和石墨混合在一起，以產(chǎn)生表3中的燒結(jié)碳含量。在表3所示的不同壓實(shí)壓力下將所得混合物壓實(shí)成符合ISO2740的抗拉試驗(yàn)試樣。在90%的氮?dú)夂?0%的氫氣氣氛中在1120t:下將這些抗拉試驗(yàn)試樣燒結(jié)30分鐘。表4列出了其它機(jī)械性能。表3CuNiMoC壓實(shí)壓力燒結(jié)密度尺寸變化(%)(%)(%)(%>(MPa)(%)粉末組合物(7)*0.620.830.386007.11-0.117粉末組合物(8)*0.620.830.546007.09-0.118粉末組合物(9)*0.620.830.746007.06-0.117粉末組合物(10)*0.620.830.554006.77-0.114粉末組合物(11)*0.620.830.538007.22-0.129固定合成物(l)0.620.830.216007.16-0.1S5固定合成物(2)0.620.830.506007.12-0.147固定合成物(3)0.620.830.786007.08-0.118固定合成物(4)0.620.830.214006.79-0.134固定合成物(5)0.620.830.498007.26-0.163DistaloyAB(2)1.51.750.50.356007.06-0.012DistaloyAB(3)1.51.750.50.546007.05-0.034DistaloyAB(4)1.51.750.50.736007.04-0.056DistaloyAB(5)1,51.750.50.544006.73-0.048DistaloyAB(6)1.51.750.50.538007.19-0.027(*)本發(fā)明的粉末組合物表4硬度擴(kuò)拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度楊氏模量延伸率HV10(MPa)(MPa)(GPa)(%)粉末組合物(7)*1835703911372.6粉末組合物(8)*2066324331351.8粉末組合物(9)*244669485138U粉末組合物(10)*1715073631141.34分末組合物(11)*2346724501432.1固定合成物(l)-----固定合成物(2)2136494371332.2固定合成物(3)-----固定合成物(4)-----固定合成物(5)-----DistaloyAB(2)1605623331333.8DistaloyAB(3)1896183921362.2DistaloyAB(4)218626437139UDistaloyAB(5)1605233441151.0DistaloyAB(6)2006584111452.8(*)本發(fā)明的粉末組合物權(quán)利要求1.一種粉末冶金組合物，包括鐵基粉末A，主要包括與鉬預(yù)合金化的鐵芯部顆粒，其中粉末A的6-15重量％是擴(kuò)散合金化至該芯部顆粒的銅，鐵基粉末B，主要包括與鉬預(yù)合金化的鐵芯部顆粒，其中粉末B的4.5-8重量％是擴(kuò)散合金化至該芯部顆粒的鎳，及鐵基粉末C，主要包括與鉬預(yù)合金化的鐵顆粒。2.如權(quán)利要求1的粉末冶金組合物，其特征在于，粉末A中的銅含量是8-12重量％。3.如權(quán)利要求1或2的粉末冶金組合物，其特征在于，粉末B中的鎳含量是5-7重量％。4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的粉末冶金組合物，其特征在于，各粉末A、B或C中的鉬含量為0.3-2重量％，優(yōu)選為0.5-1.5重量％。5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的粉末冶金組合物，其特征在于，各粉末A、B或C中的鉬含量基本相同。6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的粉末冶金組合物，其特征在于，該組合物中的銅含量在0.2-2%范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.4-0.8重量％范圍內(nèi)。7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的粉末冶金組合物，其特征在于，該組合物中的鎳含量在0.1-4重量％范圍內(nèi)。8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的粉末冶金組合物，其特征在于，該組合物還包括最高達(dá)l重量％、優(yōu)選為0.3-0.7重量％的石墨。9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)的粉末冶金組合物，其特征在于，該組合物包括選自潤(rùn)滑劑、粘結(jié)劑、其它合金元素、硬質(zhì)相材料、機(jī)加工性增強(qiáng)劑的其它添加劑。10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)的粉末冶金組合物，其特征在于，粉末C基本上不含Cu和Ni。11.一種擴(kuò)散合金化鐵基粉末，主要包括與0.3-2重量％、優(yōu)選為0.5-1.5重量％、更優(yōu)選地為0.7-1.0重量％的鉬預(yù)合金化的鐵芯部顆粒，其中，該粉末的6-15重量％、優(yōu)選為8-12重量。/。是擴(kuò)ft合金化至該芯部顆粒的銅。12.—種擴(kuò)散合金化鐵基粉末，主要包括與0.3-2重量％、優(yōu)選為0.5-1.5重量％、更優(yōu)選地為0.7-1.0重量％的鉬預(yù)合金化的鐵芯部顆粒，其中，該粉末的4.5-8重量％、優(yōu)選為5-7重量％是擴(kuò)散合金化至該芯部顆粒的鎳。13.—種通過(guò)下述步驟制備包括0.3-2重量°/。優(yōu)選為0.5-1.5重量％的鉬、0.2-2重量％優(yōu)選為0.4-0.8重量％的銅、和0.1-4重量％的鎳的4絲燒結(jié)構(gòu)件的方法將如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)的粉末A、B、C與石墨混合，壓實(shí)該混合物以制成一壓實(shí)坯；燒結(jié)該坯。14.一種獲得具有預(yù)定強(qiáng)度并且在燒結(jié)過(guò)程中具有預(yù)定尺寸變化的燒結(jié)構(gòu)件的方法，包括如下步驟確定為獲得預(yù)定強(qiáng)度和尺寸變化而在該燒結(jié)構(gòu)件中需要的銅、鎳、鉬和碳的量；確定如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)的粉末A、B和C的相應(yīng)量；將其量已確定的粉末A、B和C與石墨和可選的其它添加劑混合；壓實(shí)該混合物以制成粉末壓實(shí)體；以及燒結(jié)該粉末壓實(shí)體。全文摘要本發(fā)明涉及一種粉末冶金組合物，包括鐵基粉末A，該鐵基粉末主要包括與鉬預(yù)合金化的鐵芯部顆粒并具有6-15重量％且優(yōu)選是8-12重量％的擴(kuò)散合金化于該芯部顆粒的銅；鐵基粉末B，該鐵基粉末主要包括與鉬預(yù)合金化的鐵芯部顆粒并具有4.5-8重量％且優(yōu)選是5-7重量％的擴(kuò)散合金化于該芯部顆粒的鎳；及鐵基粉末C，該粉末C主要包括與鉬預(yù)合金化的鐵芯部顆粒。本發(fā)明還涉及粉末A與B本身。另外，本發(fā)明涉及一種用于制備包含0.3-2重量％的鉬、0.2-2重量％且優(yōu)選是0.4-0.8重量％的銅以及0.1-4重量％的鎳的鐵基燒結(jié)構(gòu)件的方法，以及一種獲得具有預(yù)定強(qiáng)度并且在燒結(jié)過(guò)程中具有預(yù)定尺寸變化的燒結(jié)構(gòu)件的方法。文檔編號(hào)C22C38/08GK101111617SQ200680003307公開(kāi)日2008年1月23日申請(qǐng)日期2006年1月20日優(yōu)先權(quán)日2005年2月4日發(fā)明者M(jìn)·拉松申請(qǐng)人:霍加納斯股份有限公司