本發(fā)明涉及一種鐵基燒結(jié)合金及其制造方法，所述鐵基燒結(jié)合金適合成對(duì)地用作樹(shù)脂擠出機(jī)的造粒機(jī)用模具材料和切割機(jī)刀片材料。
背景技術(shù)：
：由于用于樹(shù)脂擠出機(jī)的造粒機(jī)的切割機(jī)刀片等在腐蝕環(huán)境下磨損嚴(yán)重，所以需要優(yōu)異的耐腐蝕性和耐磨性。此外，期望要用于樹(shù)脂擠出機(jī)的造粒機(jī)用切割機(jī)刀片等中的刀具材料不僅具有優(yōu)異的耐腐蝕性和耐磨性，還具有將所述材料加工成切割機(jī)刀片等的機(jī)械加工性。對(duì)于這種要求，例如JP-A-H11-92870提出了一種可通過(guò)將合適量的碳化物分散在高強(qiáng)度不銹鋼中獲得的材料，所述材料是可機(jī)械加工的，具有預(yù)定水平的硬度和優(yōu)異的耐磨性，且耐腐蝕性優(yōu)異。即，提出了一種高度耐腐蝕的碳化物分散的材料，其中將Ti和Mo的碳化物分散在基體中，其中按重量比計(jì)，所述碳化物分散的材料包含18.3％～24％的Ti、2.8％～6.6％的Mo、4.7％～7％的C作為碳化物并包含7.5％～10％的Cr、4.5％～6.5％的Ni、1.5％～4.5％的Co和0.6％～1％的Al、Ti和Nb中的一種或多種物質(zhì)作為基體，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。此外，JP-A-2000-256799提出了一種高度耐腐蝕的碳化物分散的材料，其中將Ti和Mo的碳化物分散在基體中，其中按重量比計(jì)，所述碳化物分散的材料包含18.3％～24％的Ti、2.8％～6.6％的Mo、4.7％～7％的C作為碳化物并包含7.5％～10％的Cr、4.5％～6.5％的Ni、1％～4.5％的Cu、0％～4.5％的Co和0.6％～1％的Al、Ti和Nb中的一種或多種物質(zhì)作為基體，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)實(shí)施例，高度耐腐蝕的碳化物分散的材料在燒結(jié)之后具有46.0HRC～49.8HRC的硬度，是可機(jī)械加工的，并在老化處理之后具有58.0HRC～63.5HRC的硬度和126kgf/mm2～155kgf/mm2的彎曲強(qiáng)度。然而，要用于樹(shù)脂擠出機(jī)中的樹(shù)脂材料是各種各樣的材料且其應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)展，使得要用于造粒機(jī)用切割機(jī)刀片等的刀具材料需要具有更高的耐腐蝕性、耐磨性、機(jī)械加工性或機(jī)械強(qiáng)度。在JP-A-H11-92870和JP-A-2000-256799中提出的高度耐腐蝕的碳化物分散的材料具有的問(wèn)題是，這些材料不是總能充分地滿足這種需求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的示例性方面提供一種鐵基燒結(jié)合金，所述鐵基燒結(jié)合金根據(jù)樹(shù)脂擠出機(jī)的應(yīng)用目標(biāo)而在耐腐蝕性、耐磨性、機(jī)械加工性或機(jī)械強(qiáng)度方面具有顯著優(yōu)異的特性。所述鐵基燒結(jié)合金可以適合成對(duì)地用作樹(shù)脂擠出機(jī)的造粒機(jī)用模具和切割機(jī)刀片材料。根據(jù)第一示例性方面，可以提供一種用于制造用于成對(duì)滑動(dòng)部件中的鐵基燒結(jié)合金的方法，按質(zhì)量百分比計(jì)，所述鐵基燒結(jié)合金具有如下組成，所述組成包含：18.4％～24.6％的Ti、2.8％～6.6％的Mo、4.7％～7.0％的C、7.5％～10.0％的Cr、4.5％～6.5％的Ni、1.5％～4.5％的Co、0.6％～1.0％的Al，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中所述合金具有其中硬質(zhì)粒子以島狀分散在基體中的結(jié)構(gòu)，且其中所述方法包括，在使所述硬質(zhì)粒子的面積比保持恒定的同時(shí)，將所述硬質(zhì)粒子的最大圓形當(dāng)量直徑控制為40μm～10μm的預(yù)定值。所述硬質(zhì)粒子的面積比可以為38％～41％且所述硬質(zhì)粒子的面積比的標(biāo)準(zhǔn)偏差可以為2.5～3.5?？梢砸訲iC粉末和Mo粉末的形式供應(yīng)形成硬質(zhì)粒子的Ti、Mo和C。成對(duì)使用的部件可以是要用作模具和切割機(jī)刀片的部件。根據(jù)第二示例性方面，可以提供一種用于樹(shù)脂擠出機(jī)的造粒機(jī)用模具和切割機(jī)刀片中的鐵基燒結(jié)合金，按質(zhì)量百分比計(jì)，所述鐵基燒結(jié)合金具有如下組成，所述組成包含：18.4％～24.6％的Ti、2.8％～6.6％的Mo、4.7％～7.0％的C、7.5％～10.0％的Cr、4.5％～6.5％的Ni、1.5％～4.5％的Co、0.6％～1.0％的Al，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，且所述鐵基燒結(jié)合金具有其中硬質(zhì)粒子以島狀分散在基體中的結(jié)構(gòu)，其中在通過(guò)模擬模具和切割機(jī)刀片的切割機(jī)刀片在盤(pán)上的(cutterblade-on-disk)方法進(jìn)行的在水中的摩擦試驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)磨合階段(conformingstage)之后的摩擦系數(shù)為0.1以下。根據(jù)第三示例性方面，可以提供一種用于成對(duì)滑動(dòng)部件中的鐵基燒結(jié)合金，按質(zhì)量百分比計(jì)，所述鐵基燒結(jié)合金具有如下組成，所述組成包含：18.4％～24.6％的Ti、2.8％～6.6％的Mo、4.7％～7.0％的C、7.5％～10.0％的Cr、4.5％～6.5％的Ni、1.5％～4.5％的Co、0.6％～1.0％的Al，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中所述合金具有其中硬質(zhì)粒子以島狀分散在基體中的結(jié)構(gòu)，所述硬質(zhì)粒子的面積比在恒定范圍內(nèi)且所述硬質(zhì)粒子的最大圓形當(dāng)量直徑為40μm～10μm的預(yù)定值。根據(jù)第四示例性方面，可以提供一種制造根據(jù)第三示例性方面的鐵基燒結(jié)合金的方法，所述方法包括：通過(guò)將包括TiC、Mo、Ni、Cr、Co、Al和Fe的材料粉末進(jìn)行混合并使所述混合物經(jīng)歷冷等靜壓制法形成坯塊(compact)；以及對(duì)形成的坯塊進(jìn)行真空燒結(jié)、熔體化處理和老化處理。根據(jù)本發(fā)明的鐵基燒結(jié)合金在耐腐蝕性、耐磨性、機(jī)械加工性或機(jī)械強(qiáng)度方面具有顯著優(yōu)異的特性，在燒結(jié)之后具有相對(duì)低的硬度，并在老化處理之后具有高的彎曲強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的鐵基燒結(jié)合金具有高的耐磨性，特別是在其中將所述合金加工成要設(shè)置在樹(shù)脂擠出機(jī)上的造粒機(jī)的模具和切割機(jī)刀片并成對(duì)地使用它們的情況下。附圖說(shuō)明圖1是根據(jù)本發(fā)明的鐵基燒結(jié)合金的SEM照片；圖2是比較例的材料的SEM照片；圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的鐵基燒結(jié)合金的最大圓形當(dāng)量直徑和面積比以及燒結(jié)之后的洛氏硬度的圖；圖4是顯示圖3中所示的最大圓形當(dāng)量直徑和面積比的標(biāo)準(zhǔn)偏差的圖；圖5A～5C是顯示用于磨損試驗(yàn)的試樣形狀和安裝它的磨損試驗(yàn)機(jī)部分的示意圖；圖6是顯示在磨損試驗(yàn)之后的切割機(jī)刀片的磨損重量的圖；且圖7A和7B是顯示在磨損試驗(yàn)期間的摩擦系數(shù)的變化狀態(tài)的圖。具體實(shí)施方式現(xiàn)在參考附圖對(duì)示例性實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明。圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的鐵基燒結(jié)合金的結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。圖2是顯示商購(gòu)獲得的碳化物分散的鐵基燒結(jié)合金材料(比較例的材料)的結(jié)構(gòu)的SEM照片，所述鐵基燒結(jié)合金材料廣泛用于造粒機(jī)用切割機(jī)刀片、沖孔模的沖壓機(jī)等中。在圖1和2中，以島狀分散在基體中的黑色部分是鈦的碳化物、鉬的碳化物或者鈦和鉬的復(fù)合碳化物并且是具有高硬度的粒子(硬質(zhì)粒子)部分。如圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明的鐵基燒結(jié)合金的特征在于，所述硬質(zhì)粒子具有細(xì)小且相對(duì)均一的形狀并且均勻地分散在整個(gè)基體中。通過(guò)如下制造本發(fā)明的鐵基燒結(jié)合金：形成混合粉末，并通過(guò)冷等靜壓制(CIP)法(例如通過(guò)施加1000～4000kgf/cm2的壓力)形成坯塊，所述混合粉末是已在濕式球磨機(jī)中通過(guò)對(duì)預(yù)定粉末(例如所述預(yù)定粉末可以包含23質(zhì)量％～30.8質(zhì)量％的TiC粉末、2.8質(zhì)量％～6.6質(zhì)量％的Mo粉末、4.5質(zhì)量％～6.5質(zhì)量％的Ni粉末、7.5質(zhì)量％～10.0質(zhì)量％的Cr粉末、1.5質(zhì)量％～4.5質(zhì)量％的Co粉末、0.6質(zhì)量％～1.0質(zhì)量％的Al粉末和40.6質(zhì)量％～60質(zhì)量％的Fe粉末)進(jìn)行混合而得到的；以及對(duì)形成的坯塊(例如具有如下形狀：具有50mm～200mm的直徑和25mm～60mm的高度的柱狀形狀或具有55mm～150mm的長(zhǎng)度、100mm～275mm的寬度和45mm～60mm的高度的長(zhǎng)方體形狀)進(jìn)行真空燒結(jié)、熔體化處理和在預(yù)定溫度下的老化處理(例如在1360℃～1400℃(優(yōu)選1380℃～1400℃)的燒結(jié)溫度下真空燒結(jié)4小時(shí)～6小時(shí))，所述熔體化處理在800℃～1050℃的溫度下實(shí)施3小時(shí)～8小時(shí)，且所述老化處理在440℃～530℃的溫度下實(shí)施4小時(shí)～10小時(shí))。如圖3中所示，所述鐵基燒結(jié)合金的特征在于，其能夠以如下方式制造：使得在將存在于基體中的硬質(zhì)粒子的面積比保持恒定(不變)的同時(shí)，將其最大圓形當(dāng)量直徑(按投影面積圓形當(dāng)量直徑計(jì))控制為預(yù)定值。在圖3中，橫軸顯示了真空燒結(jié)中的燒結(jié)溫度且縱軸顯示了在實(shí)施老化處理之后硬質(zhì)粒子的最大圓形當(dāng)量直徑(當(dāng)量直徑)或面積比以及在真空燒結(jié)之后的洛氏硬度(硬度)。順便提及，圖3在各個(gè)點(diǎn)處顯示了5個(gè)試樣的平均值。如圖3中所示，在1360℃～1400℃的燒結(jié)溫度下，硬質(zhì)粒子的面積比(*)是38％～41％(約40％)并且是恒定的，且最大圓形當(dāng)量直徑(●)相對(duì)于燒結(jié)溫度反比例下降。在本發(fā)明的鐵基燒結(jié)合金中，觀察到所述結(jié)構(gòu)如同通過(guò)從大直徑的硬質(zhì)粒子逐漸衰減而形成的結(jié)構(gòu)，如同存在能夠在燒結(jié)溫度下存在的硬質(zhì)粒子的最大直徑。這也可根據(jù)如下事實(shí)理解：圖4中所示的硬質(zhì)粒子的面積比和最大圓形當(dāng)量直徑的變動(dòng)(標(biāo)準(zhǔn)偏差)小。在圖4中，橫軸顯示燒結(jié)溫度且縱軸顯示硬質(zhì)粒子的面積比和最大圓形當(dāng)量直徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差。根據(jù)圖4，在1360℃～1400℃的燒結(jié)溫度下，面積比的標(biāo)準(zhǔn)偏差為約2％(2.5％～3.5％)且是恒定的。關(guān)于最大圓形當(dāng)量直徑，在1360℃～1370℃的燒結(jié)溫度下標(biāo)準(zhǔn)偏差為12μm～11μm，其與在1350℃～1400℃內(nèi)的其它燒結(jié)溫度下的標(biāo)準(zhǔn)偏差相比相對(duì)更大，且在1380℃～1400℃的燒結(jié)溫度下的標(biāo)準(zhǔn)偏差小。在1380℃～1400℃的燒結(jié)溫度下，最大圓形當(dāng)量直徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差為6μm～4μm且非常小。根據(jù)圖3和圖4，在1350℃或1350℃～1360℃的燒結(jié)溫度下，觀察到最大圓形當(dāng)量直徑的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的單一外觀。下表1顯示了在各個(gè)燒結(jié)溫度下的最大圓形當(dāng)量直徑的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)。在1350℃～1400℃的燒結(jié)溫度下，觀察到在1350℃的燒結(jié)溫度下的變異系數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)偏差/平均值)的單一點(diǎn)。據(jù)此可以認(rèn)為，燒結(jié)溫度為1350℃的情況與在1360℃～1400℃的燒結(jié)溫度下的燒結(jié)存在結(jié)構(gòu)性差異。[表1]燒結(jié)溫度(℃)平均值(μm)標(biāo)準(zhǔn)偏差(μm)變異系數(shù)135038.644.570.12136039.8712.520.31137033.8710.710.32138026.776.210.23139024.785.390.22140018.673.90.21此外，根據(jù)圖3，當(dāng)燒結(jié)溫度在1350℃～1380℃的范圍內(nèi)時(shí)燒結(jié)之后本發(fā)明的鐵基燒結(jié)合金的洛氏硬度(▲)相對(duì)于燒結(jié)溫度成比例升高(31HRC～46HRC)，且當(dāng)燒結(jié)溫度超過(guò)1380℃時(shí)觀察到硬度變?yōu)楹愣ㄖ祷蛳陆?。然而，硬度的最高值是?380℃的燒結(jié)溫度下的46HRC，由此所述鐵基燒結(jié)合金具有足夠的機(jī)械加工性。[實(shí)施例1]制造了根據(jù)本發(fā)明的鐵基燒結(jié)合金。從所述材料，切割出5個(gè)盤(pán)和切割機(jī)刀片并通過(guò)切割機(jī)刀片在盤(pán)上的方法在水中實(shí)施磨損試驗(yàn)。圖5B和5C分別顯示了用于磨損試驗(yàn)中的盤(pán)和切割機(jī)刀片的形狀。將所述盤(pán)和切割機(jī)刀片放入具有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、加壓機(jī)構(gòu)和溫度控制機(jī)構(gòu)的磨損試驗(yàn)機(jī)(例如，“EFM-III-1010-ADX”，其示意圖示于圖5A中)中并實(shí)施磨損試驗(yàn)。盤(pán)的硬度和切割機(jī)刀片的硬度兩者都為作為老化處理之后的硬度的57HRC。在5.2m/秒的圓周速度下在5.8kg/cm2的接觸面壓力下實(shí)施了磨損試驗(yàn)且試驗(yàn)時(shí)間為10小時(shí)。水浴槽的體積為1.8L并且水的溫度為30℃。順便提及，使用切割自比較例的材料的盤(pán)和切割機(jī)刀片，實(shí)施了與上述相同的磨損試驗(yàn)。如下所示制造了鐵基燒結(jié)合金。即，在球磨機(jī)中將表2中所示的粉末的復(fù)合粉末混合，將制得的混合粉末填入具有φ100×50mm的空間的橡膠模具中從而形成為具有100mm的直徑和50mm的高度的柱狀形狀，并在密封之后，利用CIP法通過(guò)施加1500kgf/cm2的壓力形成坯塊，并在1380℃下在真空下將制得的坯塊加熱5小時(shí)，由此實(shí)施真空燒結(jié)。其后，在850℃的溫度下進(jìn)行4小時(shí)的熔體化處理并在500℃的溫度下進(jìn)行6小時(shí)的老化處理。表3顯示了制造的鐵基燒結(jié)合金(發(fā)明例)的結(jié)構(gòu)的最大圓形當(dāng)量直徑和面積比。如表3中所示，發(fā)明例(本發(fā)明的鐵基燒結(jié)合金)具有約16μm的硬質(zhì)粒子的最大圓形當(dāng)量直徑且尺寸為比較例的1/2以下，且最大圓形當(dāng)量直徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差為約2μm且是比較例的1/4以下。發(fā)明例具有40％的硬質(zhì)粒子的面積比，這與比較例的情況(43％)下的大致相同，但面積比的標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.2％，這顯著小于比較例的情況下的標(biāo)準(zhǔn)偏差(4.5％)。即，發(fā)明例的特征在于，小的硬質(zhì)粒子整體上均勻分散。在本發(fā)明中，關(guān)于碳化物，適當(dāng)?shù)氖?，僅以粉末的形式供應(yīng)TiC且其它物質(zhì)作為單獨(dú)的金屬粉末如Mo粉末供應(yīng)。作為T(mén)iC粉末，使用商購(gòu)獲得的具有1μm～2μm粒度的粉末。順便提及，關(guān)于比較例的材料，表2顯示了化學(xué)組成且另外表3顯示了所述結(jié)構(gòu)的最大圓形當(dāng)量直徑和面積比。[表2][表3]圖6顯示了在經(jīng)過(guò)10小時(shí)的磨損試驗(yàn)之后的切割機(jī)刀片的磨損重量，且圖7A和7B顯示了在磨損試驗(yàn)期間的摩擦系數(shù)的變化狀態(tài)。根據(jù)圖6，發(fā)明例中的磨損重量是比較例中的1/5以下。根據(jù)圖7A，發(fā)明例的摩擦系數(shù)，從試驗(yàn)開(kāi)始直至1小時(shí)時(shí)逐漸增大(0.25～0.50)，之后輕微下降，在2.1小時(shí)之后，急劇下降，隨后在0.15～0.45的范圍內(nèi)波動(dòng)直到4.2小時(shí)，并且在4.2小時(shí)之后幾乎接近0(0.05以下)。附帶地，在7.156小時(shí)～7.167小時(shí)之后摩擦系數(shù)變?yōu)榧s0.1158。即，本發(fā)明的鐵基燒結(jié)合金，在水中的磨損試驗(yàn)中，在經(jīng)過(guò)特定的磨合階段之后具有至少約0.12以下、主要是0.1以下、且具體地幾乎接近于0的摩擦系數(shù)。另一方面，在試驗(yàn)期間比較例的摩擦系數(shù)在特定范圍(0.3～0.6)內(nèi)波動(dòng)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3