專利名稱：用于粉末冶金的合金鋼粉末的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種適用于各種高強(qiáng)度燒結(jié)元件的鐵基粉末。具體來說，本發(fā)明涉及一種當(dāng)將其進(jìn)行燒結(jié)粉末預(yù)成型件的再壓制時能夠在輕負(fù)荷下經(jīng)受再壓制的合金鋼粉末。
2.相關(guān)技術(shù)描述粉末冶金技術(shù)能生產(chǎn)高精度尺寸的有稱為“近于網(wǎng)狀形狀”的復(fù)雜形狀的元件，并且能夠顯著降低切削和/或修整的費(fèi)用。在這樣一種近于網(wǎng)狀形狀中，為了得到或形成一種目標(biāo)形狀幾乎不需要機(jī)械加工。因此，粉末冶金產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在汽車及其它各種領(lǐng)域中。近來，為了使元件微型化和降低元件重量，已對這些粉末冶金產(chǎn)品有更高的強(qiáng)度提出要求。具體來說，強(qiáng)烈要求鐵基粉末產(chǎn)品(燒結(jié)的鐵基元件)有更高的強(qiáng)度。
生產(chǎn)燒結(jié)鐵基元件(下面有時稱為“燒結(jié)鐵基壓坯”或簡稱為“燒結(jié)壓坯”)的基本過程包括下面三個連續(xù)步驟(1)-(3)(1)往鐵基粉末如鐵粉或合金鋼粉末中加入用于合金的粉末如石墨粉或銅粉和潤滑劑如硬脂酸鋅或硬脂酸鋰以形成鐵基混合粉末的步驟；(2)把鐵基混合粉末置入模具，將其壓制成生坯的步驟；和(3)將生坯燒結(jié)成燒結(jié)壓坯的步驟。根據(jù)需要將得到的燒結(jié)壓坯精壓或切削以生產(chǎn)如機(jī)器零件的產(chǎn)品。當(dāng)要求燒結(jié)壓坯具有更高強(qiáng)度時，可將其進(jìn)行熱處理如滲碳或光亮淬火和回火。通過步驟(1)-(2)得到的生坯的密度最大為約6.6Mg/m3至約7.1Mg/m3。
為了進(jìn)一步提高這些鐵基燒結(jié)元件的強(qiáng)度，提高生坯密度以提高通過后續(xù)的燒結(jié)步驟得到的燒結(jié)元件(燒結(jié)壓坯)的密度是有效的。有更高密度的元件的孔隙少，其機(jī)械性能如抗張強(qiáng)度，沖擊值和疲勞強(qiáng)度更好。
例如，日本未審公開專利申請2-156002，日本未審公開專利申請7-103404和美國專利5368630公開了一種加熱時壓制金屬粉末的溫壓技術(shù)，該技術(shù)能夠提高生坯密度。例如，在含有4％(質(zhì)量)的Ni，0.5％(質(zhì)量)的Mo和1.5％(質(zhì)量)的Cu的部分合金鐵粉中，加入0.5％(質(zhì)量)的石墨粉和0.6％(質(zhì)量)的潤滑劑生產(chǎn)鐵基混合粉末。在150℃的溫度和686MPa的壓力下將該鐵基混合粉末進(jìn)行溫壓，得到的生坯的密度是約7.3Mg/m3。但是，得到的生坯密度是需要密度的93％，還需要更高的密度。另外，應(yīng)用溫壓技術(shù)需要將粉末加熱到預(yù)定溫度的設(shè)備。這就增加了生產(chǎn)成本并會因?yàn)槟＞叩臒嶙冃味档驮某叽缇取?br> 將生坯直接進(jìn)行熱鍛的燒結(jié)鍛造法是公知的一種進(jìn)一步提高生坯密度的方法。燒結(jié)鍛造法能生產(chǎn)有基本是真密度的產(chǎn)品，但是與其它粉末冶金法相比增加了生產(chǎn)成本，并因?yàn)闊嶙冃味档统善吩某叽缇取?br> 作為可能解決這些問題的一種方法，例如，日本未審公開專利申請1-123005和11-117002和美國專利4393563提出了一種能生產(chǎn)有基本是真密度的產(chǎn)品的技術(shù)，其是粉末冶金技術(shù)和再壓制技術(shù)如冷鍛的結(jié)合(下面有時將這種提出的技術(shù)稱為“燒結(jié)粉末預(yù)成型件的再壓制”)。圖3示出用燒結(jié)粉末預(yù)成型件的再壓制方法生產(chǎn)燒結(jié)鐵基元件的工藝的一個實(shí)施方案的一個實(shí)施例。
參考圖3，原料粉末如石墨粉和潤滑劑與鐵基材料粉末混合生成鐵基粉末混合物。然后將鐵基粉末混合物壓制成預(yù)成型件，然后將預(yù)成型件燒結(jié)生成燒結(jié)鐵基粉末金屬體。然后將燒結(jié)鐵基粉末金屬體進(jìn)行再壓制如冷鍛生成再壓制體。然后將得到的再壓制體進(jìn)行再燒結(jié)和/或熱處理生成燒結(jié)鐵基元件。
將燒結(jié)粉末預(yù)成型件進(jìn)行再壓制的技術(shù)的目的是通過使燒結(jié)鐵基粉末金屬體進(jìn)行再壓制以增加得到的密度值接近真密度的方法來提高產(chǎn)品(燒結(jié)鐵基元件)的機(jī)械強(qiáng)度。因?yàn)樵谠賶褐撇襟E中的熱變形很小，所以該技術(shù)能生成具有高精度尺寸的元件。但是，用該技術(shù)生產(chǎn)高強(qiáng)度的燒結(jié)產(chǎn)品時，(1)燒結(jié)鐵基粉末金屬體必須有高變形性并且必須在輕負(fù)荷下能經(jīng)受再壓制，同時(2)這種再燒結(jié)和/或熱處理后的燒結(jié)鐵基元件必須有高強(qiáng)度。
另外，一般在鐵基粉末中單獨(dú)加入用于改善淬火性能的元素，以提高燒結(jié)鐵基元件的強(qiáng)度。
例如，日本審結(jié)公開專利申請7-51721指出當(dāng)用0.2-1.5％(質(zhì)量)的Mo和0.05-0.25％(質(zhì)量)的Mn使鐵粉預(yù)合金化時，得到的燒結(jié)壓坯具有高密度，并且在壓制過程中基本上不會損壞其可壓縮性。
日本審結(jié)公開專利申請63-66362公開了一種由霧化合金鋼粉末和至少有Cu和Ni的一種部分?jǐn)U散和粘結(jié)在霧化合金鋼粉末表面的粉末(顆粒)構(gòu)成的粉末冶金合金鋼粉末，其中霧化合金鋼粉末中含有的預(yù)合金化Mo的組成范圍不會對粉末的可壓縮性產(chǎn)生有害影響。該專利指出這種合金鋼粉末包括預(yù)合金化Mo和部分預(yù)合金化Cu或Ni，因此能夠同時得到在壓制期間的高可壓縮性和燒結(jié)后元件的高強(qiáng)度。
日本審結(jié)公開專利申請63-66362描述的合金鋼粉末包括部分合金化的合金元素Ni和/或Cu以確保壓制過程中的可壓縮性。但是，Ni和Cu在鋼粉末基體中極易擴(kuò)散，當(dāng)合金鋼粉末進(jìn)行燒結(jié)粉末預(yù)成型件的再壓制加工時，Ni和Cu就擴(kuò)散進(jìn)鋼粉末基體中。因此，通過臨時燒結(jié)步驟得到的燒結(jié)鐵基粉末金屬體的硬度高，因此再壓制時需要高負(fù)荷。
同樣，日本審結(jié)公開專利申請7-51721中描述的合金鋼粉末(鐵基粉末)是一種預(yù)合金粉末，當(dāng)對其進(jìn)行燒結(jié)粉末預(yù)成型件的再壓制加工時，通過預(yù)壓制和預(yù)燒結(jié)得到的燒結(jié)鐵基粉末金屬體的硬度高，因此再壓制時需要高負(fù)荷。結(jié)果，用于再壓制的設(shè)備費(fèi)用提高或者說縮短了模具的壽命。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種有優(yōu)秀可壓縮性的合金鋼粉末。這可以解決上述傳統(tǒng)技術(shù)中存在的問題，可以降低通過壓制和預(yù)燒結(jié)得到的燒結(jié)鐵基粉末金屬體的硬度，能夠使再壓制負(fù)荷最小化，能夠提高通過再燒結(jié)和/或熱處理得到的燒結(jié)鐵基元件的強(qiáng)度。
本發(fā)明是基于這些發(fā)現(xiàn)而完成的。
因此，本發(fā)明提供一種合金鋼粉末，其包括鐵基粉末和約0.2％(質(zhì)量)至約10.0％(質(zhì)量)的部分?jǐn)U散和粘結(jié)在鐵基粉末顆粒表面上的粉末形式的Mo，其中鐵基粉末包括約1.0％(質(zhì)量)或更低的預(yù)合金化Mn，其余的平衡量基本由鐵組成。
本發(fā)明還提供一種合金鋼粉末，其包括鐵基粉末和約0.2％(質(zhì)量)至約10.0％(質(zhì)量)的部分?jǐn)U散和粘結(jié)在鐵基粉末顆粒表面上的粉末形式的Mo，其中鐵基粉末包括約1.0％(質(zhì)量)或更低的預(yù)合金化Mn和低于約0.2％的預(yù)合金化Mo，其余的平衡量基本由鐵組成。
發(fā)明詳述首先說明規(guī)定本發(fā)明的合金鋼粉末組成的原因。
在合金鋼粉末中用作鐵基材料粉末的鐵基粉末包括基于合金鋼粉末總質(zhì)量的約1.0％(質(zhì)量)或更低的預(yù)合金化Mn和可選的低于0.2％(質(zhì)量)的預(yù)合金化Mo，其余平衡量的鐵基粉末基本由鐵組成。
Mn是一種能夠改善燒結(jié)鐵基粉末金屬體的淬硬性并且即使當(dāng)把Mn進(jìn)行預(yù)合金化時也不會使再壓制負(fù)荷增加很大的元素。因此，鐵基粉末中所含的預(yù)合金化Mn能夠改善熱處理后得到的燒結(jié)鐵基元件(產(chǎn)品)的強(qiáng)度。如果Mn含量超過約1.0％(質(zhì)量)，淬硬性不會隨Mn含量的增加而有很大提高，得到的燒結(jié)鐵基粉末金屬體有略高的再壓制負(fù)荷。因此，在考慮到經(jīng)濟(jì)性時，把Mn含量的上限規(guī)定為約1.0％(質(zhì)量)。
Mn含量等于或大于約0.02％(質(zhì)量)時能夠得到上述優(yōu)點(diǎn)，Mn含量等于或大于約0.04％(質(zhì)量)時這些優(yōu)點(diǎn)更顯著。因此，Mn含量優(yōu)選等于或大于約0.02％(質(zhì)量)，更優(yōu)選等于或大于約0.04％(質(zhì)量)。因?yàn)檫@些原因，鐵基粉末中的Mn含量小于或等于約1.0％(質(zhì)量)，優(yōu)選是約0.02％(質(zhì))量至約1.0％(質(zhì)量)，更優(yōu)選是約0.04％(質(zhì)量)至約1.0％(質(zhì)量)。
除了Mn和可選的Mo外，鐵基粉末中的平衡量基本由鐵組成。本申請所用的術(shù)語“基本由鐵組成”指的是平衡量包括Fe和本領(lǐng)域公知的不可避免的雜質(zhì)。主要不可避免的雜質(zhì)包括如C，O，N，Si，P和S。為了確保鐵基粉末混合物的可壓縮性，為了通過壓制生產(chǎn)有足夠高密度的預(yù)成型件，這些不可避免的雜質(zhì)的優(yōu)選含量是C約0.05％(質(zhì)量)或更低，O約0.3％(質(zhì)量)或更低，N約0.005％(質(zhì)量)或更低，Si約0.2％(質(zhì)量)或更低，優(yōu)選約0.1％(質(zhì)量)或更低，P約0.1％(質(zhì)量)或更低，和S約0.1％(質(zhì)量)或更低。從燒結(jié)鐵基粉末金屬體的質(zhì)量角度考慮，沒有必要規(guī)定這些雜質(zhì)含量的下限。但是，從工業(yè)生產(chǎn)率的角度考慮，這些雜質(zhì)的含量低于下述值時不經(jīng)濟(jì)C約0.0005％(質(zhì)量)，O約0.002％(質(zhì)量)，N約0.0005％(質(zhì)量)，Si約0.005％(質(zhì)量)，P約0.001％(質(zhì)量)量)，和S約0.001％(質(zhì)量)。
本發(fā)明中使用的鐵基粉末的平均粒徑?jīng)]有具體限制，但優(yōu)選在約30μm至約120μm范圍內(nèi)，在工業(yè)上可以適當(dāng)?shù)馁M(fèi)用生產(chǎn)該范圍內(nèi)的粉末。本申請所用的術(shù)語“平均粒徑”指的是累積粒徑分布在重量是50％處的點(diǎn)值(d50)。
本發(fā)明的合金鋼粉末包括部分?jǐn)U散和粘結(jié)在鐵基粉末顆粒表面上的粉末形式的Mo。部分?jǐn)U散和粘結(jié)在鐵基粉末顆粒表面上的粉末形式的部分合金化Mo的含量是基于合金鋼粉末總質(zhì)量的約0.2％(質(zhì)量)至約10.0％(質(zhì)量)。
Mo是一種用于改善得到的燒結(jié)鐵基元件的淬硬性的元素，合金鋼粉末中含有的Mo用于增加燒結(jié)產(chǎn)品的強(qiáng)度。如果鐵基粉末含有的Mo作為預(yù)合金化元素時，得到的燒結(jié)鐵基粉末金屬體有過高的硬度，因此就降低了其可再壓制性。因此，為了避免粉末金屬體有高硬度，Mo部分?jǐn)U散和粘結(jié)在鐵基粉末顆粒表面上并部分合金化。
部分合金化Mo的含量等于或大于約0.2％(質(zhì)量)時能夠改善淬硬性，并且淬硬性隨部分合金化Mo的含量的提高而提高。相反，部分合金化Mo的含量大于約10.0％(質(zhì)量)時不會使淬火性能有大的改善，因此不能產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)期優(yōu)點(diǎn)，并且在經(jīng)濟(jì)上導(dǎo)致成本過高。另外，部分合金化Mo的含量過高將增加再壓制負(fù)荷。因?yàn)檫@些原因，將部分合金化Mo的含量范圍規(guī)定為約0.2％(質(zhì)量)至約10.0％(質(zhì)量)。
另外，本發(fā)明的鐵基粉末包括基于合金鋼粉末總質(zhì)量的約1.0％(質(zhì)量)或更低Mn的和可選的低于約0.2％(質(zhì)量)的預(yù)合金化Mo，其余平衡量的鐵基粉末基本由鐵組成。
Mo是一種用于改善得到的燒結(jié)鐵基壓坯的淬硬性的元素，鐵基粉末中含有的Mo用于增加燒結(jié)產(chǎn)品的強(qiáng)度?；诤辖痄摲勰┛傎|(zhì)量的預(yù)合金化Mo的含量低于約0.2％(質(zhì)量)時不會影響壓制和預(yù)燒結(jié)后得到的燒結(jié)粉末金屬體的再壓制性。


圖1是示出合金鋼粉末4的示意圖，其中部分?jǐn)U散和粘結(jié)在鐵基粉末1表面上的粉末顆粒形式的Mo部分合金化。在圖1中，只有一種Mo顆粒2部分?jǐn)U散和粘結(jié)在鐵基粉末顆粒1的表面上。但是多于一種的Mo顆粒2可以自然地?cái)U(kuò)散和粘結(jié)在鐵基粉末顆粒1的表面上。
在合金鋼粉末顆粒4中，Mo粉末顆粒2部分?jǐn)U散進(jìn)入鐵基粉末顆粒1中，粘結(jié)在鐵基粉末顆粒1的表面上并與之部分合金化。在鐵基粉末顆粒1和Mo源粉末顆粒2之間的粘結(jié)部分，部分Mo擴(kuò)散進(jìn)入鐵基粉末顆粒1中形成Mo擴(kuò)散區(qū)3(合金區(qū))，其余的Mo源粉末顆粒2以粉末形式粘結(jié)在鐵基粉末顆粒1的表面上。
本申請中所用的Mo源粉末優(yōu)選包括但不限定為如金屬M(fèi)o粉末，Mo氧化物粉末如典型的MoO3和鉬鐵粉末。
如圖3所示，在燒結(jié)粉末預(yù)成型件的再壓制工藝中用這樣的合金鋼粉末作為鐵基材料粉末能產(chǎn)生下述優(yōu)點(diǎn)首先，即使在預(yù)燒結(jié)后部分合金化Mo也不會完全分散到鐵基粉末基體中，因此，與用同樣組成的預(yù)合金鋼粉末作為鐵基材料粉末相比，其在輕負(fù)荷下能夠經(jīng)受再壓制以生成密度接近真密度的再壓制體。
另外，對密度接近真密度的再壓制體進(jìn)行再燒結(jié)能夠提高M(jìn)o的擴(kuò)散性。通過對燒結(jié)壓坯進(jìn)行熱處理如氣體滲碳，真空滲碳，光亮淬火和回火或感應(yīng)淬火和回火得到的燒結(jié)壓坯或元件與用同樣組成的預(yù)合金鋼粉末作為鐵基材料粉末得到的燒結(jié)壓坯或元件有相同的強(qiáng)度。另外，本發(fā)明的合金鋼粉末顆粒的硬度比有同樣組成的預(yù)合金鋼粉末顆粒的硬度低，因此，即使在相同的壓制壓力下壓制時也能生成有更高密度的燒結(jié)鐵基粉末金屬體。就此而論，在燒結(jié)粉末預(yù)成型件的再壓制工藝中，燒結(jié)鐵基粉末金屬體的密度越大，越是優(yōu)選。
除了Mn和Mo外，平衡量(余量)的合金鋼粉末基本由鐵組成，即由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成。為了確保鐵基粉末混合物的可壓縮性，為了通過壓制生產(chǎn)有足夠高密度的預(yù)成型件，這些附隨雜質(zhì)的優(yōu)選含量是C約0.05％(質(zhì)量)或更低，O約0.3％(質(zhì)量)或更低，N約0.005％(質(zhì)量)或更低，Si約0.2％(質(zhì)量)或更低，優(yōu)選約0.1％(質(zhì)量)或更低，P約0.1％(質(zhì)量)或更低，和S約0.1％(質(zhì)量)或更低。從燒結(jié)鐵基粉末金屬體的質(zhì)量角度考慮，沒有必要規(guī)定這些雜質(zhì)含量的下限。但是，從工業(yè)生產(chǎn)率的角度考慮，這些雜質(zhì)的含量低于下述值時不經(jīng)濟(jì)C約0.0005％(質(zhì)量)，O約0.002％(質(zhì)量)，N約0.0005％(質(zhì)量)，Si約0.005％(質(zhì)量)，P約0.001％(質(zhì)量)，和S約0.001％(質(zhì)量)。本發(fā)明中使用的合金鋼粉末的平均粒徑?jīng)]有具體限制，但優(yōu)選在約30μm至約120μm范圍內(nèi)，在工業(yè)上可以適當(dāng)?shù)馁M(fèi)用生產(chǎn)該范圍內(nèi)的粉末。
接下來說明合金鋼粉末的生產(chǎn)過程。
圖2示出本發(fā)明的合金鋼粉末的生產(chǎn)過程的一個實(shí)施方案。首先制備預(yù)定量的Mo源粉末和含Mn和可選Mo的鐵基粉末。霧化鐵粉和還原鐵粉均可用作鐵基粉末。這樣的霧化粉末通常在霧化后在還原氣氛如氫氣氣氛中進(jìn)行熱處理以還原碳和氧。但是，沒有進(jìn)行這樣的還原熱處理的霧化鐵粉也可用在本發(fā)明中。
前面提及的金屬M(fèi)o粉末，Mo氧化物粉末如MoO3和鉬鐵粉末可優(yōu)選用作Mo源粉末。
然后使鐵基粉末和Mo源粉末混合，其比例是使得到的合金鋼粉末中的Mo含量落在前面提及的數(shù)值范圍內(nèi)(約0.2％(質(zhì)量)至約10.0％(質(zhì)量))。在該混合工序中可以使用任意傳統(tǒng)上公知的設(shè)備如Henshel型混合器和錐形混合器?；旌蠒r可以加入粘結(jié)劑如錠子油以提高鐵基粉末和Mo源粉末之間的粘結(jié)力。基于100重量份的鐵基粉末和Mo源粉末總重量的粘結(jié)劑含量優(yōu)選是約0.001重量份至約0.1重量份。
然后使得到的由鐵基粉末和Mo源粉末構(gòu)成的混合物在還原氣氛如氫氣氣氛中在約800℃至約1000℃的溫度范圍內(nèi)熱處理約10分鐘至約3小時。這種熱處理使Mo部分?jǐn)U散和粘結(jié)在鐵基粉末顆粒的表面上以生成部分合金鋼粉末。即使使用Mo氧化物粉末作為Mo源粉末時，Mo氧化物也在熱處理步驟中還原成金屬，得到的金屬M(fèi)o顆粒和用金屬M(fèi)o粉末或鉬鐵作為Mo源粉末一樣部分?jǐn)U散和粘結(jié)在鐵基粉末顆粒的表面上生成部分合金鋼粉末。
用于形成部分合金粉末的熱處理使所有粉末松燒結(jié)和堆垛，因此，將得到的粉末破碎并分出需要的粒徑，可根據(jù)需要進(jìn)行進(jìn)一步退火，這樣就最終生成成品合金鋼粉末。
可通過對單個合金鋼粉末顆粒的橫截面進(jìn)行元素分布分析如公知的電子探針顯微分析(EPMA)來評估Mo源粉末是否充分?jǐn)U散和粘結(jié)在鐵基粉末的表面上。通過在單個合金鋼粉末顆粒的拋光橫截面上繪制Mo分布圖可直接觀察Mo源顆粒的粘結(jié)狀況。當(dāng)用Mo氧化物作為Mo源粉末且合金鋼粉末中的氧含量足夠低時(如，低于或等于上述的雜質(zhì)含量值約0.3％(質(zhì)量))，可認(rèn)為Mo源粉末是充分?jǐn)U散和粘結(jié)的，沒有剩余大量的Mo氧化物。
然后根據(jù)需要使合金鋼粉末和其它原料如石墨粉，合金粉末或潤滑劑混合，然后進(jìn)行壓制、預(yù)燒結(jié)，生成燒結(jié)鐵基粉末金屬體。然后將該燒結(jié)鐵基粉末金屬體進(jìn)行再壓制如冷鍛或輥軋成型，然后根據(jù)需要進(jìn)行再燒結(jié)和/或熱處理以生成燒結(jié)鐵基元件。用本發(fā)明的合金鋼粉末制備的燒結(jié)鐵基粉末金屬體在進(jìn)行充分的再壓制時有如此輕的再壓制負(fù)荷。但是，通過再燒結(jié)和/或熱處理得到的燒結(jié)鐵基元件是有令人滿意淬硬性的高強(qiáng)度元件。
該合金鋼粉末除了在燒結(jié)粉末預(yù)成型件的再壓制工藝中可用作鐵基材料粉末外，還可在整個粉末冶金領(lǐng)域應(yīng)用燒結(jié)和/或熱處理后的高可壓制性和高強(qiáng)度的領(lǐng)域中。
實(shí)施例下面參考幾個本發(fā)明的實(shí)施例，對比實(shí)施例和傳統(tǒng)實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，這些實(shí)施例不是為了限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
制備一系列表1所示的含預(yù)合金化Mn和/或Mo的鐵基粉末。鐵基粉末A2是沒有進(jìn)行還原熱處理的水霧化鐵基粉末，其它粉末都在霧化后在氫氣氣氛中進(jìn)行還原。這些鐵基粉末的每一種都以表2和3所示的得到的合金鋼粉末中的預(yù)定比與表2和3所示的Mo源粉末混合。然后在100重量份的鐵基粉末和Mo源粉末的總和中加入0.01重量份的錠子油作為粘結(jié)劑，得到的混合物在V型混合器中摻混15分鐘以生成混合粉末。在一般的實(shí)施例(合金鋼粉24-26)中，金屬Ni粉末和/或金屬Cu粉末以表3所示的得到的合金鋼粉末中的預(yù)定比加入含預(yù)合金化Mo的鐵基粉末中(鐵基粉末E)。
這些混合粉末的每一種都在氫氣氣氛中在900℃下熱處理1小時，使Mo源粉末部分?jǐn)U散和粘結(jié)在鐵基粉末顆粒的表面上以生成部分合金鋼粉末。
對得到的合金鋼粉末中的每一種都進(jìn)行化學(xué)分析后發(fā)現(xiàn)其含有小于或等于0.01％(質(zhì)量)的C，小于或等于0.25％(質(zhì)量)的O和小于或等于0.0030％(質(zhì)量)的N。即使使用水霧化鐵基粉末A2，鐵粉也在熱處理過程中被還原，得到的粉末中的氧含量降至0.25％(質(zhì)量)或更低。鐵基粉末和合金鋼粉末中的Si，P和S含量都小于或等于0.05％(質(zhì)量)。
對每一種得到的合金鋼粉末的橫截面都進(jìn)行EPMA以證明Mo源粉末是粘結(jié)在鐵基粉末的表面上并且是部分?jǐn)U散的。在這種分析中，對50粒合金鋼粉末進(jìn)行分析。每一種合金鋼粉末顆粒的平均粒徑是60μm至80μm。
接下來，在每一種上述制備的合金鋼粉末中加入0.2％(質(zhì)量)的天然石墨和0.3％(質(zhì)量)的硬脂酸鋅(潤滑劑)以生成鐵基混合粉末混合物。石墨和硬脂酸鋅的量是用相對于鐵基粉末混合物的總重量的量表示。然后將鐵基粉末混合物置入模具中壓制生成直徑是30mm、高是15mm的片狀預(yù)成型件。然后使預(yù)成型件在氫氣氣氛中在1100℃下預(yù)燒結(jié)1800秒以生成燒結(jié)鐵基粉末金屬體。壓制過程中施加的負(fù)荷設(shè)定為使得到的燒結(jié)鐵基粉末金屬體的密度為7.4Mg/m3。
每一種上述制備的燒結(jié)鐵基粉末金屬體都進(jìn)行再壓制。具體來說，通過使其向后擠壓而將其冷鍛成杯子形狀，面積壓縮率是80％，這樣就生產(chǎn)出杯狀體。測定冷鍛過程中施加的負(fù)荷。
然后使杯狀體在80vol.％的氮?dú)夂?0vol.％的氫氣氣氛中在1140℃下預(yù)燒結(jié)1800秒，在1.0％的碳勢下的滲碳?xì)夥罩性?70℃下維溫3600秒，在油中淬火，在150℃下回火。經(jīng)過這些熱處理，可得到杯狀體。測定得到的杯狀體的洛氏C標(biāo)度表面硬度(HRC)。這些結(jié)果示于表2和3。
表1
A2沒有進(jìn)行其它處理的水霧化粉末表2
表3
Fe-Mo粉末61％(質(zhì)量)的Mo-Fe粉末每一個本發(fā)明的實(shí)施例在冷鍛(再壓制)時都使用低負(fù)荷，且顯示出令人滿意的可再壓制性。合金鋼粉末1和21，4和23及11和22的對比示出部分?jǐn)U散、粘結(jié)和部分合金化的Mo能夠降低冷鍛(再壓制)負(fù)荷。本發(fā)明的實(shí)施例在冷鍛再壓制時需要的負(fù)荷比傳統(tǒng)的通過部分?jǐn)U散和粘結(jié)Ni和/或Cu得到的含0.2％或更多的預(yù)合金化Mo和部分合金化Ni和/或Cu的實(shí)施例(合金鋼粉末24-26)在冷鍛再壓制時需要的負(fù)荷低得多。
每一個本發(fā)明的實(shí)施例在熱處理后的HRC標(biāo)度的表面硬度等于或大于58，和含有預(yù)合金化Mn和Mo的對比實(shí)施例(合金鋼粉末21-23)及含有預(yù)合金化Mo和部分合金化Cu和/或Ni的傳統(tǒng)實(shí)施例(合金鋼粉末24-26)在熱處理后的硬度相比具有較高的硬度并能形成高強(qiáng)度的鐵基燒結(jié)元件。相反，含有大量Mo的對比實(shí)施例(合金鋼粉末8和14)的可再壓制性降低，不能在再壓制過程中模鑄成預(yù)定的尺寸。含有大量預(yù)合金化Mn的一個對比實(shí)施例(合金鋼粉末20)再壓制需要的負(fù)荷與傳統(tǒng)實(shí)施例(合金鋼粉末24-26)需要的負(fù)荷一樣高。含有少量Mo的一個對比實(shí)施例(合金鋼粉末27)在熱處理后的硬度低。另外，合金鋼粉末28和22的對比示出即使Mo被預(yù)合金化，如果預(yù)合金化Mo的含量在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，冷鍛(再壓制)時的負(fù)荷仍然保持很低。另一方面，合金鋼粉末28和29的對比示出當(dāng)預(yù)合金化Mo的含量超出本發(fā)明的保護(hù)范圍時，冷鍛時的負(fù)荷就會增高。
如上所述，本發(fā)明改善了燒結(jié)鐵基粉末金屬體的可變形性，能夠生產(chǎn)密度接近真密度的高密度再壓制體，能夠生產(chǎn)有高精度尺寸的高強(qiáng)度燒結(jié)鐵基元件，并能取得顯著的工業(yè)上的益處。
其它的實(shí)施方案和變化對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是顯而易見的，本發(fā)明不限定為上述的具體情形。
權(quán)利要求
1.一種用于粉末冶金的合金鋼粉末，其包括鐵基粉末，所說的鐵基粉末包括基于所說的合金鋼粉末總量的約1.0％(質(zhì)量)或更低的預(yù)合金化Mn，其余的平衡量基本由鐵組成；和基于所說的合金鋼粉末總量的約0.2％(質(zhì)量)至約10.0％(質(zhì)量)的部分?jǐn)U散和粘結(jié)在鐵基粉末顆粒表面上的粉末形式的Mo。
2.一種用于粉末冶金的合金鋼粉末，其包括鐵基粉末，所說的鐵基粉末包括基于所說的合金鋼粉末總量的約1.0％(質(zhì)量)或更低的預(yù)合金化Mn和低于約0.2％(質(zhì)量)的預(yù)合金化Mo，其余的平衡量基本由鐵組成；和基于所說的合金鋼粉末總量的約0.2％(質(zhì)量)至約10.0％(質(zhì)量)的部分?jǐn)U散和粘結(jié)在鐵基粉末顆粒表面上的粉末形式的Mo。
全文摘要
Mo源粉末加入含1.0%(質(zhì)量)或更低的預(yù)合金化Mn的鐵基粉末中并與之混合得到含0.2－10.0%(質(zhì)量)Mo的粉末混合物,得到的粉末混合物在還原氣氛中進(jìn)行熱處理以得到含部分?jǐn)U散和粘結(jié)在鐵基粉末顆粒表面上的粉末形式的Mo的合金鋼粉末。制備的用于粉末冶金的合金鋼粉末有令人滿意的可壓制性。使用這種合金鋼粉末能夠生產(chǎn)用于高強(qiáng)度燒結(jié)元件的燒結(jié)粉末金屬體(在燒結(jié)粉末材料的再壓制工藝中進(jìn)行壓制和預(yù)燒結(jié)后的中間材料)。
文檔編號C22C33/02GK1342780SQ01133199
公開日2002年4月3日 申請日期2001年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月31日
發(fā)明者中村尚道, 上之薗聰, 宇波繁, 藤長政志 申請人:川崎制鐵株式會社