專利名稱：一種不銹鋼粉末復(fù)合材料及其溫壓方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)，具體是指一種制造高密度高強(qiáng)度粉末冶金零件用不銹鋼粉末復(fù)合材料及其溫壓方法。
背景技術(shù)：
用傳統(tǒng)粉末冶金方法生產(chǎn)不銹鋼零件的優(yōu)點(diǎn)是能以較低的成本生產(chǎn)終形或近終形粉末冶金零件，可實(shí)現(xiàn)少無(wú)切削加工，而缺點(diǎn)是零件密度不高，耐腐蝕性能和力學(xué)性能相對(duì)較低。采用等靜壓壓制和注射成形零件雖然密度較高，但由于工藝復(fù)雜，成本昂貴從而使其應(yīng)用大受限制。二十世紀(jì)九十年代開(kāi)發(fā)成功并已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)的溫壓技術(shù)，既克服了零件密度低的缺點(diǎn)，又具備低成本的優(yōu)點(diǎn)，是最新發(fā)展起來(lái)的粉末冶金先進(jìn)技術(shù)。目前，與粉末溫壓有關(guān)的技術(shù)較多，主要有瑞典HOEGANAES公司、美國(guó)NORTH AMERICAHOEGANAES公司和加拿大QMP METAL POWDERS公司等。然而，上述粉末溫壓主要是以純鐵粉或部分預(yù)合金粉或鐵基粉末為基礎(chǔ)，而對(duì)于不銹鋼粉末的溫壓方法，肖志瑜等人曾在Transaction of Nonferrous Metals Society ofChina(中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)會(huì)刊)，2004，14(4)第756～761頁(yè)“Warm compactingbehavior of stainless steel powders(不銹鋼粉末的溫壓行為)”一文中研究了304L、316L、410L、430L不銹鋼的溫壓，僅限于鐵素體、奧氏體和馬氏體型不銹鋼。關(guān)于沉淀硬化型不銹鋼粉末復(fù)合材料的溫壓未見(jiàn)任何報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足之處，特別是針對(duì)傳統(tǒng)冷壓壓制沉淀硬化不銹鋼及其復(fù)合材料粉末的成形性較差、生坯密度較低、生坯強(qiáng)度差的缺點(diǎn)，提供一種高密度、高生坯強(qiáng)度、低成本、操作易控、生坯不易出現(xiàn)層裂的沉淀硬化不銹鋼粉末復(fù)合材料及其溫壓方法。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)一種可沉淀硬化型不銹鋼粉末的復(fù)合材料組份及其質(zhì)量百分比含量范圍如下0.02～0.07％的碳，15.0～17.5％的鉻，3.0～5.0％的鎳，3.0～5.0％的銅，0～0.6％的錳，0.15～0.45％的鈮，0～0.1％的鉬，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素；另添加按上述組份總質(zhì)量計(jì)0～10％、粒度為1～3μm的碳化鈮和0.1～0.3％潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑劑是指硬脂酸鋰、長(zhǎng)鏈脂肪酸酰胺或它們的混合物。
上述不銹鋼粉末復(fù)合材料的溫壓，包括混粉、加熱、壓制工藝，其特征在于，按下列組分及其質(zhì)量百分比含量范圍配料0.02～0.07％的碳，15.0～17.5％的鉻，3.0～5.0％的鎳，3.0～5.0％的銅，0～0.6％的錳，0.15～0.45％的鈮，0～0.1％的鉬，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素；另添加按上述組份總質(zhì)量計(jì)0～10％、粒度為1～3μm的碳化鈮和0.1～0.3％潤(rùn)滑劑；復(fù)合材料的溫壓采用了模壁潤(rùn)滑工藝，具體是采用靜電噴涂法將EBS蠟粉噴涂于模具內(nèi)腔，涂層厚度為0.01～0.1mm；粉末加熱溫度為80～130℃，模具加熱溫度為80～110℃。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下突出的優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明將粉末冶金溫壓工藝成功地應(yīng)用于沉淀硬化不銹鋼粉末及其復(fù)合材料粉末的成形，實(shí)現(xiàn)了沉淀硬化不銹鋼粉末及其復(fù)合材料粉末的低成本高密度成形。
2、本發(fā)明將潤(rùn)滑劑均勻噴涂于模具內(nèi)壁面，可以減少粉末中潤(rùn)滑劑的添加量，從而能有效地提高粉末冶金零件的生坯密度和生坯強(qiáng)度，減少了不銹鋼零件因密度低而造成搬運(yùn)過(guò)程中廢品率的增加。
3、本發(fā)明首次將溫壓工藝用于可沉淀硬化的不銹鋼粉末復(fù)合材料的成形，解決了不銹鋼粉末復(fù)合材料的成形性和壓縮性差的問(wèn)題。不銹鋼粉末復(fù)合材料在500～800MPa壓力下溫壓，生坯密度比常規(guī)冷壓生坯密度高0.15～0.25g/cm3，生坯強(qiáng)度比冷壓提高6.2～15％，同時(shí)生坯不出現(xiàn)層裂。
4、本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)沉淀硬化不銹鋼粉末及其復(fù)合材料零件的近終高密度成形，工藝簡(jiǎn)單，實(shí)用性好，可用于制造機(jī)械、汽車、化工等行業(yè)的高性能、耐腐蝕結(jié)構(gòu)零件，具有良好而廣闊的工業(yè)化生產(chǎn)前景。
具體實(shí)施例方式
通過(guò)如下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1沉淀硬化不銹鋼粉末的組份及其質(zhì)量百分比含量范圍如下0.038％的碳，16.2％的鉻，4.6％的鎳，4.6％的銅，0.55％的錳，0.30％的鈮，0.09％的鉬，73.62％的鐵和不可避免的雜質(zhì)元素組成。不銹鋼粉末的粒度為≤74μm。
另外再添加按上述組份總質(zhì)量計(jì)0.2％的潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑劑為長(zhǎng)鏈脂肪酸酰胺。將含有潤(rùn)滑劑的不銹鋼粉末在V型混料機(jī)上混合15分鐘，并預(yù)熱到100℃。采用靜電噴涂將EBS蠟噴涂于模具內(nèi)腔，涂層厚度為0.05mm，并將模具加熱到80℃。然后將粉末裝填于模具中并在不同的單位壓力下溫壓即可獲得如下結(jié)果500MPa下溫壓生坯密度5.97g/cm3，比傳統(tǒng)冷壓提高0.20g/cm3；600MPa下溫壓生坯密度6.18g/cm3，比傳統(tǒng)冷壓提高0.21g/cm3；700MPa下溫壓生坯密度6.38g/cm3，比傳統(tǒng)冷壓提高0.22g/cm3；800MPa下溫壓生坯密度6.56g/cm3，比傳統(tǒng)冷壓提高0.22g/cm3；500MPa下溫壓生坯強(qiáng)度13.7MPa，比傳統(tǒng)冷壓提高15％；600MPa下溫壓生坯強(qiáng)度19.4MPa，比傳統(tǒng)冷壓提高8％；700MPa下溫壓生坯強(qiáng)度23.8MPa，比傳統(tǒng)冷壓提高9.2％；800MPa下溫壓生坯強(qiáng)度27.3MPa，比傳統(tǒng)冷壓提高6.2％。
實(shí)施例2不銹鋼粉末復(fù)合材料的組份及其質(zhì)量百分比含量范圍如下0.047％的碳，17.03％的鉻，4.02％鎳，3.97％的銅，0.37％的鈮，74.56％的鐵；不銹鋼粉末的粒度為≤74μm。另添加按上述組份總質(zhì)量計(jì)10％、粒度為2.5μm的碳化鈮和0.3％的潤(rùn)滑劑。潤(rùn)滑劑是按硬脂酸鋰∶長(zhǎng)鏈脂肪酸酰胺＝20∶80(質(zhì)量比)的配比制備的混合物。將含有潤(rùn)滑劑的不銹鋼復(fù)合材料粉末在V型混料機(jī)上混合50分鐘，并預(yù)熱到130℃。采用靜電噴涂將EBS蠟噴涂于模具內(nèi)腔，涂層厚度為0.03mm，并將模具加熱到110℃。然后將粉末裝填于模具中并在不同的單位壓力下溫壓，即可獲得如下結(jié)果500MPa下溫壓生坯密度5.90g/cm3，比傳統(tǒng)冷壓提高0.15g/cm3；600MPa下溫壓生坯密度6.12g/cm3，比傳統(tǒng)冷壓提高0.17g/cm3；700MPa下溫壓生坯密度6.32g/cm3，比傳統(tǒng)冷壓提高0.19g/cm3；800MPa下溫壓生坯密度6.52g/cm3，比傳統(tǒng)冷壓提高0.20g/cm3；500MPa下溫壓生坯強(qiáng)度12.5MPa，比傳統(tǒng)冷壓提高12％；600MPa下溫壓生坯強(qiáng)度14.3Mpa，比傳統(tǒng)冷壓提高7.2％；700MPa下溫壓生坯強(qiáng)度18.5Mpa，比傳統(tǒng)冷壓提高7.0％；800MPa下溫壓生坯強(qiáng)度22.6MPa，比傳統(tǒng)冷壓提高6.5％。
實(shí)施例3不銹鋼粉末復(fù)合材料的組份及其質(zhì)量百分比含量范圍如下0.047％的碳，17.03％的鉻，4.02％鎳，3.97％的銅，0.37％的鈮，74.56％的鐵；不銹鋼粉末的粒度為≤74μm。另添加按上述組份總質(zhì)量計(jì)5％、粒度為3μm的碳化鈮顆粒和0.1％的潤(rùn)滑劑。潤(rùn)滑劑為硬脂酸鋰。將含有潤(rùn)滑劑的不銹鋼粉末復(fù)合材料在V型混料機(jī)上混合60分鐘，并預(yù)熱到80℃。采用靜電噴涂將EBS蠟噴涂于模具內(nèi)腔，涂層厚度為0.1mm，并將模具加熱到100℃。然后將粉末裝填于模具中并在不同的單位壓力下溫壓，即可獲得如下結(jié)果500MPa下溫壓生坯密度5.94g/cm3，比傳統(tǒng)冷壓提高0.18g/cm3；600MPa下溫壓生坯密度6.15g/cm3，比傳統(tǒng)冷壓提高0.20g/cm3；700MPa下溫壓生坯密度6.35g/cm3，比傳統(tǒng)冷壓提高0.21g/cm3；800MPa下溫壓生坯密度6.54g/cm3，比傳統(tǒng)冷壓提高0.21g/cm3；500MPa下溫壓生坯強(qiáng)度13.0MPa，比傳統(tǒng)冷壓提高13％；600MPa下溫壓生坯強(qiáng)度16.2MPa，比傳統(tǒng)冷壓提高7.6％；700MPa下溫壓生坯強(qiáng)度19.8Mpa，比傳統(tǒng)冷壓提高8.2％；800MPa下溫壓生坯強(qiáng)度24.5MPa，比傳統(tǒng)冷壓提高6.4％。
權(quán)利要求
1.一種不銹鋼粉末復(fù)合材料，其特征在于，可沉淀硬化型不銹鋼粉末的復(fù)合材料組份及其質(zhì)量百分比含量范圍如下0.02～0.07％的碳，15.0～17.5％的鉻，3.0～5.0％的鎳，3.0～5.0％的銅，0～0.6％的錳，0.15～0.45％的鈮，0～0.1％的鉬，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素；另添加按上述組份總質(zhì)量計(jì)0～10％、粒度為1～3μm的碳化鈮和0.1～0.3％潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑劑是指硬脂酸鋰、長(zhǎng)鏈脂肪酸酰胺或它們的混合物。
2.一種不銹鋼粉末復(fù)合材料的溫壓方法，包括混粉、加熱、壓制工藝，其特征在于，按下列組分及其質(zhì)量百分比含量范圍配料0.02～0.07％的碳，15.0～17.5％的鉻，3.0～5.0％的鎳，3.0～5.0％的銅，0～0.6％的錳，0.15～0.45％的鈮，0～0.1％的鉬，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素；另添加按上述組份總質(zhì)量計(jì)0～10％、粒度為1～3μm的碳化鈮和0.1～0.3％潤(rùn)滑劑；復(fù)合材料的溫壓采用了模壁潤(rùn)滑工藝，具體是采用靜電噴涂法將EBS蠟粉噴涂于模具內(nèi)腔，涂層厚度為0.01～0.1mm；粉末加熱溫度為80～130℃，模具加熱溫度為80～110℃。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可沉淀硬化的不銹鋼粉末復(fù)合材料及其溫壓方法。粉末材料的組份及其質(zhì)量百分比含量范圍如下0.02～0.07％的碳，15.0～17.5％的鉻，3.0～5.0％的鎳，3.0～5.0％的銅，0～0.6％的錳，0.15～0.45％的鈮，0～0.1％的鉬，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素；另添加按上述組份總質(zhì)量計(jì)0～10％的碳化鈮顆粒和0.1～0.3％的潤(rùn)滑劑。本法采用靜電噴涂將EBS蠟粉噴涂于模具內(nèi)腔以作為模壁潤(rùn)滑，涂層厚度為0.01～0.1mm。溫壓成形的生坯密度比冷壓提高0.15～0.25g/cm
文檔編號(hào)C22C38/48GK1676654SQ200510034118
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月14日
發(fā)明者李元元, 肖志瑜, 陳平, 邵明, 張文 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)