專利名稱：一種高性能粉末冶金材料及其制成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金制造領(lǐng)域，尤其是一種高性能粉末冶金材料及其制成方法。
背景技術(shù)：
近年來，粉末冶金工業(yè)發(fā)展迅速。鐵粉，特別是合金鐵粉的需求量隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而不斷增加，人們對鐵基燒結(jié)結(jié)構(gòu)零件的性能要求也越來越高，對進(jìn)、排氣門座、凸輪軸等重要零件的耐熱、耐磨等性能提出了更高的要求，因而開發(fā)高密度、高強(qiáng)度、高塑性粉末冶金結(jié)構(gòu)鋼，拓寬粉末冶金鋼的應(yīng)用領(lǐng)域是粉末冶金目前的研究發(fā)展方向。鐵基燒結(jié)結(jié)構(gòu)鋼是粉末冶金工業(yè)中產(chǎn)量最大、應(yīng)用面最廣的一類產(chǎn)品，其成分大致有幾種一是以i^e-C為主的鐵基粉末冶金燒結(jié)鋼，這類鋼的機(jī)械性能相當(dāng)于普通鑄鐵， 抗拉強(qiáng)度只有150-200MPa，而且制造出的零件形狀簡單。二是鐵粉中添加了銅、鎳等合金元素，組成狗-C-Ni，F(xiàn)e-C-Cu等系列合金，燒結(jié)鋼的機(jī)械性能達(dá)到了可鍛鑄鐵的水平，抗拉強(qiáng)度達(dá)到400MPa。三是在鎳、銅基礎(chǔ)上添加了鑰，組成!^e-Ni-Cu-Mo的燒結(jié)鋼，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到600MPa。這幾種成分的燒結(jié)鋼普遍強(qiáng)度不高，而且塑性很低，延伸率一般在2%-3%，因此極大地限制了其應(yīng)用范圍，而且附，Mo等合金元素的價格較高，所以制備的零件成本也較高。鉻是鍛鋼中常用的合金元素，是提高鋼的淬透性、強(qiáng)度等性能最佳的元素，尤其是中高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)鋼通常采用鉻進(jìn)行合金化，而且價格遠(yuǎn)低于附，Mo。但是傳統(tǒng)的鐵基粉末鋼中，通常都不含有鉻元素，主要有幾個原因一是鉻與氧的親和力大，很容易被氧化，所以鉻很難以單質(zhì)存在；二是鉻是強(qiáng)碳化物形成元素，在鋼中很容易形成碳化物，所以單質(zhì)鉻粉末添加到燒結(jié)鋼后，組織中極易形成C和Cr的偏析，影響鋼的組織均勻性。因而，盡管鉻對鋼性能的改善有很好的作用，但是在粉末燒結(jié)鋼中很少被使用。目前燒結(jié)鋼主要以鎳、 鉬等合金化元素提高鋼的性能，其價格較高，而且也存在均勻化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服以上缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服常規(guī)材料的燒結(jié)鋼強(qiáng)度低、 塑形差、價格高等缺點(diǎn)，提出一種高強(qiáng)度、低成本、高溫力學(xué)性能強(qiáng)的粉末冶金材料及其制作方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種高性能粉末冶金材料，該粉末冶金材料的成分為鐵粉、鋁粉、鉻鐵、硬脂酸鋅、石墨粉。根據(jù)本發(fā)明的另外一個實(shí)施例，一種高性能粉末冶金材料進(jìn)一步包括所述粉末冶金材料的主要成分為鐵粉、鋁粉，所述鐵粉、鋁粉之間重量的百分比為鐵粉80-70%，鋁粉 20-30%ο根據(jù)本發(fā)明的另外一個實(shí)施例，一種高性能粉末冶金材料進(jìn)一步包括所述粉末冶金材料還包括成分的重量百分比為鉻鐵0. 5-2%，硬脂酸鋅0. 08-0. 5%，石墨粉0. 05%。根據(jù)本發(fā)明的另外一個實(shí)施例，一種高性能粉末冶金材料進(jìn)一步包括所述鉻鐵為微碳鉻鐵，其中鉻的含量為50%，含碳量為0. 06%，其余為鐵。本發(fā)明還涉及一種高性能粉末冶金材料制成方法，該方法是首先將鉻鐵經(jīng)高能球磨至顆粒直徑在0. 3-lum范圍內(nèi)，然后按成分配比與其它粉末均勻混合，再在高能球磨機(jī)中球磨5-15min，球磨介質(zhì)為無水有機(jī)液體。根據(jù)本發(fā)明的另外一個實(shí)施例，一種高性能粉末冶金材料制成方法進(jìn)一步包括該方法是將按照比例混合球磨后的粉末進(jìn)行冷壓，壓強(qiáng)為600MPa，加壓速度150mm/min，粉體在600MPa下成型后保持aiiin;燒結(jié)是在分解氨保護(hù)氣氛下進(jìn)行，溫度為1120°C，燒結(jié)時間 40mino根據(jù)本發(fā)明的另外一個實(shí)施例，一種高性能粉末冶金材料制成方法進(jìn)一步包括所述無水有機(jī)液體為無水乙醇或石油醚。根據(jù)本發(fā)明的另外一個實(shí)施例，一種高性能粉末冶金材料制成方法進(jìn)一步包括高能球磨機(jī)為振動式球磨機(jī)、行星式球磨機(jī)或攪拌式球磨機(jī)。本發(fā)明的有益效果是在主要成分中加入了 Al，提高了該粉末冶金材料的性能， 其室內(nèi)彎曲強(qiáng)度可達(dá)2500ΜΡει，相對密度大于99. 9% ；
充分利用鉻對鋼的合金化作用，細(xì)小的鉻鐵粉與鐵粉、鋁粉、硬脂酸鋅、石墨粉混合可保證燒結(jié)過程中鉻等合金元素的均勻擴(kuò)散；其中硬脂酸鋅起著潤滑劑的作用；
冷壓(預(yù)壓)保持一定時間可以得到較大的壓制密度；高效潤滑劑可以保證較高的燒結(jié)密度，與常規(guī)冷壓燒結(jié)鋼相比，制備的燒結(jié)鋼組織均勻、具有高強(qiáng)度和塑性，性能優(yōu)異，且價格低廉。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖
和優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。一種高性能粉末冶金材料，該粉末冶金材料的成分為鐵粉、鋁粉、鉻鐵、硬脂酸鋅、 石墨粉。其中主要成分為鐵粉、鋁粉，所述鐵粉、鋁粉之間重量的百分比為鐵粉80-70%，鋁粉20-30%。在主要成分中加入了 Al，提高了該粉末冶金材料的性能，其室內(nèi)彎曲強(qiáng)度可達(dá) 2500MPa,相對密度大于99. 9%。粉末冶金材料還包括成分的重量百分比為鉻鐵0. 5-2%，硬脂酸鋅0. 08-0. 5%，石墨粉0. 05%。其中硬脂酸鋅是起著潤滑劑的作用。其中，鉻鐵為微碳鉻鐵，其中鉻的含量為50%，含碳量為0. 06%，其余為鐵。充分利用鉻對鋼的合金化作用，細(xì)小的鉻鐵粉與鐵粉、鋁粉、硬脂酸鋅、石墨粉混合可保證燒結(jié)過程中鉻等合金元素的均勻擴(kuò)散。一種高性能粉末冶金材料制成方法，該方法是首先將鉻鐵經(jīng)高能球磨至顆粒直徑在0. 3-lum范圍內(nèi)，然后按成分配比與其它粉末均勻混合，再在高能球磨機(jī)中球磨 5-15min，球磨介質(zhì)為無水有機(jī)液體，該無水有機(jī)液體為無水乙醇或石油醚。高能球磨機(jī)為振動式球磨機(jī)、行星式球磨機(jī)或攪拌式球磨機(jī)。該方法是將按照比例混合球磨后的粉末進(jìn)行冷壓，壓強(qiáng)為600MPa，加壓速度 150mm/min,粉體在600MPa下成型后保持aiiin ；燒結(jié)是在分解氨保護(hù)氣氛下進(jìn)行，溫度為 1120°C，燒結(jié)時間 40min。
冷壓(預(yù)壓)保持一定時間可以得到較大的壓制密度；高效潤滑劑可以保證較高的燒結(jié)密度，與常規(guī)冷壓燒結(jié)鋼相比，制備的燒結(jié)鋼組織均勻、具有高強(qiáng)度和塑性，性能優(yōu)異，且價格低廉。以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
權(quán)利要求
1.一種高性能粉末冶金材料，其特征在于該粉末冶金材料的成分為鐵粉、鋁粉、鉻鐵、硬脂酸鋅、石墨粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能粉末冶金材料，其特征在于所述粉末冶金材料的主要成分為鐵粉、鋁粉，所述鐵粉、鋁粉之間重量的百分比為鐵粉80-.70%，鋁粉20-30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能粉末冶金材料，其特征在于所述粉末冶金材料還包括成分的重量百分比為鉻鐵0. 5-2%，硬脂酸鋅0. 08-0. 5%，石墨粉0. 05%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能粉末冶金材料，其特征在于所述鉻鐵為微碳鉻鐵，其中鉻的含量為50%，含碳量為0. 06%,其余為鐵。
5.一種高性能粉末冶金材料制成方法，其特征在于該方法是首先將鉻鐵經(jīng)高能球磨至顆粒直徑在0. 3-lum范圍內(nèi)，然后按成分配比與其它粉末均勻混合，再在高能球磨機(jī)中球磨5-15min，球磨介質(zhì)為無水有機(jī)液體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高性能粉末冶金材料制成方法，其特征在于該方法是將按照比例混合球磨后的粉末進(jìn)行冷壓，壓強(qiáng)為600MPa，加壓速度.150mm/min，粉體在 600MI^下成型后保持aiiin;燒結(jié)是在分解氨保護(hù)氣氛下進(jìn)行，溫度為1120°C，燒結(jié)時間 40mino
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高性能粉末冶金材料制成方法，其特征在于所述無水有機(jī)液體為無水乙醇或石油醚。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高性能粉末冶金材料制成方法，其特征在于高能球磨機(jī)為振動式球磨機(jī)、行星式球磨機(jī)或攪拌式球磨機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高性能粉末冶金材料，該粉末冶金材料的成分為鐵粉、鋁粉、鉻鐵、硬脂酸鋅、石墨粉；一種高性能粉末冶金材料制成方法，該方法是首先將鉻鐵經(jīng)高能球磨至顆粒直徑在0.3-1um范圍內(nèi)，然后按成分配比與其它粉末均勻混合，再在高能球磨機(jī)中球磨5-15min，球磨介質(zhì)為無水有機(jī)液體；本發(fā)明在主要成分中加入了Al，提高了該粉末冶金材料的性能，其室內(nèi)彎曲強(qiáng)度可達(dá)2500MPa,相對密度大于99.9%；冷壓(預(yù)壓)保持一定時間可以得到較大的壓制密度;制備的燒結(jié)鋼組織均勻、具有高強(qiáng)度和塑性，性能優(yōu)異，且價格低廉。
文檔編號C22C33/02GK102560251SQ20101057981
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者張云 申請人:張云