一種鐵粉硫化處理獲得高密度鐵基粉末冶金零件的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鐵粉硫化處理獲得高密度鐵基粉末冶金零件的方法，屬于粉末冶金【技術(shù)領(lǐng)域】。所述高密度鐵基粉末冶金零件按重量百分比由如下成分組成：FeS20.1-1%，F(xiàn)eMn0.2-2%,合金粉1-5%，石墨0.5-1.5%，余量為鐵粉；具體制備步驟如下：(1)將符合配方要求的鐵粉、硫化鐵、合金粉均勻混合；(2)將步驟(1)中球磨混合后的粉末在氫氣爐中退火；(3)將步驟(2)中退火后的混合粉末與錳鐵粉、石墨均勻混合；(4)將步驟(3)中混合均勻的復(fù)合粉末進(jìn)行壓制；(5)將步驟(4)得到的壓坯在保護(hù)氣氛，獲得高密度的鐵基粉末冶金零件。本發(fā)明采用傳統(tǒng)粉末冶金工藝，將一定量的鐵粉、硫化鐵和合金粉混合退火，退火后的粉末與一定量的錳鐵粉和石墨粉混合，壓制燒結(jié)，獲得鐵基粉末冶金零件，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種鐵粉硫化處理獲得高密度鐵基粉末冶金零件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于粉末冶金成形【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種鐵粉硫化處理獲得高密度鐵基粉末冶金零件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵基粉末冶金零件是發(fā)展迅速和具有巨大應(yīng)用潛力的工程材料，因其具有省材、節(jié)能，價(jià)格低廉，產(chǎn)品質(zhì)量均一及具有最終精度零件的特點(diǎn)，在機(jī)械、航空、航天，特別是汽車工業(yè)有廣泛應(yīng)用，常見的有帶輪、鏈輪、齒轂、凸輪、連桿、閥座等。
[0003]鐵基粉末冶金零件約占粉末冶金產(chǎn)品總量的90%，其中70%_80%的粉末冶金產(chǎn)品應(yīng)用于汽車行業(yè)。汽車行業(yè)仍然是粉末冶金工業(yè)發(fā)展的最大動(dòng)力和最大用戶，一方面汽車的產(chǎn)量在不斷增加。這在亞洲尤為顯著，如中國的汽車2003年產(chǎn)量已達(dá)到440萬輛，比2002年增長了 35%;印度為120萬輛，泰國為80萬輛，均比2002年增長了 40%。另一方面粉末冶金零件在單輛汽車上的用量也在不斷增加。北美平均每輛汽車用粉末冶金零件質(zhì)量最高，已達(dá)到了 19.5kg，歐洲平均為9kg，日本平均為8kg。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)粉末冶金零件性能的要求越來越高，特別是高強(qiáng)度、高密度、低成本、耐磨損、耐腐蝕和形狀復(fù)雜等鐵基粉末冶金材料的需要越來越強(qiáng)烈。高密度粉末冶金材料仍然是鐵基粉末冶金研究領(lǐng)域的熱門技術(shù)開發(fā)方向之一。
[0004]目前，獲得高密度鐵基粉末冶金零件的方法包括:二次壓制-二次燒結(jié)，粉末鍛造、熱壓、復(fù)壓/復(fù)燒等。但與傳統(tǒng)粉末冶金工藝相比，成本相對(duì)較高，工藝相對(duì)復(fù)雜，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。采用傳統(tǒng)粉末冶金工藝，生產(chǎn)成本較低，但獲得的粉末冶金零件中都含有10%或更多的孔隙，影響了材料的力學(xué)性能。傳統(tǒng)鐵基粉末冶金零件的成形工藝為壓制，壓坯的密度對(duì)零件的最終性能很大，高的壓坯密度能夠獲得更優(yōu)的力學(xué)性能，因此如何提高壓坯密度成了鐵基粉末冶金零件行業(yè)的重要問題。
[0005]常用的方法是添加硬質(zhì)酸鋅等有機(jī)物潤滑劑，受限于混料的均勻性及潤滑性能的有限性，有機(jī)物殘留會(huì)對(duì)零件的力學(xué)性能產(chǎn)生影響，壓坯密度較低(密度6.8-7.2g/cm3)，影響材料的燒結(jié)密度。因此，如何進(jìn)一步提高鐵基粉末冶金零件的壓坯密度一直是難題，直接影響到工業(yè)化的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鐵粉硫化處理獲得高密度鐵基粉末冶金零件的方法。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種鐵粉硫化處理獲得高密度鐵基粉末冶金零件的方法，所述高密度鐵基粉末冶金零件按重量百分比由如下成分組成:FeS20.1-1%, FeMn0.2-2%,合金粉 1_5%，石墨 0.5-1.5%，余量為鐵粉；
[0008]具體制備步驟如下:
[0009](I)將符合配方要求的鐵粉、硫化鐵、合金粉均勻混合，在球磨機(jī)中混合1-24小時(shí)；
[0010](2)將球磨混合后的粉末在氫氣爐中退火，退火溫度為600-900°C，時(shí)間為l_6h ；
[0011](3)將退火后的混合粉末與錳鐵粉、石墨均勻混合，在球磨機(jī)中混合l_24h ；
[0012](4)將混合均勻的復(fù)合粉末進(jìn)行壓制，在700MPa_1000MPa的壓力下可獲得
7.2-7.5g/cm3 的壓還；
[0013](5)將壓坯在保護(hù)氣氛，IlOO0C -12500C的溫度下燒結(jié)0.5h_3h，獲得7.2-7.5g/cm3的鐵基粉末冶金零件。
[0014]其中，所述步驟(I)中所述鐵粉的粒度為50-500μπι，硫化鐵粉末的粒度為50-500 μ m,合金粉的粒度為50-500 μ m。
[0015]其中，所述步驟(I)中所述的合金粉為Cu、N1、Mo、Cr等中的一種或幾種。
[0016]其中，所述步驟(3)中所述錳鐵粉的粒度為50-500 μ m，石墨的粒度為50-500 μ m。
[0017]其中，所述步驟(4)中所述壓制工藝為模壓成型。
[0018]其中，所述步驟(5)中所述保護(hù)氣氛為H2或N2或分解氨。
[0019]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0020]上述方案中，采用傳統(tǒng)粉末冶金工藝，將一定量的鐵粉、硫化鐵和合金粉混合退火，退火后的粉末與一定量的錳鐵粉和石墨粉混合，壓制燒結(jié)，獲得高密度(7.2-7.5g/cm3)的鐵基粉末冶金零件，工藝簡單，生產(chǎn)成本較低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0021]本發(fā)明通過添加Mn元素與S元素反應(yīng)生成MnS，提高材料的切削性能；通過將Fe粉與合金元素退火處理，使燒結(jié)試樣保持尺寸公差穩(wěn)定。
[0022]本發(fā)明根據(jù)Fe+FeS2 — FeS,將鐵粉與適量硫化鐵粉末均勻混合，進(jìn)行退火處理，退火過程中鐵與硫化鐵反應(yīng)，形成硫化亞鐵FeS，包覆在鐵粉表面，由于FeS為密排六方結(jié)構(gòu)，層與層的S原子結(jié)合力較弱，極易從層間滑移，具有良好的潤滑性能，有利于降低壓制過程中粉末顆粒之間及粉末與模壁之間的摩擦力，提高材料的壓坯密度。同時(shí)，混合粉末進(jìn)行熱處理過程中，合金元素(Cu、N1、Mo、Cr等)與鐵進(jìn)行擴(kuò)散，形成部分合金化粉末，粉末具有較高的壓制性，在制品燒結(jié)過程中能進(jìn)一步合金化，使燒結(jié)試樣保持尺寸公差穩(wěn)定。
[0023]將熱處理后的混合粉末與一定量的錳鐵、石墨等粉末均勻混合，壓制獲得壓坯密度為7.2g/cm3—7.5g/cm3的壓坯，燒結(jié)得到高密度的鐵基粉末冶金零件。由于FeS的熔點(diǎn)為1100°C，在燒結(jié)過程中，F(xiàn)eS呈液相，起到凈化顆粒表面的作用，提高材料的強(qiáng)度。燒結(jié)后期，F(xiàn)eS受到毛細(xì)管力左右，遷移到孔隙處。
[0024]由于Mn元素的添加，F(xiàn)eS與Mn反應(yīng)生成硫化錳MnS，使顆粒之間的結(jié)合強(qiáng)度大于顆粒內(nèi)部斷裂強(qiáng)度，材料由粉末顆粒間斷裂變成了顆粒內(nèi)部斷裂，材料抗拉強(qiáng)度大幅度提高。同時(shí)，MnS的形成有利于提高制品的切削性能，大大降低生產(chǎn)成本，獲得高密度高性能的鐵基零件。
[0025]具體地，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn):
[0026]1、利用FeS2與Fe反應(yīng)形成FeS，在鐵粉顆粒表面形成一層潤滑薄膜，對(duì)粉末顆粒之間和粉末與模壁之間起到很好的減摩作用，大幅度提高壓坯密度(7.2-7.5g/cm3)。
[0027]2、鐵粉與合金粉(Cu、N1、Mo、Cr等)經(jīng)熱處理形成部分合金化粉末，不僅提高粉末壓制性，有利于保持燒結(jié)試樣尺寸公差穩(wěn)定。
[0028]3、在燒結(jié)過程中，F(xiàn)eS呈液相，起到凈化顆粒表面的作用；燒結(jié)后期，F(xiàn)eS遷移到孔隙處，提聞材料性能。
[0029]4、由于Mn元素的添加，F(xiàn)eS與Mn反應(yīng)生成硫化錳MnS，材料沿著顆粒邊界斷裂的比例大幅度減少，出現(xiàn)顆粒內(nèi)部斷裂，材料抗拉強(qiáng)度大幅度提高
[0030]5、MnS的形成有利于提高制品的切削性能，大大降低生產(chǎn)成本。
[0031]6、采用傳統(tǒng)粉末冶金工藝，獲得高密度(7.2-7.5g/cm3)的鐵基粉末冶金零件，工藝簡單，生產(chǎn)成本較低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是傳統(tǒng)粉末冶金零件斷口照片；
[0033]圖2是本發(fā)明的零件斷口照片。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0035]實(shí)施例1:
[0036]一種高密度鐵基粉末冶金零件按重量百分比構(gòu)成如下:
[0037]FeS20.5%, FeMn 1%, Cu2%, Cl%,余量為鐵粉。
[0038]具體制備步驟如下:
[0039]步驟1:稱取平均粒度為100 μ m的鐵粉，100 μ m的硫化鐵粉，100 μ m的銅粉，在球磨機(jī)中混合6小時(shí)；
[0040]步驟2:將混合粉末在氫氣爐中退火，退火工藝為:700°C、3h ；
[0041]步驟3:將退火粉末與200 μ m的錳鐵粉，250 μ m的石墨放入球磨機(jī)中混合，時(shí)間6小時(shí)；
[0042]步驟4:將復(fù)合鐵基粉末進(jìn)行壓制，在700MPa的壓力下可得到密度為7.4g/cm3的壓坯。
[0043]步驟5:將壓坯在H2保護(hù)氣氛下1100°C燒結(jié)lh，得到密度為7.36g/cm3的零件。
[0044]實(shí)施例2:
[0045]一種高密度鐵基粉末冶金零件按重量百分比構(gòu)成如下:
[0046]FeS20.3%, FeMn0.5%, Mol%, Ni2%, C0.6%,余量為鐵粉。
[0047]具體制備步驟如下:
[0048]步驟1:稱取平均粒度為ΙΟΟμπι的鐵粉，300μπι的硫化鐵粉，300μπι的鑰粉，300 μ m的鎳粉，在球磨機(jī)中混合24小時(shí)；
[0049]步驟2:將混合粉末在氫氣爐中退火，退火工藝為:750°C、2h ；
[0050]步驟3:將退火粉末與100 μ m的錳鐵粉，500 μ m的石墨放入球磨機(jī)中混合，時(shí)間3小時(shí)；
[0051 ]步驟4:將復(fù)合鐵基粉末進(jìn)行壓制，在900MPa的壓力下可得到密度為7.45g/cm3的壓坯。
[0052]步驟5:將壓坯在H2保護(hù)氣氛下1200°C燒結(jié)2h，得到密度為7.46g/cm3的零件。
[0053]實(shí)施例3:[0054]一種高密度鐵基粉末冶金零件按重量百分比構(gòu)成如下:
[0055]FeS21%, FeMnl.9%, Cu2%, Crl%, Nil%, Cl.2%,余量為鐵粉。
[0056]具體制備步驟如下:
[0057]步驟1:稱取平均粒度為200μπι的鐵粉，500μπι的硫化鐵粉，200μπι的銅粉，200 μ m的鉻粉，300 μ m的鎳粉，在球磨機(jī)中混合12小時(shí)；
[0058]步驟2:將混合粉末在氫氣爐中退火，退火工藝為:900°C、2h ；
[0059]步驟3:將退火粉末與300 μ m的錳鐵粉，500 μ m的石墨放入球磨機(jī)中混合，時(shí)間2小時(shí)；
[0060]步驟4:將復(fù)合鐵基粉末進(jìn)行壓制，在IOOOMPa的壓力下可得到密度為7.48g/cm3的壓坯。
[0061]步驟5:將壓坯在N2保護(hù)氣氛下1150°C燒結(jié)2.5h，得到密度為7.43g/cm3的零件。
[0062]實(shí)施例4:
[0063]一種高密度鐵基粉末冶金零件按重量百分比構(gòu)成如下:
[0064]FeS20.7%, FeMnl.5%, Cu0.5%, Cr0.5%, Cl.5%,余量為鐵粉。
[0065]具體制備步驟如下:
[0066]步驟1:稱取平均粒度為500μπι的鐵粉，500μπι的硫化鐵粉，200μπι的銅粉，200 μ m的鉻粉，在球磨機(jī)中混合16小時(shí)；
[0067]步驟2:將混合粉末在氫氣爐中退火，退火工藝為:600°C、4h ；
[0068]步驟3:將退火粉末與300 μ m的錳鐵粉，500 μ m的石墨放入球磨機(jī)中混合，
[0069]時(shí)間8小時(shí)；
[0070]步驟4:將復(fù)合鐵基粉末進(jìn)行壓制，在700MPa的壓力下可得到密度為7.28g/cm3的壓坯。
[0071]步驟5:將壓坯在分解氨保護(hù)氣氛下1250°C燒結(jié)0.5h，得到密度為7.24g/cm3的零件。
[0072]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵粉硫化處理獲得高密度鐵基粉末冶金零件的方法，其特征在于，所述高密度鐵基粉末冶金零件按重量百分比由如下成分組成=FeS20.1-1%，F(xiàn)eMn0.2-2%,合金粉1_5%，石墨0.5-1.5%，余量為鐵粉； 具體制備步驟如下: (1)將符合配方要求的鐵粉、硫化鐵、合金粉均勻混合，在球磨機(jī)中混合1-24小時(shí)； (2)將步驟(I)中球磨混合后的粉末在氫氣爐中退火，退火溫度為600-900°C，時(shí)間為l_6h ； (3)將步驟(2)中退火后的混合粉末與錳鐵粉、石墨均勻混合，在球磨機(jī)中混合l-24h ； (4)將步驟(3)中混合均勻的復(fù)合粉末進(jìn)行壓制，在700MPa-1000MPa的壓力下可獲得7.2-7.5g/cm3 的壓還； (5)將步驟(4)得到的壓坯在保護(hù)氣氛，1100°C-1250°C的溫度下燒結(jié)0.5h_3h，獲得7.2-7.5g/cm3的鐵基粉末冶金零件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵粉硫化處理獲得高密度鐵基粉末冶金零件的方法，其特征在于:所述步驟(I)中所述鐵粉的粒度為50-500 μ m,硫化鐵粉末的粒度為50-500 μ m,合金粉的粒度為50-500 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵粉硫化處理獲得高密度鐵基粉末冶金零件的方法，其特征在于:所述步驟(3)中所述錳鐵粉的粒度為50-500 μ m，石墨的粒度為50-500 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵粉硫化處理獲得高密度鐵基粉末冶金零件的方法，其特征在于:所述步驟(I)所述合金粉為Cu、N1、Mo、Cr中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵粉硫化處理獲得高密度鐵基粉末冶金零件的方法，其特征在于:所述步驟(4)中所述壓制工藝為模壓成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵粉硫化處理獲得高密度鐵基粉末冶金零件的方法，其特征在于:所述步驟(5)中所述保護(hù)氣氛為H2或隊(duì)或分解氨。
【文檔編號(hào)】B22F3/12GK103433489SQ201310415417
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】郭志猛, 楊芳, 郭雷辰, 葉青, 楊薇薇 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)