專利名稱：帶有致密表面的粉末冶金體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓實(shí)體。確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種可選擇地經(jīng)過(guò)預(yù)燒結(jié)的壓實(shí)體，它是由金屬粉末制成的并具有經(jīng)過(guò)致密化的表面。
用于制造承受彎曲應(yīng)力的部件如齒輪的材料會(huì)承受局部應(yīng)力集中，這些材料最好在局部應(yīng)力最高的區(qū)域內(nèi)具有優(yōu)異的性能。
在EP552272中記載了一個(gè)這樣材料的例子，它涉及具有致密表面區(qū)的粉末金屬燒結(jié)坯。根據(jù)這份公開文件，致密化區(qū)域是通過(guò)軋制方式獲得的。
人們還知道可以通過(guò)采用噴丸硬化而使粉末冶金燒結(jié)件變得致密。對(duì)燒結(jié)件表面進(jìn)行噴丸硬化處理的目的是為了在表面內(nèi)引起壓縮應(yīng)力，這又導(dǎo)致了其疲勞強(qiáng)度和表面硬度等得到改善的燒結(jié)件。
人們現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果表面的致密化是在燒結(jié)壓實(shí)件之前進(jìn)行的，則可以獲得許多重要優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)壓實(shí)件在預(yù)燒結(jié)步驟之后經(jīng)受致密化處理時(shí)，獲得了最有意義的結(jié)果。因此，本發(fā)明涉及一種制備優(yōu)選地經(jīng)過(guò)預(yù)燒結(jié)的且具有致密化表面的壓實(shí)體的方法以及通過(guò)該方法獲得的部件。
由于對(duì)處于未燒結(jié)狀態(tài)和可能預(yù)燒結(jié)狀態(tài)下的金屬粉末體進(jìn)行了致密化處理，所以與在對(duì)燒結(jié)體進(jìn)行致密化時(shí)的情況相比，可以獲得更大的變形程度。當(dāng)未燒結(jié)部件和可能經(jīng)過(guò)預(yù)燒結(jié)的部件隨后經(jīng)過(guò)燒結(jié)處理時(shí)，原來(lái)的孔隙被燒結(jié)融合在一起并產(chǎn)生了一個(gè)具有真密度或近似真密度的表面層。在本文中，術(shù)語(yǔ)“真密度或近似真密度”是指形成在90％-100％的真密度范圍內(nèi)的致密化。
由于采用了本發(fā)明的方法，所以不僅提高了致密化程度，而且加大了變形深度。另外，與根據(jù)已知方法在燒結(jié)步驟后進(jìn)行致密化處理時(shí)所需的能量相比，能量需求也顯著降低了。根據(jù)本發(fā)明的方法而制備的部件可以在燒結(jié)后象往常那樣進(jìn)行輔助處理。
可適于用作壓實(shí)處理的原材料的金屬粉末是由金屬如鐵、鎳制成的粉末。在鐵基粉末的情況下，可以加入合金元素如碳、鉻、錳、鉬、銅、鎳、磷、硫等，以便改良最終燒結(jié)產(chǎn)品的性能?？梢詮陌炯儍舻蔫F粉、預(yù)制的鐵基合金粉末、擴(kuò)散合金化的鐵基粉末和鐵粉與合金元素的混合物的組中選出鐵基粉末。
為獲得足夠的彎曲強(qiáng)度以便進(jìn)行隨后的致密化處理，金屬粉末原料在200MPa-1200MPa且最好是在400MPa-900MPa的壓力下被單向壓實(shí)。最好在潤(rùn)滑模中進(jìn)行上述壓實(shí)處理。其它類型的壓實(shí)是對(duì)混有潤(rùn)滑劑如硬脂酸鹽、蠟、金屬皂、聚合物等的金屬粉末進(jìn)行熱壓實(shí)和冷壓實(shí)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在致密化操作之前，壓實(shí)體還在500℃溫度以上且最好是在650℃-1000℃之間經(jīng)過(guò)預(yù)燒結(jié)處理。
經(jīng)受本發(fā)明的致密化處理的可能經(jīng)過(guò)預(yù)燒結(jié)的部件和未燒結(jié)體應(yīng)該被壓實(shí)和任選地預(yù)燒結(jié)到最小彎曲強(qiáng)度至少為15MPa、優(yōu)選地至少為20MPa且最好為25MPa的程度。
盡管不排除其它致密化處理方法如各種類型的軋制，但本發(fā)明的致密化處理最好是通過(guò)噴丸硬化而進(jìn)行的。在噴丸硬化處理過(guò)程中，在一段時(shí)間內(nèi)以足夠的能量將由鑄鋼或鍛鋼和不銹鋼以及陶瓷團(tuán)?；虿Ａ蛑频玫膱A形或基本成球形的顆粒(術(shù)語(yǔ)為“砂丸”)噴射到工件上，從而以重疊的冷加工凹坑覆蓋工件表面(如參見(jiàn)J.Mogul等人的文章“過(guò)程控制噴丸可靠性的關(guān)鍵(Process controls the key to reliability ofshot peening)”，《過(guò)程控制及手段》，1995-11)。
按照本發(fā)明的噴丸硬化時(shí)間通常超過(guò)0.5s且最好為1s-5s,Almen密度通常為0.05-0.5。變形深度取決于產(chǎn)品的最終用途且它應(yīng)該超過(guò)0.1mm，且優(yōu)選地超過(guò)0.2mm，而最好超過(guò)0.3mm。
通過(guò)以下的非限定性實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明。
金屬粉末原料是Distaloy DC-1，它是一種可從瑞典的Hgans公司購(gòu)得的含2％的鎳和1.5％的鉬的鐵基粉末。
這種粉末在700MPa的壓力下經(jīng)過(guò)熱壓實(shí)處理而達(dá)到密度為7.4g/cm3并具有25MPa的彎曲強(qiáng)度。壓實(shí)體被分成以下三組
組1壓實(shí)體仍然是未經(jīng)燒結(jié)的，即它未經(jīng)受任何附加處理。
組2壓實(shí)體在750℃下并在保護(hù)性氣氛下經(jīng)過(guò)20分鐘的預(yù)燒結(jié)。
組3壓實(shí)體在1120℃下并在吸熱型氣體中經(jīng)過(guò)15分鐘的燒結(jié)。
組1使未燒結(jié)的壓實(shí)體經(jīng)過(guò)噴丸硬化處理。在太高的密度下即在超過(guò)0.14的Almen密度(參看上述的Mogul的文章)和歷時(shí)3s噴丸時(shí)間的情況下，顆粒松散且表面遭到破壞。結(jié)果表明，Almen密度應(yīng)該低于大約0.14且噴丸時(shí)間應(yīng)該短于2秒。這對(duì)于經(jīng)過(guò)熱壓實(shí)的未燒結(jié)體和在潤(rùn)滑模中制造出來(lái)的部件來(lái)說(shuō)都是正確的。如

圖1所示，當(dāng)壓實(shí)操作是在潤(rùn)滑模中進(jìn)行的時(shí)候，致密化效果在所獲部件中略好。
組2對(duì)未燒結(jié)體進(jìn)行預(yù)燒結(jié)處理，以便除去可能產(chǎn)生孔隙的潤(rùn)滑劑并消除加工硬化以及提高材料的強(qiáng)度。限制石墨擴(kuò)散以避免在鐵粉顆粒中的固溶強(qiáng)化效應(yīng)是必須的。特別是對(duì)于在潤(rùn)滑模中加工的部件而言，材料的強(qiáng)度在預(yù)燒結(jié)后得到了明顯提高且可以采用很高的Almen密度?？梢院翢o(wú)問(wèn)題地采用高達(dá)0.3的Almen密度，即顆粒不會(huì)脫離表面并獲得了300μm的變形深度。對(duì)于熱壓實(shí)體來(lái)說(shuō)，磨損是在0.14的密度下開始的。由于去除了潤(rùn)滑劑并消除了加工硬化，所以變形深度與組1的未燒結(jié)體相比明顯增大了。
組3由于考慮到?jīng)]有因壓實(shí)方法不同而在標(biāo)準(zhǔn)燒結(jié)工藝后還留下明顯的孔隙組織差異，所以只檢測(cè)熱壓實(shí)材料。燒結(jié)體具有其全強(qiáng)度并因而可以采用具有很高的如高達(dá)0.3的Almen密度。但是，噴丸硬化操作的效果與根據(jù)本發(fā)明的在未燒結(jié)或預(yù)燒結(jié)狀態(tài)下經(jīng)過(guò)噴丸硬化處理的效果相比差很多?？梢钥吹?，在相同密度的情況下，由于預(yù)燒結(jié)體的硬度高，所以只能獲得三分之一的變形深度。
權(quán)利要求
1．一種制備粉末冶金體的方法，其特征在于，它包括以下步驟-單向壓實(shí)金屬粉末；-使所獲得的壓實(shí)體在足以建立一個(gè)在90％-100％的真密度范圍內(nèi)且變形深度至少為0.1mm的、最好至少為0.2mm的致密化表面層的密度和時(shí)間內(nèi)經(jīng)受噴丸硬化或軋制處理；以及-可任選地使所獲得的壓實(shí)體經(jīng)受一個(gè)附加的壓實(shí)步驟。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在噴丸硬化或軋制之前，壓實(shí)體在至少500℃的溫度下經(jīng)受預(yù)燒結(jié)處理。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，金屬粉末是鐵基粉末。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，除鐵外，鐵基粉末還包括一種或多種以下元素，即C、Cr、Mn、Mo、Cu、Ni、P、V、S、B、Nb、Ta、N以及不可避免的雜質(zhì)。
5．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，鐵基粉末選自包括基本純凈的鐵粉、預(yù)制的鐵基合金粉末、擴(kuò)散合金化的鐵基粉末和鐵粉與合金元素的混合物的組中。
6．如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，單向壓實(shí)粉末并可任選地將其預(yù)燒結(jié)到彎曲強(qiáng)度至少為15MPa、優(yōu)選地至少為20MPa、最好至少為25MPa的程度。
7．一種單向壓實(shí)的且可能經(jīng)過(guò)預(yù)燒結(jié)的金屬粉末件，它具有一個(gè)在90％-100％的真密度范圍內(nèi)且變形深度至少為0.1mm的致密化表面層。
8．如權(quán)利要求7所述的部件，其特征在于，它的變形深度至少為0.2mm。
9．如權(quán)利要求7或8所述的部件，其特征在于，在噴丸硬化或軋制步驟后，所述部件經(jīng)受一附加的壓實(shí)步驟。
10．如權(quán)利要求7-9之一所述的部件，其特征在于，金屬粉末是鐵基粉末。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓實(shí)的且可能經(jīng)過(guò)預(yù)燒結(jié)的部件,它是由金屬粉末制成的且它具有通過(guò)噴丸硬化或軋制而獲得的致密化表面。
文檔編號(hào)C22C19/07GK1222105SQ9719552
公開日1999年7月7日 申請(qǐng)日期1997年6月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月14日
發(fā)明者奧弗·馬爾斯, 尼爾斯·卡爾鮑姆 申請(qǐng)人:赫加奈斯公司