铁钒粉末合金制造技术

水雾化预合金化的无铬铁基钢粉末，按重量％计，其包含：0.05-0.4的V、0.09-0.3的Mn、少于0.1的Cr、少于0.1的Mo、少于0.1的Ni、少于0.2的Cu、少于0.1的C、少于0.25的O、少于0.5的不可避免的杂质，余量为铁。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及基本不含铬、钼和镍的铁基含钒粉末，以及含有该粉末和其它添加剂的粉末组合物，和由该粉末组合物制成的粉末锻造的部件。该粉末和粉末组合物意在用于成本有效地制造粉末烧结或锻造的部件。
技术介绍
在工业上，通过压制和烧结金属粉末组合物的金属产品制造法的应用日益广泛。 生产了形状和厚度各异的许多不同产品，不断提高质量要求，同时希望降低成本。由于净形部件或近净形部件需要极少机械加工即可达到最终形状，它们通过铁粉组合物的压制和烧结而获得，兼具高的材料利用程度，因此这种技术与用于形成金属部件的传统技术(例如模制或由棒料或锻件机械加工)相比具有巨大的优势。但是，与压制和烧结法相关的一个问题在于，烧结部件含有一定量的孔隙，这降低了部件强度。基本上有两种方式克服由部件多孔性造成的对机械性质的不利影响。1)可以通过引入合金化元素，例如碳、铜、镍、钼等，来提高烧结部件的强度。2、可以通过提高粉末组合物的可压缩性，和/或为较高生坯密度而提高压制压力，或提高烧结过程中的部件收缩，由此降低烧结部件的多孔性。在实践中，采用通过添加合金化元素来增强部件和将多孔性减至最小的组合。铬用于通过固溶硬化来增强基质，提高烧结体的可淬硬性、抗氧化性和抗磨性。但是，含铬的铁粉难以烧结，因为它们常常需要高温和受控良好的气氛。本专利技术涉及不包括铬、即没有有意的铬含量的合金。这导致对烧结炉设备和气氛控制的要求低于烧结含铬材料时。粉末锻造包括使用锻打使烧结预成型坯快速致密化。结果得到适合高性能用途的完全致密的净形部件或近净形部件。通常，已经由与铜和石墨混合的铁粉制造粉末锻造的制品。所推荐的其它类型的材料包括与镍和钼和少量锰预合金化的铁粉，以提高铁可淬硬性而不产生稳定的氧化物。还常常加入机械加工性能增强剂，例如MnS。最终部件中的碳提高强度和硬度。铜在达到烧结温度之前熔融，由此提高扩散速率和促进形成烧结颈。铜的添加改进强度、硬度和可淬硬性。已通过粉末锻造技术成功制造内燃机连杆。当使用粉末锻造制造连杆时，通常对压实和烧结部件的大端施以裂解加工操作。将大端螺栓的孔和螺纹机械加工。内燃机中的连杆的一个基本性质是高压缩屈服强度，因为这种连杆受到拉伸载荷的三倍高的压缩载荷。另一基本材料性质是适当的可机械加工性，因为必须机械加工孔和螺纹，以在安装后连接分开的大端。但是，连杆制造是具有严格的性能、设计和耐久性要求的大规模的价格敏感用途。因此提供较低成本的材料或方法是高度合意的。US 3，901，661、US 4，069，044、US 4，266，974、US 5，605，559、US 6，348，080 和 WO 03/106079描述了含钼粉末。当使用与钼预合金的粉末制造压制和烧结部件时，容易在烧结部件中形成贝氏体。特别地，当使用具有低钼含量的粉末时，形成的贝氏体是粗糙的以致损害可机械加工性，这对需要良好可机械加工性的连杆而言特别成问题。钼作为合金化元素也非常昂贵。在US 5，605，559中，已通过使Mn保持非常低来用Mo合金粉末获得细珠光体微结构。但是，保持低Mn含量是成本高昂的，特别是在生产中使用廉价钢屑时，因为钢屑常常含有0. 1重量％和更高的Mn。此外，Mo是昂贵的合金化元素。因此，由于低Mn含量和Mo的成本，制成的粉末相应地比较昂贵。US 2003/0033904、US 2003/0196511 和 US2006/086204 描述了可用于制造粉末锻造的连杆的粉末。该粉末含有与铜粉和石墨混合的预合金铁基、含锰和硫的粉末。US 2006/086204描述了由铁粉、石墨、硫化锰和铜粉的混合物制成的连杆。具有3重量％ Cu和 0. 7重量％石墨的材料获得最高压缩屈服强度值775MPa。相应的硬度值为34. 7HRC，这相当于大约340HV1。铜和碳含量的降低也造成降低的压缩屈服强度和硬度。US 5，571，305描述了具有优异可机械加工性的粉末。主动使用硫和铬作为合金化元素。专利技术目的本专利技术的一个目的是提供合金化的铁基含钒粉末，其基本不含铬、钼和镍，并适合制造烧结态的(as-sintered)和任选地粉末锻造的部件，例如连杆。本专利技术的另一目的是提供一种粉末，其能够形成具有高的压缩屈服应力CYS以及较低的维氏硬度的粉末锻造部件，使得烧结态的(as-sintered)和任选地粉末锻造的部件容易机械加工并仍足够强韧。需要高于2. 25、优选高于2. 30的CYS/硬度(HVl)比率，并具有至少830MPa的CYS值和最多420的硬度HVl。本专利技术的另一目的是提供具有上述性质的粉末烧结或锻造部件，优选连杆。专利技术概述如下所述实现这些目的中的至少一个-水雾化低合金化的钢粉末，按重量％计，其包含0.05-0. 4的V、0. 09-0. 3的Mn、 少于0. 1的Cr、少于0. 1的Mo、少于0. 1的Ni、少于0. 2的Cu、少于0. 1的C、少于0. 25的 0、少于0. 5的不可避免的杂质，余量为铁。-基于所述钢粉末的铁基钢粉组合物，按该组合物的重量％计，其具有0.35-1的石墨形式的C，和任选地0. 05-2的润滑剂和/或1. 5-4的铜粉形式的Cu，和/或1_4镍粉形式的Ni ；和任选地硬相材料和机械加工性能增强剂。-制造烧结的和任选地粉末锻造的部件的方法，包括下述步骤a)制备上述组成的铁基钢粉组合物，b)对该组合物施以400至2000MPa的压制，以制造部件坯，c)在还原气氛中在1，000-1，4000C的温度将所得部件坯烧结，和d)任选地在高于500°C的温度锻造该经过加热的部件，或对所得经过烧结的部件施以热处理。-由所述组合物制成的部件。所述钢粉末具有低的和规定的锰和钒含量，基本不含铬、钼和镍，并已表明能够提供具有高于2. 25的压缩屈服应力/硬度比率、并具有至少830MPa的CYS值和最多420的 HVl的部件。专利技术详述铁基合金钢粉末的制备通过含有规定量的合金化元素的钢熔体的水雾化来制造钢粉末。对该雾化粉末进一步施以如美国专利6，027，544中所述的还原退火工艺，所述专利经引用并入本文。钢粉末的粒度可以为任何尺寸，只要其与压制和烧结或粉末锻造法相容即可。合适的粒度的实例是可获自Hiigail3sAB，Sweden的已知粉末ABC 100. 30的粒度——大约10重量％高于 150微米且大约20重量％低于45微米。钢粉末的成分锰与铬一样提高钢粉的强度、硬度和可淬硬性。此外，如果锰含量太低，就不可能使用廉价回收废料，除非在制钢过程中进行专门的还原处理，这提高了成本。此外，锰可能与一部分存在的氧反应，由此减少氧化钒的形成。因此，锰含量不应低于0.09重量％，优选不低于0. 1重量％。高于0. 3重量％的锰含量可能提高钢粉中含锰夹杂物的形成，也可能由于固溶硬化和提高的铁素体硬度而对可压缩性具有不利影响，锰含量优选为最多0. 20 重量％，更优选最多0. 15%。钒通过沉淀硬化提高强度。钒还具有粒度细化作用，并在这方面被认为有助于形成合意的细粒状珠光体的/铁素体的微结构。在较高钒含量下，碳化钒和氮化钒沉淀物的尺寸提高，由此损害该粉末的特性。此外，较高钒含量促进氧吸收，由此提高由该粉末制成的部件中的氧含量。出于这些原因，钒应该为最多0.4重量％。低于本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．水雾化预合金化的铁基钢粉末，按重量％计，其包含：０．０５－０．４的Ｖ，０．０９－０．３的Ｍｎ，少于０．１的Ｃｒ，少于０．１的Ｍｏ，少于０．１的Ｎｉ，少于０．２的Ｃｕ，少于０．１的Ｃ，少于０．２５的Ｏ，少于０．５的不可避免的杂质，余量为铁。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·本特松，
申请(专利权)人：霍加纳斯公司PUBL，
类型：发明
国别省市：SE