铁基粉末组合物制造技术

本发明专利技术涉及一种粘合的冶金粉末组合物，包含：具有在20-60μm的范围内的加权平均粒度的铁基粉末，其量按重量计为组合物的至少80％；石墨粉末，其量按重量计介于组合物的0.15-1.0％之间；粘合剂，其量按重量计介于组合物的0.05-2.0％之间；流动剂，其量按重量计介于组合物的0.001-0.2％之间；其中，所述石墨粉末借助于粘合剂与铁基粉末颗粒结合，该粉末组合物具有至少3.10g/cm3的松装密度和最多30s/50g的霍尔流率。本发明专利技术还涉及一种用于从本发明专利技术的组合物制造具有提高的强度的烧结构件的方法，以及一种根据所述方法制造的经热处理的烧结构件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种铁基(粉末)组合物、由该粉末组合物制造烧结构件的方法和由该粉末组合物制成的烧结构件。该粉末组合物设计成获得结合有最佳粉末性能如该粉末组合物的流率和松装密度的、具有提高的疲劳强度的烧结件。
技术介绍
在エ 业中，通过压实和烧结金属粉末组合物来制造金属产品的应用越来越普及。制造出了具有各种形状和厚度的多种不同产品，并且在希望降低成本的同时，品质要求不断提高。由于要求最低限度的加工以便达到最終形状的近净形构件或净形构件通过对铁粉组合物进行加压和烧结而获得，这意味着高的材料利用率，所以该技术与用于形成金属件的常规技术如从棒料或锻件模制或机加工相比具有很大优势。然而，与加压和烧结法相关的ー个问题是烧结构件包含一定量的气孔，降低了构件的強度。基本上有两种方式来克服由构件孔隙率导致的对机械性能的负面影响1)可通过引入掺杂元素(合金元素，alloying element)如碳、铜、镍、钥等来提高烧结构件的强度。2)可通过提高粉末组合物的压缩率和/或提高用于较高的生坯密度的压实压力或增加构件在烧结期间的收缩率来减小烧结构件的孔隙率。在实践中，采用通过添加掺杂元素来强化构件与最大限度地减小孔隙率的组合。存在三种使铁粉合金化的常见方式预合金化、混合和扩散合金化。在烧结期间，压实或压紧的构件(即生坯构件)的金属粉末颗粒将以固态一起扩散而形成强粘合，即所谓的烧结颈。结果是形成适合于低或中等性能应用的相对高密的净形或近净形件。通常，烧结制品通过与铜粉和石墨粉混合的鉄粉制成。建议的其它类型的材料包括与镍和钥以及少量锰预合金化以改进铁可淬硬性而不形成稳定的氧化物的鉄粉。通常还添加机械加工性改进剂如MnS。如US2002/0146341A1中提及的，烧结构件的动态机械性能如疲劳强度受孔大小影响。烧结结构中存在的大孔的量越低，其动态机械性能就越好。US2002/0146341A1记载了使用细润滑剂颗粒来改善动态性能。减小孔大小的一种有效方式是在压实时使用更细的粉末。然而，细粉末组合物不是自由流动的，因此不能在商业上使用。已提出通过附聚来通过增大所述过程中的颗粒的平均粒度/颗粒大小来改善细粉末的流动性(W098/25720，US7163569B2)。附聚存在的一个缺点是将在粘合的小颗粒之间以及附聚的颗粒之间形成孔隙，因此降低了粉末组合物的松装密度，并因此需要具有更大的填充深度的工具腔。WO 2007/078232公开了使用脂肪族醇、润滑剂和流动剂的组合来减少粉末分离和起尘，改善粉末流动性和松装密度，以及减小压实的粉末的生坯构件的脱模カ和空间扩展。该文献并未具体涉及细粉末。专利技术目的本专利技术的ー个目的是提供一种适合用于制造具有提高的疲劳强度的烧结构件的铁基粉末组合物，其具有良好的粉末性能，例如流动性和松装密度。本专利技术的另一目的是提供一种用于制造具有提高的疲劳强度的烧结构件的方法。
技术实现思路
这些目的中的至少ー个以及将从下文的说明变得明显的其它目的通过本专利技术来实现，根据一方面，本专利技术提供了一种粘合的冶金粉末组合物，其包含具有在20-60 μ m的范围内的加权平均粒度的铁基粉末，其量按重量计为所述组合物的80% ;石墨粉末，其量按重量计介于组合物的O. 15-1. 0%之间；粘合剂，其量按重量计介于组合物的O. 05-2. 0%之间；流动剂，其量按重量计介于组合物的O. 001-0. 2%之间；其中，石墨粉末借助于粘合剂与铁基粉末颗粒结合，该粉末组合物具有至少3. 10g/cm3的松装密度和最多30s/50g的霍尔流率(hall flow rate)。根据另一方面，本专利技术提供了一种用于制造具有提高的強度的烧结构件的方法， 该方法包括提供根据本专利技术的上述方面的粉末组合物；在400与2000MPa之间对该组合物进行压实，以制造生坯构件；在1000-1400で之间的温度下在还原气氛中烧结该生坯构件；以及使烧结构件经受热处理，例如淬火和/或回火。或者，可使用烧结硬化过程。根据另一方面，本专利技术提供了一种根据本专利技术的上述方法制造的经热处理的烧结构件。已出乎意料地发现，可在不存在铁基粉末颗粒的附聚的情况下获得细粉末组合物的良好的流动性和松装密度。根据本专利技术，这通过制备ー种特殊类型的粘合的粉末组合物来实现，其中较小的颗粒如石墨和其它掺杂元素与相对较大的细铁基颗粒结合。尤其出乎意料的是粘合的组合物的平均粒度与基粉末的粒度相比仅略微增大。更加出乎意料的是，发现从粘合的细粉末组合物制造的压实和烧结构件与从较粗粉末或非粘合粉末制造的对应构件相比具有提高的強度和延展性。以前认为，不可能获得足够快速和均匀以允许高强度构件的连续エ业化生产的细粉末的流动性，其中所述构件对于每个构件以及当与不同的构件比较时具有同质特性。而现已发现，可通过连续的和エ业上有益的过程获得从细铁基粉末制造的具有良好的強度性能的构件，所述铁基粉末在通过激光衍射——例如使用在得到的压实件中提供较小的孔的Sympatec设备——测量时具有在约60 μ m以下、更优选在50 μ m以下的加权平均粒度。然而，还发现对于具有太细的铁基粉末的组合物，未能维持细粉末组合物的改善的性能。如果加权平均粒度过低，则即使对于粘合的组合物也无法维持改善的霍尔流率。此夕卜，压缩率随着粒度减小而减小，从而使生坯密度更低。还出乎意料地发现，如果粉末组合物具有过小的平均粒度，则从该粉末组合物制造的烧结构件的抗拉强度和疲劳强度不会进ー步提高。事实上，对于过小的平均粒度，抗拉强度和疲劳强度甚至可能降低。因此，已发现加权平均粒度应高于约20 μ m,更优选高于30 μ m,例如高于40 μ m。如上所述，重要的是粉末组合物具有良好的霍尔流率。因此，本专利技术的组合物具有最多30s/50g的霍尔流率。最多28s/50g如最多26s/50g或最多24s/50g的更加改善的霍尔流率可为有利的。还如上文所述，重要的是粉末组合物具有高松装密度。因此，本专利技术的组合物具有至少3. IOg/cm3的松装密度。更加高的松装密度3. 15g/cm3如3. 20g/cm3可为有利的。该冶金粉末组合物包含铁或铁基粉末，其量按重量计为该冶金粉末组合物的至少80%,例如按重量计为该冶金粉末组合物的至少90%。该铁基粉末可为任何类型的铁基粉末，例如水雾化铁粉、还原铁粉、预合金化铁基粉末或扩散合金化铁基粉末。作为掺杂元素的石墨粘合到铁基粉末上。此外，其它掺杂元素可以可选地被包含在该粉末组合物中并与铁基粉末粘合。与铁或铁基颗粒粘合的掺杂元素的示例可选自由石墨、Cu、Ni、Cr、Mn、Si、V、Mo、P、W、S和Nb组成的组。这些添加剂一般是具有小于铁基粉末的粒度的粉末，并且绝大多数掺杂元素具有小于约20 μ m的平均粒度。该冶金粉末组合物中的掺杂元素的量取决于特定掺杂元素和烧结构件的期望最終性能。具体而言，包含铜和/或镍作为掺杂元素可为有利的。例如，该组合物可包含按重量计高达3.0%的铜和/或按 重量计高达3.0%的镍。掺杂元素中的至少ー种可借助于热扩散粘合过程与铁基粉末颗粒结合。可存在的与铁基粉末颗粒粘合的其它粉状添加剂为硬质相材料(hard phasemat er i a I)、液相成形材料和机械加工性改进剂。在粘合之后，平均粒度可増大，因为颗粒由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：M·拉松，
申请(专利权)人：霍加纳斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：