制备粉末冶金工件的方法及其工件的制作方法
【专利摘要】一种制备粉末冶金工件的方法，其步骤包括：提供一第一粉末，第一粉末的硬度实质小于250HV，平均粒径实质在20μm以下；将第一粉末和一第二粉末混合成一混合粉末，混合粉末的成分包括碳、铬、铁，以及选自于钼、镍、铜、铌、钒、钨、硅、钴和锰所组成的群组；对混合粉末添加一黏结剂和水；对混合粉末施以一喷雾造粒工艺，以形成一喷雾造粒粉末；对喷雾造粒粉末施以一干压成形工艺，使喷雾造粒粉末形成一生胚；对生胚施以脱脂工艺，以形成一胚体；将该胚体烧结成一工件，工件的硬度高于250HV。
【专利说明】制备粉末冶金工件的方法及其工件
【技术领域】
[0001]本发明关于一种制备粉末冶金工件的方法，特别是一种应用干压成形工艺，以制备高硬度粉末冶金工件的方法。
【背景技术】
[0002]干压成形是粉末冶金工艺中最常用的方法，此方法是让粉末充填在模具中，再施以所需的压力，使堆积松散的粉末成形，成为有一定强度的生胚，将成形后的生胚予以烧结即可得到成品。此成形工艺可自动化，其成本低廉且能一次制作出净形(net shape)的工件，所以在机械制造业中，干压成形是不可或缺的一个工艺。
[0003]一般来说，在干压成形工艺中，为了使工件达到优良的机械或物理性质，烧结后的工件的密度应越高越好，此也代表生胚密度也应越高越好，才能降低所需的烧结温度及烧结时间以节省成本。此外,高生胚密度的工件,经过烧结后,其尺寸收缩量将较少，因此高生胚密度的工件的尺寸稳定性较佳。一般影响生胚密度的重要因素为成形时的压力以及粉末本身的特性:
[0004](I)成形压力:在干压成形工艺中，施加的压力越大，生胚密度也会越高。然而，由于金属粉体本身有加工硬化的特性，因此当压力增加时，粉末本身的硬度也随之上升，而导致生胚密度的提高效率将随压力的增加而逐渐减缓。此外，当成形压力增大时，粉末与模具间的摩擦力也会随之增加，因此模具的寿命将变短。
[0005](2)粉末特性:粉末本身的硬度是影响生胚密度的另一个重要的因素。硬度高的粉末不容易变形，使得粉末不易被挤入粉末间的孔隙，因此，生胚密度不容易提高，也因此较不容易在烧结后得到高密度。粉末本身的形状、大小及内部结构对粉末成形能力也有直接的影响；例如，形状不规则且内有孔隙的粉，其压缩性较差；形状较规则且内无孔隙的粉其压缩性则比较好；又如球形粉的摩擦力小，视密度(apparent density)高，因此能得到较高的生胚密度。除了形状及内部结构外，粉末的大小也是影响生胚密度的因素，小粉末由于其粉末间的接触点较多、摩擦力较大以及视密度低，因此必需倚靠较高的成形压力，才能达到所要的生胚密度。小粉末的另一个缺点是其不容易流动，无法以自动化的方式将粉末充填入模穴。但小粉末的最大优点为其烧结驱动力高，工件烧结后的密度高。
[0006]如上所述，要达到高烧结密度，必须使用小粉末并提高生胚密度，但小粉末需要使用大压力才能得到高生胚密度，而使用大压力会导致模具快速损耗；另外，若是所用的粉末具有高硬度，则工艺的难度将更加提高，所以目前鲜少有干压成形业者制作具有高密度及高硬度的工件。以粉末本身的硬度约320HV(32HRC)的合金粉为例，在加压时粉末不容易变形，粉末压缩性差，生胚密度低，所以若使用一般干压成形工艺所用的粉末，亦即平均粒径大于44 μ m时，即使使用一般常用的成形压力(如400-800MPa)，干压成形后的密度多在
6.3g/cm3以下，或理论密度的80%以下，由于生胚密度低且粉末粒径大，烧结后的密度及机械性质也因而偏低。因此，有必要提供一种新的制备粉末冶金工件的方法，其可透过干压成形工艺以制造高硬度、高密度的工件，并且可减少模具因工艺中施加压力所造成的损耗。
【发明内容】
[0007]本发明的主要目的在于提供一种制备粉末冶金工件的方法，其制备的工件具有高密度及高硬度的功效。
[0008]为达成上述的目的，本发明的制备粉末冶金工件的方法，其步骤包括:提供一第一粉末，第一粉末的硬度实质小于250HV,平均粒径实质在20 μ m以下；将第一粉末和一第二粉末混合成一混合粉末，混合粉末的成分包括碳、铬、铁，以及选自于钥、镍、铜、银、钥;、鹤、硅、钴和锰所组成的群组；对混合粉末添加一黏结剂和水；对混合粉末施以一喷雾造粒工艺，以形成一喷雾造粒粉末；对喷雾造粒粉末施以一干压成形工艺，使喷雾造粒粉末形成一生胚；将该生胚烧结成一工件，工件的硬度高于250HV。
[0009]其中，该方法更包括以下步骤:
[0010]对该喷雾造粒粉末添加一润滑剂；其中对该喷雾造粒粉末添加一润滑剂的步骤进行于该干压成形工艺前。
[0011]其中，对该生胚施以一脱脂工艺的步骤，进行于对该喷雾造粒粉末添加一润滑剂，以及该干压成形工艺后，以去除该润滑剂。
[0012]其中，烧结经过该脱脂工艺后的该胚体的环境为一真空或含氢的环境。
[0013]其中，该第一粉末的硬度小于100HV。
[0014]其中，该干压成形工艺的温度小于160°C。
[0015]其中，该生胚的生胚密度大于6.3g/cm3。
[0016]其中，该铁的元素粉末的来源为羰基铁粉，该羰基铁粉的碳含量为0.10wt%以下。
[0017]其中，该混合粉末中的碳的重量百分比范围为0.07wt%以下，铬的重量百分比范围为15至18wt%。
[0018]并且，本发明提出一种制备粉末冶金工件的方法，步骤包括:
[0019]提供一第一粉末，该第一粉末的硬度小于250HV,平均粒径在20 μ m以下,该第一粉末为一含铬的预合金粉末；
[0020]将该第一粉末和一第二粉末混合成一混合粉末，在该混合粉末中，该含铬的预合金粉末的重量百分比占最大的比例，该混合粉末中的碳的重量百分比范围为0.07wt%以下或0.81wt%以上,铬的重量百分比范围为3.5至18wt%,钥的重量百分比范围为6wt%以下，镍的重量百分比范围为5wt%以下，铜的重量百分比范围为5wt%以下，铌的重量百分比范围为4wt%以下凡的重量百分比范围为5.5wt%以下,钴的重量百分比范围为5.5wt%以下,鹤的重量百分比范围为13wt%以下，硅的重量百分比范围为0.1至lwt%，锰的重量百分比范围为 0.1 至 lwt% ；
[0021]对该混合粉末添加一黏结剂和水；
[0022]对该混合粉末施以一喷雾造粒工艺，以形成一喷雾造粒粉末；
[0023]对该喷雾造粒粉末施以一干压成形工艺，使该喷雾造粒粉末形成一生胚；
[0024]对该生胚施以一脱脂工艺以去除该黏结剂，并使该生胚形成一胚体；以及
[0025]将该胚体烧结成一工件，该工件的硬度高于250HV，烧结密度大于7.4g/cm3。
[0026]其中，该方法更包括以下步骤:对该喷雾造粒粉末添加一润滑剂；其中对该喷雾造粒粉末添加一润滑剂的步骤是进行于该干压成形工艺前。[0027]其中，对该生胚施以一脱脂工艺的步骤，系进行于对该喷雾造粒粉末添加一润滑齐U，以及该干压成形工艺后，以去除该润滑剂。
[0028]其中，烧结经过该脱脂工艺后的该胚体的环境为一真空或含氢的环境。
[0029]其中，该第一粉末的硬度小于200HV。
[0030]其中，该干压成形工艺的温度小于160°C。
[0031]其中，该生胚的生胚密度大于6.3g/cm3。
[0032]其中，该含铬的预合金粉末的碳含量为0.05wt%以下。
[0033]其中，该混合粉末中的碳的重量百分比范围为0.07wt%以下，铬的重量百分比范围为15至18wt%。
[0034]另外，本发明提出一种工件，依据上述的制备粉末冶金工件的方法所制成。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为依据本发明的制备粉末冶金工件的方法的流程图。
[0036]图2为依据本发明的制备粉末冶金工件的一实施例的方法的喷雾造粒粉末的照片。
[0037]其中，附图标记说明:
[0038]10:喷雾造粒粉末
[0039]步骤101:提供一第一粉末
[0040]步骤102:将第一粉末和第二粉末混合成一混合粉末
[0041]步骤103:对混合粉末添加一黏结剂和水
[0042]步骤104:对混合粉末施以喷雾造粒工艺，以形成喷雾造粒粉末
[0043]步骤105:对喷雾造粒粉末添加润滑剂
[0044]步骤106:对喷雾造粒粉末施以干压成形工艺，使喷雾造粒粉末形成一生胚
[0045]步骤107:对生胚施以脱脂工艺，以去除润滑剂和黏结剂，并使生胚形成一胚体
[0046]步骤108:将胚体烧结成一工件
【具体实施方式】
[0047]为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
[0048]以下请一并参考图1和图2关于依据本发明的制备粉末冶金工件的方法，图1系依据本发明的制备粉末冶金工件的方法的流程图；图2系依据本发明的制备粉末冶金工件的一实施例的方法的喷雾造粒粉末的照片。
[0049]在本发明的实施例中，本发明的制备粉末冶金工件的方法系用以制备含铬的高强度、高硬度不锈钢、高速钢和工具钢工件，然而本发明的工件种类并不以此为限。如图1所示，本发明的制备粉末冶金工件的方法包括以下步骤:
[0050]步骤101:提供一第一粉末。
[0051]第一粉末选用硬度低，以提升粉末压缩性，并选用平均粒径小的粉末，使得工件的烧结密度提高。在本发明的实施例中，第一粉末的硬度实质小于250HV，平均粒径实质在20 μ m以下。第一粉末可为铁粉、含铬的肥粒铁系(Ferrite-铁素体或α-Fe)不锈钢粉、含铬的奥氏体铁系不锈钢粉，或其它含铬的预合金粉，然而，本发明的第一粉末并不以此为限。
[0052]步骤102:将第一粉末和第二粉末混合成一混合粉末。
[0053]在本发明的实施例中，第二粉末是根据本发明所需的合金元素，由适量的元素粉末、预合金粉，或母合金(master alloy)粉混合而成，然而本发明并不以此为限。第二粉末选用平均粒径小的粉末，平均粒径实质在20 μ m以下，使得工件的烧结密度提高，然而本发明并不以此为限。在第一粉末和第二粉末混合成的混合粉末中，第一粉末的重量百分比占最大的比例，且混合粉末中的碳的重量百分比范围实质为0.07wt%以下或是0.81wt%以上，铬的重量百分比范围实质为3.5至18wt%，钥的重量百分比范围实质为6wt%以下，镍的重量百分比范围实质为5wt%以下，铜的重量百分比范围实质为5wt%以下，铌的重量百分比范围实质为4wt%以下，银的重量百分比范围实质为5.5wt%以下,钴的重量百分比范围实质为
5.5wt%以下，钨的重量百分比范围实质为13wt%以下，硅的重量百分比范围实质为0.1至lwt%，锰的重量百分比范围为0.1至lwt%，然而本发明并不以此为限。
[0054]步骤103:对混合粉末添加一黏结剂和水。
[0055]在本发明的实施例中，对混合粉末添加适量的黏结剂和水，并均匀搅拌成泥浆状。黏结剂例如为聚乙烯醇、阿拉伯胶、甲基纤维素，但黏结剂的种类并不以此为限。
[0056]步骤104:对混合粉末施以喷雾造粒工艺，以形成喷雾造粒粉末。
[0057]对加入黏结剂和水，且搅拌成泥浆的混合粉末施以喷雾造粒工艺，使泥浆状的混合粉末形成球状的喷雾造粒粉末10 (如图2所示)。经过喷雾造粒后，混合粉末之间借着黏结剂和水，而结合成具流动性、粒径增大的球形的喷雾造粒粉末10，可改善原本的混合粉末的流动性不佳、压缩性差和不易充填入模穴等缺点。
[0058]步骤105:对喷雾造粒粉末添加润滑剂。
[0059]对喷雾造粒粉末10添加润滑剂，用以改善喷雾造粒粉末10的流动性，并减少粉末间以及粉末与模具间的摩擦力，帮助喷雾造粒粉末10的成形。在本发明中，润滑剂例如为白腊(ethylene bis-stearamide)或硬脂酸锌,但本发明的润滑剂并不以此为限。
[0060]步骤106:对喷雾造粒粉末施以干压成形工艺，使喷雾造粒粉末形成一生胚。
[0061]将喷雾造粒粉末10充填在模具中，再施以所需的压力，使堆积松散的喷雾造粒粉末10成形，成为有一定强度的生胚。在本发明中，干压成形工艺的温度实质小于160°C，且生胚的密度实质大于6.3g/cm3，但本发明并不以此为限。
[0062]步骤107:对生胚施以脱脂工艺，以去除润滑剂和黏结剂，并使生胚形成一胚体。
[0063]对生胚施以脱脂工艺，以去除润滑剂和黏结剂，使去除润滑剂和黏结剂的胚体可进行后续的烧结工艺。
[0064]步骤108:将胚体烧结成一工件。
[0065]对胚体施以烧结工艺，使胚体烧结成一工件，烧结该胚体的环境为一真空或含氢的环境，但本发明的烧结环境并不以此为限。烧结工件的硬度高于250HV，密度实质大于
7.4g/cm3，但本发明的工件的硬度和密度并不以此为限。
[0066]本发明借由上述的步骤，可使得喷雾造粒粉末10具有良好的流动性、平均硬度软和压缩性高的性质，以达到高生胚密度，且可减少模具因工艺中所施加的压力而造成的损耗；因此，当胚体经过烧结后，由于原始粉末的粒径小，将使得烧结后的胚体收缩而达到高密度，则烧结成的工件会具有高密度，又因烧结后，所添加的合金元素能固溶入铁基地内，且分布均匀而达到高硬度。
[0067]接着说明本发明的制备粉末冶金工件的比较例及实施例。
[0068]第一比较例
[0069]在第一比较例中，准备一预合金粉末，其重量百分比的组成为:碳占0.029wt%，硅占 0.78wt%,锰占 0.31wt%,铬占 15.6wt%,钥占 0.69wt%,镍占 4.20wt%,铜占 3.50wt%,铌0.15wt%,其余为铁。预合金粉末硬度为310HV，预合金粉末平均粒径为12 μ m,无流动性。对预合金粉末，添加0.5wt%白蜡润滑剂，于室温以传统粉末冶金干压成形的方法，施加SOOMPa的压力以形成一生胚，其生成的生胚密度为6.lg/cm3。将比较例的生胚放入管式炉中，在裂解氨的气氛下，经脱脂工艺于300至600°C间烧除润滑剂后，于1350°C的温度持温2小时烧结，其烧结出的工件的密度为7.32g/cm3，相对密度为94%，硬度为285HV。
[0070]第一实施例
[0071]在第一实施例中，选用的第一粉末为Fe_17Cr(430L不锈钢)，其成分包括约17wt%的铬以及少量的硅、锰和碳，其碳含量约为0.02wt%。Fe-17Cr系属于肥粒铁系不锈钢粉末，硬度介于160HV至180HV，平均粒径为10.2 μ m。第二粉末的成分包括铁、铬、镍、铜、钥以及少量的硅、锰、碳和铌；第二粉末中有Fe-17Cr-12N1-2M0(316L不锈钢)粉、铜元素粉及铌元素粉，其中316L不锈钢粉含有约17wt%的铬、12wt%的镍及2wt%的钥以及少量的硅、锰和碳；316L不锈钢粉、铜元素粉及铌元素粉的平均粒径皆小于15 μ m ;混合第一粉末和第二粉末所形成的混合粉末的成分，实质上近似第一比较例的预合金粉末。在该混合粉末中，混合粉末的重量百分比的组成为:碳占0.028wt%，硅占0.75wt%，锰占0.28wt%，铬占15.6wt%，钥占 0.68wt%,镍占 4.10wt%,铜占 3.50wt%,铌 0.15wt%,其余为铁。
[0072]对混合粉末添加适量的聚乙烯醇及聚乙二醇黏结剂和水后均匀搅拌成泥浆，并将混合粉末施以喷雾造粒工艺以形成一喷雾造粒粉末10，喷雾造粒粉末10的平均粒径为55 μ m,而其中黏结剂的重量百分比约为1.2wt%o将喷雾造粒粉末10添加0.lwt%白蜡润滑齐U，并于室温以传统粉末冶金的干压成形的方法，施加SOOMPa的压力以形成一生胚，其生胚密度为6.47g/cm3。将生胚放入管式炉，在裂解氨的气氛下，经脱脂工艺于300至600°C间烧除润滑剂及黏结剂后，于1350°C的温度下持温2小时以烧结出一不锈钢的工件。其烧结出的工件的密度为7.55g/cm3，相对密度为97%，硬度为305HV。第一实施例的工件的密度、相对密度和硬度皆优于第一比较例的工件。
[0073]第二比较例
[0074]在第二比较例中，使用一 17-4PH不锈钢的预合金粉末，其重量百分比的组成为:碳占 0.030wt%,硅占 0.78wt%,锰占 0.10wt%,铬占 16.0wt%,镍占 4.00wt%,铜占 4.00wt%,铌
0.30wt%，其余为铁。预合金粉末硬度为320HV，预合金粉末粒径为50 μ m。于室温以传统粉末冶金干压成形的方法，对预合金粉末施加SOOMPa的压力以形成一生胚，其生成的生胚密度为6.2g/cm3。将生胚放入管式炉中，在氢气气氛下，于1320°C的温度下持温2小时烧结后，其烧结出的工件的密度为7.21g/cm3，相对密度为92%，硬度为265HV。
[0075]第二实施例
[0076]在第二实施例中，选用的第一粉末为Fe_17Cr(430L不锈钢)的预合金粉末，其成分包括约17wt%的铬并含少量的硅、锰和碳，其碳含量约为0.025wt% ;此第一粉末属于肥粒铁系不锈钢粉末，硬度为180HV，平均粒径为10.3μπι。第二粉末的成分包括镍、铜、铌及铁；其中镍、铜是以元素粉末的形式添加，而铁及铌是以Fe-60Nb预合金粉的方式添加。混合第一粉末和第二粉末所形成的混合粉末的成分，实质上近似第二比较例的预合金粉末。在该混合粉末中，其重量百分比的组成为:碳占0.028wt%，硅占0.70wt%，锰占0.10wt%，铬占
16.0wt%,镍占 4.00wt%,铜占 4.00wt%,铌 0.30wt%,其余为铁。
[0077]对混合粉末添加适量的聚乙烯醇黏结剂和水后均匀搅拌成泥浆，并将混合粉末施以喷雾造粒工艺以形成一喷雾造粒粉末10，喷雾造粒粉末10的平均粒径为56 μ m。将喷雾造粒粉末10于室温以传统粉末冶金的干压成形的方法，施加800MPa的压力以形成一生胚，其所生成的生胚的密度为6.30g/cm3。将生胚放入管式炉，在氢气气氛下，经除去黏结剂后，于1320°C的温度下持温2小时以烧结出一 17-4PH不锈钢的工件，其工件密度为7.50g/cm3,相对密度为96%，硬度为295HV。第二实施例的工件的密度、相对密度和硬度皆优于第二比较例的工件。
[0078]第三比较例
[0079]在第三比较例中，使用一 SKDll工具钢的预合金粉末(日本工业规格(JapaneseIndustrial Standards, JIS)的成分标准为碳:1.4-1.6%,娃:小于 0.4%,猛:小于 0.6%,镍:小于0.5%，铬:11-13%，钥:0.8-1.2%，钒:0.2-0.5%，余铁)，其重量百分比的组成为:碳占 1.52wt%,硅占 0.30wt%,锰占 0.43wt%,铬占 11.7wt%,钥占 1.01wt%,钒占 0.38wt%,其余为铁。预合金粉末硬度为380HV，预合金粉末粒径为25 μ m。对预合金粉末，添加0.lwt%硬脂酸锌润滑剂，以传统粉末冶金干压成形的方法，于室温施加SOOMPa的压力以形成一生胚，其所生成的生胚密度为5.9g/cm3。将生胚放入真空炉中，经脱脂工艺除去润滑剂后，于1250°C的温度下持温1.5小时烧结以形成一工件，其工件密度为7.21g/cm3，相对密度为93%，硬度为 407HV。
[0080]第三实施例
[0081]在第三实施例中，选用的第一粉末为Fe_12Cr的预合金粉末，其成分包括约12wt%的铬，并含少量的硅、锰和碳，其碳含量约为0.02wt%此第一粉末属于410L不锈钢粉末，硬度为160HV，平均粒径为12.0ym0第二粉末的成分包括Fe_45V预合金粉以及少量的石墨元素粉末和少量的钥元素粉末。混合第一粉末和第二粉末所形成的混合粉末的成分，实质上近似第三比较例的SKDll工具钢粉末。在该混合粉末中，其重量百分比的组成为:碳占
1.52wt%,硅占 0.26wt%,锰占 0.40wt%,铬占 11.7wt%,钥占 1.01wt%,钒占 0.38wt%,其余为铁。
[0082]对混合粉末添加适量的聚乙烯醇及聚乙二醇黏结剂和水后均匀搅拌成泥浆，并将混合粉末施以喷雾造粒工艺以形成一喷雾造粒粉末10，喷雾造粒粉末10的平均粒径为58 μ m。将喷雾造粒粉末10添加0.lwt%的白蜡润滑剂，并以传统粉末冶金的干压成形的方法，于室温施加SOOMPa的压力以形成一生胚，生胚密度为6.42g/cm3。将生胚放入真空炉中，经脱脂工艺除去润滑剂及黏结剂后，于1250°C的温度下持温1.5小时以烧结出一 SKDll工具钢工件，其工件密度为7.65g/cm3，相对密度为99%，硬度为468HV。第三实施例的工件的密度、相对密度和硬度皆优于第三比较例的工件。
[0083]第四比较例
[0084]在第四比较例中，使用一 M2高速钢(美国钢铁协会标准(American Iron andSteel Institute, AISI)的成分标准为碳:0.78-1.05%，硅:0.20-0.45%，锰:0.15-0.40%,铬:3.75-4.50%,钥:4.5-5.5%,钒:1.75-2.20%,钨:5.50-6.75%,余铁)的预合金粉末，其重量百分比的组成为:碳占0.95wt%，硅占0.25wt%，锰占0.18wt%，铬占4.3wt%，钥占
5.01wt%,钒占1.82wt%,钨占6.21wt%,其余为铁。预合金粉末硬度为410HV，预合金粉末粒径为45 μ m。将预合金粉末，添加0.5wt%白蜡润滑剂，以传统粉末冶金的干压成形的方法，于室温施加SOOMPa的压力以形成一生胚，生胚密度为5.6g/cm3。将生胚放入真空炉中，经脱脂工艺除去润滑剂后，于1250°C的温度持温1.5小时以烧结出一工件，其工件密度为
7.64g/cm3，相对密度为96%，工件的收缩率为9.8%，硬度为549HV。
[0085]第四实施例[0086]在第四实施例中，选用的第一粉末的成分包括硬度较软的羰基铁粉，其碳含量约为0.04wt%,其硬度低于100HV，平均粒径为5 μ m。第二粉末的成分包括含有少量的硅、锰、碳的Fe-13Cr的不锈钢粉，以及石墨、钥、钨元素粉末和Fe_45V合金粉；其中Fe-13Cr的不锈钢粉属于410L不锈钢粉末，硬度约为160HV，平均粒径为12.0μπι。混合第一粉末和第二粉末所形成的混合粉末的成分，实质上近似第四比较例的M2高速钢的预合金粉末。在该混合粉末中，其重量百分比的组成为:碳占0.95wt%，硅占0.21wt%，锰占0.16wt%，铬占
4.3wt%，钥占 5.01wt%，钒占 1.82wt%，钨占 6.21wt%，其余为铁。
[0087]对混合粉末添加适量的聚乙烯醇及聚乙二醇黏结剂和水后均匀搅拌成泥浆，并将混合粉末施以喷雾造粒工艺以形成一喷雾造粒粉末10，喷雾造粒粉末10的平均粒径为50 μ m。将喷雾造粒粉末10添加白蜡润滑剂，并施以传统粉末冶金的干压成形的方法，于室温施加SOOMPa的压力以形成一生胚，生胚密度为6.5g/cm3。将生胚放入真空炉中，经脱脂工艺除去润滑剂及黏结剂后，于1250°C的温度下持温1.5小时以烧结出一 M2高速钢的工件，其工件密度为7.92g/cm3，相对密度为99%，工件的收缩率为6.8%，硬度为590HV。第四实施例的工件的硬度、密度和相对密度皆优于第四比较例的工件，且因生胚密度高，烧结后工件的收缩率低于第四比较例的9.8%，尺寸稳定性也因而较佳。
[0088]第五实施例
[0089]在第五实施例中，选用的第一粉末的成分包括硬度较软的羰基铁粉，其碳含量为0.05wt%，其硬度低于100HV，平均粒径为5μπι。第二粉末的成分包括组成为Fe_51.6Cr-
13.4Ν?-12.6Cu-l.4Mn_l.2Si_0.7Nb的母合金粉，以作为合金元素的来源；其粉末粒径约10 μ m。混合第一粉末和第二粉末所形成的混合粉末的成分,符合17-4PH不锈钢的成分，其重量百分比的组成为:碳占0.05wt%,硅占0.40wt%,锰占0.47wt%，铬占17.2wt%，镍占
4.47wt%,铜占 4.20wt%,铌占 0.23wt%,其余为铁。
[0090]对混合粉末添加适量的聚乙烯醇及聚乙二醇黏结剂和水后均匀搅拌成泥浆，并将混合粉末施以喷雾造粒工艺以形成一喷雾造粒粉末10，喷雾造粒粉末10的平均粒径为50 μ m。将喷雾造粒粉末10添加白蜡润滑剂，并施以传统粉末冶金的干压成形的方法，于室温施加SOOMPa的压力以形成一生胚，生胚密度为6.5g/cm3。将生胚放入真空炉中，经脱脂工艺除去润滑剂及黏结剂后，于1320°C的温度下持温2小时以烧结出一 17-4PH不锈钢的工件，其工件密度为7.56g/cm3，相对密度为97%，硬度为310HV。
[0091]第六实施例
[0092]在第六实施例中，选用的第一粉末为Fe_17Cr(430L不锈钢)的预合金粉末，其成分包括约17wt%的铬并含少量的硅、锰和碳，其碳含量约为0.03wt% ;此第一粉末属于肥粒铁系不锈钢粉末，硬度为180HV，平均粒径为10.3μπι。第二粉末的成分包括石墨及钥的元素粉末。混合第一粉末和第二粉末以形成一混合粉末。在该混合粉末中，其重量百分比的组成为:碳占1.01wt%,硅占0.84wt%,锰占0.83wt%,铬占16.9wt%,钥占0.35wt%,铌占
3.2wt%，其余为铁。
[0093]对混合粉末添加适量的聚乙烯醇及聚乙二醇黏结剂和水后均匀搅拌成泥浆，并将混合粉末施以喷雾造粒工艺以形成一喷雾造粒粉末10，喷雾造粒粉末10的平均粒径为54 μ m。将喷雾造粒粉末10添加硬脂酸润滑剂，并施以传统粉末冶金的干压成形的方法，于室温施加800MPa的压力以形成一生胚，生胚密度为6.30g/cm3。将生胚放入真空炉中，经脱脂工艺除去润滑剂及黏结剂后，于1280°C的温度下持温1.5小时以烧结出一麻田散铁系440C不锈钢的工件，其工件密度为7.60g/cm3，相对密度为99%，硬度为310HV。
[0094]第七实施例
[0095]在第七实施例中，选用的第一粉末的成分包括硬度较软的羰基铁粉，其碳含量为0.02wt%，其硬度低于100HV，平均粒径为5μπι。第二粉末的成分包括含有少量的硅、锰、碳的Fe-13Cr的不锈钢粉，以及石墨、钥、钨元素粉末和Fe_45V合金粉；其中Fe_13Cr的不锈钢粉属于410L不锈钢粉末，硬度为160HV，平均粒径为12.0μπι。混合第一粉末和第二粉末所形成的混合粉末的成分，符合Τ15高速钢的成分(美国钢铁协会AISI的成分标准为碳:1.5-1.6%,硅:0.15-0.40%,锰:0.15-0.40%,铬:3.75-5.00%,钥:小于 1.0%,钴:4.75-5.25%，钒:4.50-5.25%，钨:11.75-13.0%，余铁)。在该混合粉末中，其重量百分比的组成为:碳占1.55wt%,硅占0.30wt%,锰占0.30wt%,铬占3.8wt%,钥占0.35wt%,钒占
5.0wt%，钨占12.0wt%，钴占5.0wt%，其余为铁。
[0096]对混合粉末添加适量的聚乙烯醇及聚乙二醇黏结剂和水后均匀搅拌成泥浆，并将混合粉末施以喷雾造粒工艺以形成一喷雾造粒粉末10，喷雾造粒粉末10的平均粒径为50 μ m。将喷雾造粒粉末10添加白蜡润滑剂，并施以传统粉末冶金的干压成形的方法，于室温施加SOOMPa的压力以形成一生胚，生胚密度为6.6g/cm3。将生胚放入真空炉中，经脱脂工艺除去润滑剂及黏结剂后，于1260°C的温度下持温1.5小时以烧结出T15工具钢的工件，其工件密度为8.15g/cm3，相对密度为99%，硬度为485HV。
[0097]第八实施例
[0098]第八实施例与第一实施例的差别在于，在第八实施例中，喷雾造粒粉末10的平均粒径为53 μ m，略小于第一实施例的喷雾造粒粉末10的平均粒径(55 μ m);且喷雾造粒粉末10系经加温至120°C者，而加温后的喷雾造粒粉末的流动性与在室温时一样，仍能顺利填入120°C的模穴中，然后再以干压成形的方法形成一生胚。经由此条件所形成的生胚的密度为6.55g/cm3，烧结后形成的工件的密度为7.65g/cm3，相对密度为98%，工件的收缩率为
5.4%，硬度为320HV。经过加温处理的第八实施例的工件的密度、相对密度和硬度皆优于第一比较例的工件，并且亦优于第一实施例的工件。
[0099]以下请参考表一关于依据本发明的制备粉末冶金工件的方法，所得粉末冶金工件的实验数据图，表一系依据本发明的制备粉末冶金工件的实验数据图。
[0100]表一
[0101]
【权利要求】
1.一种制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，该方法的步骤包括: 提供一第一粉末，该第一粉末的硬度小于250HV,平均粒径在20 μ m以下,该第一粉末为一铁的元素粉末； 将该第一粉末和一第二粉末混合成一混合粉末，在该混合粉末中，该铁的兀素粉末的重量百分比占最大的比例，该混合粉末中的碳的重量百分比范围为0.07wt%以下或0.81wt%以上，铬的重量百分比范围为3.5至18wt%，钥的重量百分比范围为6wt%以下，镍的重量百分比范围为5wt%以下，铜的重量百分比范围为5wt%以下，铌的重量百分比范围为4wt%以下，钒的重量百分比范围为5.5wt%以下，钴的重量百分比范围为5.5wt%以下，钨的重量百分比范围为13wt%以下，硅的重量百分比范围为0.1至lwt%，锰的重量百分比范围为
0.1至 lwt% ； 对该混合粉末添加一黏结剂和水； 对该混合粉末施以一喷雾造粒工艺，以形成一喷雾造粒粉末； 对该喷雾造粒粉末施以一干压成形工艺，使该喷雾造粒粉末形成一生胚； 对该生胚施以一脱脂工艺，以去除该黏结剂，并使该生胚形成一胚体；以及 将该胚体烧结成一工件，该工件的硬度高于250HV，烧结密度大于7.4g/cm3。
2.根据权利要求1所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，更包括以下步骤: 对该喷雾造粒粉末添加一润滑剂；其中对该喷雾造粒粉末添加一润滑剂的步骤进行于该干压成形工艺前。
3.根据权利要求2所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，对该生胚施以一脱脂工艺的步骤，进行于对该喷雾造粒粉末添加一润滑剂，以及该干压成形工艺后，以去除该润滑剂。
4.根据权利要求3所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，烧结经过该脱脂工艺后的该胚体的环境为一真空或含氢的环境。
5.根据权利要求1所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，该第一粉末的硬度小于IOOHV。
6.根据权利要求1所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，该干压成形工艺的温度小于160 °C。
7.根据权利要求1所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，该生胚的生胚密度大于 6.3g/cm30
8.根据权利要求1所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，该铁的元素粉末的来源为羰基铁粉，该羰基铁粉的碳含量为0.10wt%以下。
9.根据权利要求1所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，该混合粉末中的碳的重量百分比范围为0.07wt%以下，铬的重量百分比范围为15至18wt%。
10.一种制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，步骤包括: 提供一第一粉末，该第一粉末的硬度小于250HV,平均粒径在20 μ m以下,该第一粉末为一含铬的预合金粉末； 将该第一粉末和一第二粉末混合成一混合粉末，在该混合粉末中，该含铬的预合金粉末的重量百分比占最大的比例，该混合粉末中的碳的重量百分比范围为0.07wt%以下或0.81wt%以上，铬的重量百分比范围为3.5至18wt%，钥的重量百分比范围为6wt%以下，镍的重量百分比范围为5wt%以下，铜的重量百分比范围为5wt%以下，铌的重量百分比范围为4wt%以下，钒的重量百分比范围为5.5wt%以下，钴的重量百分比范围为5.5wt%以下，钨的重量百分比范围为13wt%以下，硅的重量百分比范围为0.1至lwt%，锰的重量百分比范围为0.1 至 lwt% ； 对该混合粉末添加一黏结剂和水； 对该混合粉末施以一喷雾造粒工艺，以形成一喷雾造粒粉末； 对该喷雾造粒粉末施以一干压成形工艺，使该喷雾造粒粉末形成一生胚； 对该生胚施以一脱脂工艺，以去除该黏结剂，并使该生胚形成一胚体；以及 将该胚体烧结成一工件，该工件的硬度高于250HV，烧结密度大于7.4g/cm3。
11.根据权利要求10所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，更包括以下步骤: 对该喷雾造粒粉末添加一润滑剂；其中对该喷雾造粒粉末添加一润滑剂的步骤是进行于该干压成形工艺前。
12.根据权利要求11所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，对该生胚施以一脱脂工艺的步骤，系进行于对该喷雾造粒粉末添加一润滑剂，以及该干压成形工艺后，以去除该润滑剂。
13.根据权利要求12所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，烧结经过该脱脂工艺后的该胚体的环境为一真空或含氢的环境。
14.根据权利要求10所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，该第一粉末的硬度小于200HV。
15.根据权利要求10所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，该干压成形工艺的温度小于160°C。
16.根据权利要求10所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，该生胚的生胚密度大于6.3g/cm3。
17.根据权利要求10所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，该含铬的预合金粉末的碳含量为0.05wt%以下。
18.根据权利要求10所述的制备粉末冶金工件的方法，其特征在于，该混合粉末中的碳的重量百分比范围为0.07wt%以下,铬的重量百分比范围为15至18wt%。
19.一种工件，依据权利要求1所述的制备粉末冶金工件的方法所制成。
20.一种工件，依据权利要求10所述的制备粉末冶金工件的方法所制成。
【文档编号】C22C38/46GK103567447SQ201310247377
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年6月20日 优先权日:2012年7月31日
【发明者】黄坤祥 申请人:台耀科技股份有限公司