专利名称：用于耐磨应用的铁基烧结粉末金属的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及粉末冶金，尤其涉及用于耐磨应用(例如汽车气门导管)的铁基粉末金属构件。
背景技术：
粉末金属气门导管和其它高温耐磨构件一般由铁基粉末金属混合物制成。通常，构件通过将各种粉末添加剂与铁元素粉末混合，然后在1000°c以上的温度下烧结该混合物来制成。粉末金属构件的润滑性能通常通过将固体润滑剂(例如二硫化钥)混合到该铁元素粉末中来增强。虽然混合的二硫化钥是一种良好的固体润滑剂，然而，当存在足量的二硫化钥，以提供充分润滑时，该二硫化钥在烧结过程中容易产生不良的增长。与二硫化钥相关的这种畸变不利于制造低成本的、高精度的、净形的构件，例如气门导管和阀座嵌环。因此，通常在粉末金属应用中避免高水平的二硫化钥。游离石墨是另外一种用在粉末金属混合物中的固体润滑剂。由于细石墨颗粒(例如具有约200目或更小的美国标准筛目标号的颗粒)更容易加工且可以使烧结构件具有更好的机械性能，所以相比于粗石墨颗粒，更优选细石墨颗粒。然而，该细石墨颗粒在烧结过程中容易扩散到铁元素粉末中，并因此不能在烧结构件中起到固体润滑剂的作用。例如，如果包括I. 0%重量的混合细石墨粉末的粉末混合物在1000°C以上的温度下烧结，则几乎所有的混合石墨在烧结过程中都容易扩散到铁元素的基体中，并且不能在最终的烧结构件中保持游离石墨的有效水平。为了在最终的烧结构件中保持游离石墨的有效水平，必须使用粒径大于200目的混合石墨，以便该粒径限制混合的石墨在烧结过程中扩散到铁元素粉末中。然而，粒径大于200目的混合石墨通常会导致加工困难，并且使烧结构件的机械性能不
王电相美国专利号5，507，257公开了一种用于气门导管应用的铁基粉末金属混合物，其包括铁元素粉末基体、混合的粗石墨粉末(200-30目)、混合的细石墨粉末(小于200目)、以及混合的铁磷粉末或者混合的铜磷粉末。如上文提到的，混合的细石墨比混合的粗石墨更具活性，并且在烧结过程中更容易扩散到铁粉末基体中。由于混合的粗石墨的粒径较大，所以其活性较低，并且由于混合的粗石墨被特别引入，使得该烧结构件中可以保持游离石墨的有效水平。然而，如上所述，混合的粗石墨容易导致加工困难，例如产生不良的粉末偏析。当混合物包括混合的钥粉末、铁基体中的硬性Fe-C-P分散质、以及由于混合的粗石墨产生的游离石墨时，’ 257专利中的烧结构件包括碳化物。混合的磷粉末通过形成瞬间液相来促进烧结，并在烧结过程中对a-铁相起到稳定作用。在a-铁相中的低碳溶解度促进了烧结件中有益的存在游离石墨。然而，该混合的磷也会带来不利的一面当固化到一定程度后，局部液相烧结会引起尺寸变化，这可能对用于净形应用的烧结构件的耐受性造成不利影响。由于局部的液相烧结，在晶界形成了硬性磷化合物和渗碳体。硬性磷化合物和渗碳体对粉末金属构件的机械性能和净形的稳定性能造成不利的影响。因此，一般情况下，在该铁基粉末金属应用中加入磷粉的方案是不可取的。美国专利号6，632，263也公开了一种用于气门导管应用的铁基粉末金属混合物。该混合物包括铁元素粉末基体、混合的粗石墨(325-100目)、混合的细石墨(小于325目)、混合的二硫化钥和混合的铜。与’257专利中的混合物相同，’263专利的混合细石墨更具活跃，并且在烧结过程中更容易扩散到铁粉末基体中，特别引入混合的粗石墨，以保持最终的烧结构件中的游离石墨的有效水平。另外，该混合的粗石墨在加工过程中容易产生不良的粉末偏析，且该粗石墨颗粒在高温下可能保持不了良好的机械性能。
发明内容
本发明一方面提供一种粉末金属材料，其包括预合金铁基粉末和混合的石墨，该混合石墨约占该粉末金属材料重量的0. 25-1. 50%。该铁基粉末包括约占该预合金铁基粉 末重量的0. 25-1. 50%的预合金碳。烧结的粉末金属构件包括预合金铁基粉末，该预合金铁基粉末包括约占该预合金铁基粉末重量的0. 25-1. 50%的碳。该烧结粉末金属构件包括约占该烧结构件重量的0. 05-1. 50%的混合游离石墨。该烧结构件具有约占烧结构件重量的I. 0-2. 0%的化合碳成分，该化合碳成分包括预合金铁基粉末中的碳和混合游离石墨。本发明另一方面提供一种制备原始粉末金属材料的方法，该方法包括将铁基粉末和足量的碳铸成预合金，以在烧结该粉末金属混合物之后保持至少约50%的混合石墨为游离石墨。通过以下步骤来制成该烧结粉末金属构件将含有碳的预合金铁基粉末制成粉末金属混合物，其中碳约占预合金铁基粉末重量的0. 25-1. 50% ;将约占该粉末金属混合物重量的0. 25-1. 50%的石墨粉末混合到粉末金属混合物中；以及在一定条件下压缩并烧结该粉末金属混合物，以在烧结构件中保持至少约50%重量的混合石墨为游离石墨。将铁基粉末和碳铸成预合金，使得铁基粉末中的碳在烧结之前饱和，这样可以防止混合石墨和铁基粉末在烧结过程中形成合金。因此，在该烧结构件中保持至少50%的混合石墨为稳定的游尚石墨。与现有技术的粉末金属材料不同的是该混合石墨包括具有小于约200目的美国标准筛目标号的微粒，该微粒占混合石墨重量的大于90%，且该微粒在烧结构件中保持为游离石墨。不必采用粗石墨粉末来保持烧结构件中大量的稳定游离石墨。该烧结粉末金属构件包括足量的游离石墨，以提供良好的润滑性、耐磨性、以及其它用于高磨损、高温应用(例如汽车气门导管)的机械性能。采用标准的粉末处理技术可以容易地加工该粉末金属材料，并且该粉末金属材料具有较好的机械加工性能和极好的热稳定性能。由于混合的细石墨颗粒不会从混合物中析出，或者不会使碳在烧结构件中释出，所以避免了粗石墨颗粒引起的加工困难。细石墨颗粒在高温下可以保持极好的机械性能。该粉末金属材料提供了极好的用于净形、高温、高磨损应用(例如汽车气门导管)的尺寸稳定性。
结合下文的具体描述和附图进行考虑，本发明的其它优点将会更加容易理解，其中图I是根据实施例I制备的典型的铁基粉末金属材料的显微照片，且标示出了石墨颗粒；
图2是根据对比实施例2制备的对比的铁基粉末金属材料的显微照片，且标示出了石墨颗粒；图3是根据对比实施例3制备的对比的铁基粉末金属材料的显微照片，且标示出了石墨颗粒；图4是典型的内燃机的纵向剖视图，该内燃机包括由实施例I的典型的铁基粉末金属材料制成的气门导管；图5是实施例5的气门导管的磨损测试结果与现有技术的气门导管的磨损测试结果的对比柱状图；以及图6是在实施例5的气门导管中往复的气门杆与在现有技术的气门导管中往复的气门杆的磨损测试结果的对比柱状图。
具体实施方式
首先参阅附图1，示出了耐磨的铁基粉末金属材料。该粉末金属材料包括含有碳的预合金铁基粉末、混合的石墨、混合的二硫化钥和混合的铜。该粉末金属材料还可以包括附加的预合金成分和杂质。通常，压缩并烧结该粉末金属材料以制成烧结构件，该烧结构件具有预定的净形且包括大量的游离石墨。该烧结构件具有约占烧结构件重量的I. 0-2. 0%的化合碳成分，该化合碳成分包括预合金铁基粉末中的碳和混合游离石墨。该粉末金属适用于要求高的磨损表面的应用，例如内燃机的气门导管和阀座嵌环。含有碳的预合金铁基粉末形成了粉末金属材料的基体，在烧结之前，碳约占预合金铁基粉末重量的0. 25-1. 50%, 一般约占0. 7-1. 1%的重量。在烧结之后，根据烧结条件，碳约占预合金铁基粉末重量的0. 25-1. 50%。通过将该铁基粉末和碳铸成预合金，使铁基粉末中的碳在烧结之前饱和，这样可以限制混合的石墨粉末和铁基粉末在烧结过程中形成合金。因此，该烧结构件包括大量的稳定游离石墨。将该铁基粉末和足量的碳铸成预合金，以在烧结该粉末金属材料之后保持至少约50%的混合石墨为游离石墨。将该铁基粉末和占该铁基粉末重量的小于约0. 25%的碳铸成预合金，则不能使该铁基粉末达到充分饱和，并且不能防止混合石墨和铁基粉末在烧结过程中形成合金。通常，占该预合金铁基粉末重量的
I.2%的碳可以在该预合金铁基粉中达到完全饱和，所以除非由于含氧量、炉况、或者各种其它因素造成了碳损失以外，不需要使用更大量的碳。该预合金铁基粉末包括主要珠状结构。通过采用标准的粉末冶金技术，该珠状结构使得粉末金属材料易于压缩和烧结。该预合金铁基粉末中的铁通常具有约100目的美国标准筛目标号。该铁基粉末可以包括附加的合金，用以增强耐磨性能或者改善其它机械性能。在众多元素中，钥、镍、铬和锰可以改进这些性能。这些附加合金中的每一种都可以在该铁基体粉末中预合金化，每一种附加合金约占预合金铁基粉末重量的高达3. 0%。该铁基粉末还可以包括少量的其它添加剂和杂质。原始粉末金属材料中的混合石墨约占该粉末金属材料重量的0. 25-1. 50%。该混合石墨包括具有小于约200目(相当于约75微米或小于75微米的粒径)的美国标准筛目标号的微粒。这些微粒约占该混合石墨重量的大于90. 0%。剩余10. 0%的石墨具有小于约100目(相当于约125微米或者小于125微米的粒径)的美国标准筛目标号。如上所述，将该铁基粉末和碳铸成预合金，可使铁基粉末中的碳在烧结之前达到饱和，并且可以防止混合石墨和铁基粉末在烧结过程中铸成合金。因此，大量的混合石墨颗粒在该烧结的粉末金属构件中保持为游离石墨。在烧结之后，至少50%的混合石墨保持为游离石墨，且未与铁基粉末铸成合金。如果该预合金铁基粉末中的碳没有充分饱和，则在烧结过程中，可能有少量的混合石墨和铁粉末形成合金，并因此，烧结构件中游离石墨的含量可能略小于原始粉末金属材料中混合石墨的含量。在该烧结粉末金属构件中，游离石墨一般约占该烧结构件重量的
0.05-1. 50%o烧结构件中的游离石墨作为一种极好的固体润滑剂。该游离石墨还提供了极好的耐磨性、强度和硬度。由于至少有90%重量的混合石墨为200目或小于200，所以避免了现有技术中使用的粗石墨颗粒所造成的加工困难。该细石墨颗粒优于粗石墨颗粒的另外一点是该细石墨颗粒在高温下可以保持理想的机械性能。因此，包括粒径为200目或小于200的混合石墨的粉末金属材料特别适合高温、高磨损应用(例如汽车气门导管)。如上所述，该烧结构件具有约占烧结构件重量的I. 0-2. 0%的化合碳成分，该化合碳成分包括预合金铁基粉末中的碳和混合游离石墨。
在烧结之前，该粉末金属材料可以包括约占该粉末金属材料重量的0. 1-4. 0%的混合的二硫化钥，并在烧结之后，混合的二硫化钥占该粉末金属材料重量的小于4. 0%。通常，该混合的二硫化钥具有约325目的粒径。该混合的二硫化钥还起到固体润滑剂的作用，且游离石墨和混合的二硫化钥的组合在烧结构件中提供特别有效的固体润滑剂。混合大于约4. 0%重量的二硫化钥会在烧结过程中引起不良的增长并且导致该压缩的粉末金属混合物产生畸变。而混合小于约0. 1%重量的二硫化钥则可能不能有效地改进该烧结粉末金属构件的润滑性能。在烧结之前，该粉末金属材料包括约占该粉末金属材料重量的I. 0-5. 0%的混合的铜，并在烧结之后，混合的铜占该粉末金属材料重量的小于5. 0%。通常，该混合的铜具有约100目的粒径。在烧结过程中，使混合的铜与预合金铁基粉末铸成合金，以提供改进的强度和其它机械性能。混合大于约5. 0%重量的铜会导致脆化的显微结构，而混合小于约I. 0%重量的铜可能不能有效地改进机械性能。在烧结之前，该粉末金属材料还包括混合的有机蜡(例如乙撑双硬脂酰胺(EBS))，其约占该粉末金属材料重量的0. 25-1. 50%, 一般约占0. 75%的重量。在压缩过程中，该EBS蜡作为易变的压缩润滑剂并润滑压缩工具。然而，该EBS蜡在烧结过程中会大量损失，并难以在烧结构件中被检测到。原始粉末金属材料和烧结粉末金属构件均未由磷制备。由于预合金铁基粉末和混合石墨的效果，不需要像现有技术一样，使用磷来提高或者保持该烧结粉末金属构件中的游离石墨。因此，可以避免磷引起的加工困难、烧结构件畸变、及其它不良影响。通过采用ASTM B328方法进行测试，该烧结粉末金属构件包括约6. 40-7. 10g/cm3的密度。通过采用ASTM B328方法进行测试，该烧结构件一般包括约614MPa的横向断裂强度(TRS)，且通过采过用ASTM E528方法进行测试，根据硬度测量的洛氏硬度B (HRB)范围，该烧结构件包括约为79-83的硬度。然而，根据该合金、添加剂的含量和该烧结构件的密度，该烧结构件的TRS和硬度会发生变化，且可以大于或小于这些披露的数值。该烧结粉末金属构件用于典型的内燃机中。如图4所示，该内燃机一般包括气缸盖20，该气缸盖20由排气通道或进风通道22以及气门通道24构成，该气门通道24中设置有往复气门26。由该粉末金属材料制成的气门导管28设置在气门通道24中，并作为用于往复气门26的轴承。通常，气门26的阀杆30在气门导管28的孔32中以非常高的速度往复。另外，该气门导管28包括位于气门导管28顶部的阀杆密封34，用以限制发动机润滑油向下进入气门导管孔32中。由于该气门导管28邻近燃烧室36,由于往复气门26高速碰撞，以及由于阀杆密封34的边界润滑作用，因此，该气门导管28常处于高温下。该粉末金属材料可以在这样恶劣的环境下提供高强度、耐磨性和润滑性。该粉末金属材料还可以使用在其它处于恶劣环境下的发动机组件(例如阀座嵌环38)中。如上文提到的，该粉末金属材料的制备方法包括将预合金铁基粉末和混合石墨粉末制成粉末金属混合物。该粉末金属混合物可通过使铁基粉末中足量的碳预合金化来制备，以在烧结该粉末金属混合物之后保持至少约50%的混合石墨为游离石墨，其中碳通常约占该预合金铁基粉末重量的0. 25-1. 50%。该方法还包括将钥、镍、铬和锰中的至少一种与该铁基粉末铸成预合金。然后，该方法包括将石墨、铜和二硫化钥混合到该粉末金属混合物中。该方法还包括将有机蜡(例如乙撑双硬脂酰胺(EBS))混合到该粉末金属混合物中。
本方法包括搅拌粉末金属混合物，该粉末金属混合物包括含有碳的预合金铁基粉末、混合的石墨、混合的铜、混合的二硫化钥、混合的EBS蜡和可能存在的其它添加剂。一般情况下，在Y-锥形搅拌器和犁铧式搅拌器中进行搅拌，不过也可以采用其它搅拌器。通常搅拌30分钟，不过根据加工条件和混合物的成分，可以搅拌更长或更短的时间。接着，该方法包括压缩该粉末金属混合物并将该混合物压制成预定的密度。该压缩的粉末金属材料的密度约为6. 40-7. 10g/m3。然后，该方法包括在常规的网带炉中烧结该粉末金属混合物。通常在约1030-1150°C的温度下进行烧结。尽管可以在其它空气下进行烧结，但通常还是在约10%的氢和约90%的氮的空气下进行烧结，或者在游离氨的空气下进行烧结，。
具体实施例下文给出了作为本发明具体实施例的实例，展示了实现过程及其优点。这些实例只作为示例而不是为了对说明书或者权利要求书进行任何形式的限制。实例I在第一个实例中，一种由原始粉末金属材料制备的典型的烧结粉末金属构件包括I. 0%重量的石墨粉末，90. 0%重量的石墨粉末具有小于200目的粒径；I. 0%重量的二硫化钥；3.0%重量的铜；94. 25%重量的铁基粉末，该铁基粉末含有0. 94%重量的预合金碳；以及0. 75%重量的以乙撑双硬脂酰胺(EBS)为基体的有机蜡。在Y-锥形搅拌器中搅拌该粉末金属材料约30分钟。然后，压缩该粉末混合物并将其压制成具有约6. 70g/cm3的密度的标准TRS测试条。在高达1040°C的温度和10%氢、90%氮的空气下，使该测试条在常规的网带炉中烧结。该烧结粉末金属构件的横向断裂强度为614MPa，其平均硬度的HRB值为83。图I示出了该烧结粉末金属构件的显微结构。对比实例2在第二个实例中，将实例I的烧结粉末金属TRS测试条与根据美国专利号5，507，257制备的标准TRS测试条作比较，以展示实例I的烧结构件的机械性能的改进。仅仅是为了对比的目的示出了根据’257专利制备的测试条，其唯一目的是为了显示实例I的烧结构件所实现的改进。根据’ 257专利、由原始粉末金属材料制备的该烧结粉末金属构件包括I. 0%重量的细石墨粉末，100. 0%重量的细石墨粉末具有小于200目的粒径；I. 0重量的粗石墨粉末，100. 0%重量的粗石墨粉末具有约200-约30目的粒径；3.0%重量的铜；0.30%重量的磷；
0. 75%重量的以乙撑双硬脂酰胺(EBS)为基体的有机蜡；以及剩余量为标准铁元素粉末。仔细筛选出具有约200目-30目的粒径的粗石墨粉末。接着，在Y-锥形搅拌器中搅拌该原始粉末金属材料30分钟。然后，压缩该粉末混合物并将其压制成具有约6. IQg/cm3的密度的标准TRS测试条。在高达1040°C的温度和10%氢、90%氮的空气下，使该测试条在常规的网带炉中烧结。该烧结粉末金属构件的横向断裂强度为440MPa，其平均硬度的HRB值为75，因此可以看出，其机械性能明显低于实例I的烧结构件。图2示出了根据’257专利制备的烧结粉末金属材料的显微结构。对比实例3在第三实例中，将实例I的烧结粉末金属TRS测试条与根据美国专利号6，632，263制备的标准TRS测试条作比较，以进一步展示实例I的烧结构件的机械性能的改进。仅仅是为了对比的目的示出了根据’263专利制备的测试条，其唯一目的是为了显示实例I的烧结构件所实现的改进。根据’ 263专利、由原始粉末金属材料制备的烧结粉末金属构件包括I. 0%重量的细石墨粉末，100. 0%重量的细石墨粉末具有小于325目的粒径；I. 0%重量的粗石墨粉末，100. 0%重量的粗石墨粉末具有约325-约100目的粒径；3.0%重量的铜；I. 0%重量的二硫化钥；0. 75%重量的以乙撑双硬脂酰胺(EBS)为基体的有机蜡；以及剩余量为标准铁元素粉末。仔细筛选出具有约325目-约100目的粒径的粗石墨粉末。接着，在Y-锥形搅拌器中搅拌该粉末金属材料30分钟。然后，压缩该粉末混合物并将其压制成具有约6. 70g/cm3的密度的标准TRS测试条。接着，在高达1040°C的温度和10%氢、90%氮的空气下，使该测试条在常规的网带炉中烧结。与实例I的烧结构件大致相同，该烧结粉末金属构件的横向断裂强度为617MPa，但其平均硬度的HRB值为75，明显小于实例I的烧结构件。图3示出了根据’ 263专利制备的烧结材料的显微结构。实例4在第四个实例中，一种由原始粉末金属材料制备的典型的烧结粉末金属构件包括I. 0%重量的石墨粉末，90. 0%重量的石墨粉末具有小于200目的粒径；I. 0%重量的二硫化钥；
4.0%重量的铜；93. 25%重量的铁基粉末，该铁基粉末含有0. 94%重量的预合金碳；以及0. 75%重量的以乙撑双硬脂酰胺(EBS)为基体的有机蜡。在Y-锥形搅拌器中搅拌该粉末金属材料30分钟。然后，压缩该粉末混合物并将其压制成长空心圆柱体，该空心圆柱体的外径为15. 2mm、内径为4. 5mm、长度为55mm、密度为6. 65g/cm3，这些数值代表了典型的汽车气门导管的尺寸大小。然后，在高达1055°C的温度和10%氢、90%氮的空气下，使该构件在常规的网带炉中烧结。按照与实例I的小得多的TRS测试条相同的方式来烧结该长圆柱体构件。在烧结过程中，该圆柱体构件没有产生明显的畸变和尺寸变化。该烧结粉末金属构件具有HRB值为80的平均硬度。与实例I的TRS测试条相比，该烧结长圆柱体构件的硬度值较小，反映出该烧结圆柱体构件的密度较小。对比实例5 在第五个实例中，一种由原始粉末金属材料制备的典型的烧结粉末金属构件包括I. 0%重量的石墨粉末，90. 0%重量的石墨粉末具有小于200目的粒径；I. 0%重量的二硫化钥；4.0%重量的铜；93. 25%重量的铁基粉末，该铁基粉末含有I. 01%重量的预合金碳；以及0. 75%重量的以乙撑双硬脂酰胺(EBS)为基体的有机蜡。在Y-锥形搅拌器中搅拌该粉末金属材料30分钟。然后，压缩该粉末混合物并将其压制成长空心圆柱体，该空心圆柱体的外径为15. 2mm、内径为4. 5mm、长度为60mm、密度为6. 60g/cm3，这些数值代表了典型的汽车气门导管的尺寸大小。然后，在高达1055°C的温度和10%氢、90%氮的空气下，使该构件在常规的网带炉中烧结。按照与实例I的小得多的TRS测试条和实例4的圆柱体构件相同的方式来烧结该长圆柱体构件。在烧结过程中，该圆柱体构件没有产生明显的畸变和尺寸变化。该烧结粉末金属构件具有HRB值为77的平均硬度。与实例I和4的烧结构件相比，实例5的烧结构件的硬度值较小，反映出该构件的密度较小。在辉门气门导管平台设备(Federal-Mogul Valve Guide Bench Rig)的磨损测试机中测试实例5的烧结构件，并与现有的行业标准材料(PMF-II和PMF-10)作比较。该磨损测试在往复气门冲程运动的同时进行加热和侧面加载，以使期望的气门杆在该烧结长圆柱体构件的内直径(I. D.)中运行规定长的时间。在测试之后，测量该圆柱体构件的I. D.的磨损深度，并在图5中示出其结果。在测试之后，还要测量气门杆外径(O.D.)的磨损深度，并在图6中示出其结果。该测试结果显示出与行业标准材料(PMF-11和PMF-10)相比，实例5的粉末金属构件的磨损较小。对比实例6在2公升的、EB5燃料发动机中同样测试了该烧结粉末金属构件。根据实例5制备该烧结粉末金属构件，然后将其加工成具有约11_的0. D.、约5_的I. D.及约40_的长度的汽车气门导管。该气门导管安装在2公升发动机的气缸盖中，且该发动机运行长达300小时的总测试时间。通过比较测试前后的I. D.来确定每个气门导管的磨损情况。对比实例7
在第七个实例中，在同样的2公升发动机中比较实例6的气门导管的性能和现有的标准工业气门导管(PMF-II等级)的性能。将该标准气门导管的尺寸制造成与实例6的气门导管相同。实例6和7的气门导管都可以在2公升的发动机中运行。实例6的气门导管和实例7的标准工业气门导管没有明显的统计差别。显然，鉴于上述教导，本发明可以有多种修改和变形。因此，应该理解，在所附权利要求的范围内，本发明还可以通过除具体描述的方式以外的其它方式实施。这些列举的实例应该理解为覆盖任何能实现本发明创造的效果的实施例。另外，权利要求中的附图标记 只是为了方便说明而不能理解为任何形式的限制。
权利要求
1.一种粉末金属材料,其特征在于,包括 预合金铁基粉末； 约占所述粉末金属材料重量的0. 25-1. 50%的混合石墨；以及 所述预合金铁基粉末包括约占所述预合金铁基粉末重量的0. 25-1. 50%的碳。
2.如权利要求I所述的粉末金属材料，其特征在于，所述混合石墨包括具有小于约200目的美国标准筛目标号的颗粒，该颗粒约占所述混合石墨重量的大于90. 0%。
3.如权利要求I所述的粉末金属材料，其特征在于，所述预合金铁基粉末的碳约占所述预合金铁基粉末重量的小于I. 1%。
4.如权利要求I所述的粉末金属材料，其特征在于，所述预合金铁基粉末的碳约占所述预合金铁基粉末重量的大于0. 7%。
5.如权利要求I所述的粉末金属材料，其特征在于，该粉末金属材料不含磷。
6.如权利要求I所述的粉末金属材料，其特征在于，该粉末金属材料包括混合的二硫化钥，该混合的二硫化钥约占所述粉末金属材料重量的0. 1-4. 0%。
7.如权利要求I所述的粉末金属材料，其特征在于，该粉末金属材料包括混合的铜，该混合的铜约占所述粉末金属材料重量的I. 0-5. 0%。
8.如权利要求I所述的粉末金属材料，其特征在于，所述预合金铁基粉末包括特意添加的钥、镍、铬和锰中的至少一种，其每一种约占所述预合金铁基粉末重量的3. 0%。
9.如权利要求I所述的粉末金属材料，其特征在于，所述预合金铁基粉末包括珠状结构。
10.如权利要求I所述的粉末金属材料，其特征在于，该粉末金属材料包括特意添加的混合的有机蜡，该混合的有机蜡约占所述粉末金属材料重量的0. 25-1. 5%。
11.一种粉末金属材料，其特征在于，包括 预合金铁基粉末，其包括约占所述预合金铁基粉末重量的0. 25-1. 50%的碳； 约占所述粉末金属材料重量的0. 25-1. 50%的混合石墨,其中，所述混合石墨包括具有小于约200目的美国筛目标号的颗粒，该颗粒约占所述混合石墨重量的大于90. 0% ； 约占所述粉末金属材料重量的0. 1-4. 0%的混合的二硫化钥； 约占所述粉末金属材料重量的I. 0-5. 0%的混合的铜；以及 所述粉末金属材料不含磷。
12.—种烧结粉末金属构件，其特征在于，包括 预合金铁基粉末，其包括约占所述预合金铁基粉末重量的0. 25-1. 50%的碳；以及 约占所述烧结粉末金属材料重量的0. 05-1. 50%的混合的游离石墨。
13.如权利要求12所述的烧结粉末金属构件，其特征在于，所述混合石墨包括具有小于约200目的美国筛目标号的颗粒，该颗粒约占所述混合石墨重量的大于90.0%。
14.如权利要求12所述的烧结粉末金属构件，其特征在于，该烧结粉末金属构件包括特意添加的混合的二硫化钥，该混合的二硫化钥约占所述烧结粉末金属构件重量的小于4.0%。
15.如权利要求12所述的烧结粉末金属构件，其特征在于，该烧结粉末金属构件包括特意添加的混合的铜，该混合的铜约占所述烧结粉末金属构件重量的小于5. 0%。
16.如权利要求12所述的烧结粉末金属构件，其特征在于，所述预合金铁基粉末包括珠状结构。
17.如权利要求12所述的烧结粉末金属构件，其特征在于，该烧结粉末金属构件具有约 6. 40-7. 10g/cm3 的密度。
18.如权利要求12所述的烧结粉末金属构件，其特征在于，该烧结粉末金属构件不含磷。
19.如权利要求12所述的烧结粉末金属构件，其特征在于，该烧结粉末金属构件通过在1030-1150°C的温度下烧结所述粉末金属材料来制成。
20.如权利要求12所述的烧结粉末金属构件，其特征在于，所述构件包括气门导管。
21.如权利要求12所述的烧结粉末金属构件，其特征在于，该烧结粉末金属构件包括约占所述烧结构件重量的I. 0-2. 0%的化合碳成分，其中所述化合碳成分包括所述预合金铁基粉末中的碳和所述混合的游离石墨。
22.—种烧结粉末金属构件，其特征在于，该构件包括约占所述烧结构件重量的I. 0-2. 0%的化合碳成分，其中，所述化合碳成分包括所述预合金铁基粉末中的碳和所述混合的游离石墨。
23.一种烧结粉末金属构件，其特征在于，包括 含有碳的预合金铁基粉末； 约占所述烧结粉末金属材料重量的0. 05-1. 50%的混合的游离石墨；以及所述预合金铁基粉末含有足量的所述碳，以保持至少约50%的烧结之前的所述混合的石墨在烧结之后为游离石墨。
24.一种由粉末金属材料制成的烧结粉末金属构件，其特征在于，包括 预合金铁基粉末，其包括约占所述预合金铁基粉末重量的0. 25-1. 50%的碳；以及 约占所述粉末金属材料重量的0. 25-1. 50%的混合石墨。
25.一种制备粉末金属材料的方法，其特征在于，包括以下步骤 将预合金铁基粉末和混合石墨粉末制成粉末金属混合物；以及 将铁基粉末和足量的碳铸成预合金，以在烧结该粉末金属材料之后保持至少约50%的混合石墨为游离石墨。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，该方法包括将二硫化钥和铜混合到该粉末金属混合物中。
27.一种制备烧结粉末金属材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 将含有碳的预合金铁基粉末和混合石墨粉末制成粉末金属混合物；以及 在烧结该粉末金属材料之后保持至少约50%的混合石墨为游离石墨。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，该方法包括将该粉末金属混合物压制成约 6. 40-7. 10g/cm3 的密度。
29.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述保持包括压缩并烧结该粉末金属混合物。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，在约1030-1150°C的温度下进行所述烧结。
31.如权利要求29所述的方法，其特征在于，在氢和氮的空气下进行所述烧结。
32.如权利要求29所述的方法，其特征在于，在游离氨的空气下进行所述烧结。
全文摘要
本发明提供一种粉末金属材料，其包括预合金铁基粉末，该预合金铁基粉末包括占该预合金铁基粉末重量的0.25-1.50%的碳。该粉末金属材料中混合有占该粉末金属材料重量的0.25-1.50%的石墨。该混合的石墨包括小于200目(mesh)的颗粒，该颗粒占该混合石墨重量的大于90.0%。该粉末金属材料混合有占该粉末金属材料重量的0.1-4.0%的二硫化钼，该粉末金属材料混合有占该粉末金属材料重量的1.0-5.0%的铜，且该材料不含磷。然后，压缩并且在1030-1150℃的温度下烧结该粉末金属材料。在烧结原始金属材料之后，保持该原始金属材料的至少50%的混合石墨为游离石墨。
文档编号B22F1/00GK102655966SQ201080057255
公开日2012年9月5日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年10月15日
发明者小丹尼斯·博伊德·克里斯托弗森, 杰里米·雷蒙德·科思, 莱斯利·约翰·法新 申请人:费德罗-莫格尔公司