新型金属粉末及其用途
【专利摘要】本发明提供了一种材料，其可用于制造表现出高强度和高耐磨性、同时具有合理的延展性的部件。该材料与其它潜在的金属粉末解决方案相比还具有成本优势。本发明提供了一种铁基粉末组合物，其在昂贵的合金成分(例如掺合元素Ni和铜)的含量降低的情况下实现了所需微结构/性质和相关的耐滑动磨损性。
【专利说明】新型金属粉末及其用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及粉末冶金领域和可由金属粉末制成的部件。此类部件可作为发动机部件。
【背景技术】
[0002]在工业中，通过压实和烧结金属粉末组合物制造的金属产品的应用变得越来越广泛。生产具有各种形状和厚度的许多不同产品，并在希望降低成本的同时，质量要求不断提高。由于通过铁粉组合物的压制和烧结在高材料利用度下获得净形部件或只需极少机械加工就可达到最终形状的近净形部件，这种技术大大优于传统的金属部件成形技术，例如由棒料或锻件模制或机械加工。
[0003]US 2009/0162241描述了可用于制造齿轮的金属粉末。
[0004]对许多用途而言，需要最终产品的高耐磨性和硬度。这些性质通常难与另一合意的性质(即延展性)兼具，在工业中需要可获得表现出与由锻铁或铸铁制成的部件相同或类似的机械性质的易制部件。
[0005]还希望在保持上述有益性质的同时使成本保持尽可能低。
[0006]发明概述
[0007]本发明提供了一种材料，其可用于制造表现出高强度和高耐磨性、同时具有合理的延展性的部件。该材料与其它潜在的金属粉末解决方案相比还具有成本优势。
[0008]本发明提供了一种铁基粉末组合物，其在昂贵的合金成分(例如掺合元素Ni和铜)的含量降低的情况下实现了所需微结构/性质和相关的耐滑动磨损性。
[0009]组成成分表现出充足的淬硬性，以在常规炉中可达到的冷却速率下实现马氏体转变，由此利用现有的设备容量，并暂缓对专用炉的资本投资。通过使用本发明的粉末，还可以避免与借助油浴快淬和/或气压淬火相关的有时不利的尺寸变形。该材料表现出充足的可成形性，以实现净形烧结制品所需的高尺寸精确度。可以在没有补充的部件加热、工具加热、中间淬火的情况下进行成形，并由此避免温/热成形工艺的相关操作复杂性和成本。
[0010]发明详述
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1.屈服强度。
[0012]图2.拉伸强度。
[0013]图3.伸长。
[0014]图4.由80%粉末A和20%粉末B构成的材料获得的微结构。
[0015]图5.Principal IRG磨损过渡图,其描绘了滑动润滑接触的一般磨损表征。
[0016]图6.交叉圆柱体试验装置。
[0017]图7.交叉圆柱体接触的线性磨损h的计算。
[0018]本发明提供了粉末混合物，其由铁基粉末A和铁基粉末B以90:10至50:50的比率构成，其中粉末A含有1.5-2.3重量％或优选1.7-1.9重量％预合金化的0、0-0.35重量％预合金化的Mo和不可避免的杂质，余量是Fe ;粉末B含有2.4-3.6重量％或优选2.8-3.2重量％预合金化的Cr、0.30-0.70重量％或优选0.45-0.55重量％预合金化的Mo和不可避免的杂质，余量是Fe ;所述粉末混合物进一步含有0.4-0.9重量％碳、0.1-1.2重量％润滑剂，例如Lube E?、Kenolube? (可获自 HdganSs ab, Hoganas, Sweden)或衍生
自EBS类的腊，例如酰胺蜡，0.1-1.5重量％的量的固体润滑剂，例如CaF2、MgSi03、MnS、MoS2或WS2，和不可避免的杂质。所述固体润滑剂优选是MnS。
[0019]铁基粉末A和铁基粉末B之间的所述比率优选为80:20至60:40，或70:30至60:40。所述比率优选为65:35。
[0020]在另一实施方案中，本发明提供了制造烧结部件的方法，其包括下述步骤:
[0021]a)提供如上文规定的粉末混合物；
[0022]b)将所述混合物置于模具中；
[0023]c)在20°C至130°C的温度下对所述模具中的所述粉末施以300至1200、或400至800、或600至800MPa的压力，以形成生坯；
[0024]d)在1100至1300°C的温度下烧结所述生坯，以形成烧结体；
[0025]e)以高于0.5°C /秒的速率冷却所述烧结体，以形成烧结部件。 [0026]步骤c)优选在75 °C进行。
[0027]步骤d)和/或e)优选地在具有l(T17atm的氧分压的气氛下、例如在90% N2:10%H2气氛中进行。
[0028]本发明进一步提供了通过所述方法制成的烧结部件。此类烧结部件含有具有至少280或优选至少340的微硬度(mhv0.1)的细珠光体。所述烧结部件可以由以高耐磨性为特征的细珠光体基体构成，马氏体以总横截面积的20-60%分散在其中。所述马氏体表现出至少650或更高、例如850至950的微观Vickers硬度(mhv)，这主要取决于溶解的碳含量。
[0029]在一个实施方案中，该烧结部件是凸轮凸角。其它有益的用途是链轮、凸角、齿轮，例如油泵齿轮，或需要耐磨性、赫兹压力伸长与良好的机械性质的组合的任何其它结构部件。
实施例
[0030]实施例1
[0031]制备粉末混合物，其由铁基粉末A和铁基粉末B以根据表1的不同比率构成。向所有混合物中加入0.75重量％石墨UF4、0.6重量％润滑剂Lube E?和固体润滑剂0.50重量％ MnS0
[0032]表1
[0033]
【权利要求】
1.粉末混合物，其由铁基粉末A和铁基粉末B以90:10至50:50的比率构成，其中粉末A含有1. 5-2. 3重量％预合金化的Cr、0-0. 35重量％预合金化的Mo和不可避免的杂质，余量是Fe ;粉末B含有2. 4-3. 6重量％预合金化的Cr、0. 30-0. 70重量％预合金化的Mo和不可避免的杂质，余量是Fe ;所述粉末混合物进一步含有O. 4-0. 9重量％碳、0. 1-1. 2重量％润滑剂；0. 1-1. 5重量％的量的固体润滑剂和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1的粉末混合物，其中所述比率为80:20至60:40，或70:30至60:40，或所述比率为65:35。
3.根据权利要求1的粉末混合物，其中粉末A中的预合金化的Cr的含量为1.7-1. 9重量％。
4.根据权利要求1-3任一项的粉末混合物，其中粉末B中的预合金化的Cr的含量为.2.8-3. 2 重量％。
5.根据权利要求1-4任一项的粉末混合物，其中所述固体润滑剂是选自CaF2、MgSi03、MnS、MoS2和WS2的至少一种。
6.制造烧结部件的方法，其包括下述步骤： a)提供如权利要求1-2任一项中所述的粉末混合物； b)将所述混合物置于模具中； c)在20°C至130°C的温度下对所述模具中的所述粉末施以300至1200、400至800(600至800) MPa的压力以形成生还； d)在1100至1300°C的温度下烧结所述生坯以形成烧结体； e)以高于0.5°C /秒的速率冷却所述烧结体以形成烧结部件。
7.根据权利要求6的方法，其中步骤d)和/或e)在具有10_17atm的氧分压的气氛下进行。
8.烧结部件，其通过根据权利要求6或7的方法制成。
9.根据权利要求8的烧结部件，其为齿轮或凸轮凸角。
【文档编号】C22C38/22GK104039484SQ201380004881
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年1月3日 优先权日:2012年1月5日
【发明者】C·绍博, S·迪兹达尔, O·贝格曼 申请人:霍加纳斯股份有限公司