铁基烧结合金及其制造方法与流程

本发明涉及铁基烧结合金及其制造方法，所述铁基烧结合金用于滑动部件如用于树脂挤出机的造粒机的模头材料和切割器刀片材料。
背景技术：
：由于用于树脂挤出机的造粒机的切割器刀片等在腐蚀性环境下被严重磨损，因此需要优异的耐腐蚀性和耐磨性。另外，用于树脂挤出机的切割器刀片等的工具材料期望不仅具有优异的耐腐蚀性和耐磨性，而且还具有将材料加工成切割器刀片等的机械加工性。对于这样的要求，例如，专利文献1提出了一种高耐腐蚀性的碳化物分散的材料，其中ti和mo的碳化物被分散在基质中，并且该碳化物分散的材料以重量比计含有碳化物形式的ti：18.3％至24％，mo：2.8％至6.6％，c：4.7％至7％，并且含有作为基质的cr：7.5％至10％，ni：4.5％至6.5％，co：1.5％至4.5％，以及al、ti和nb中的一种或多种：0.6％至1％，余量为fe和不可避免的杂质。将该高耐腐蚀性的碳化物分散的材料用作工具钢，例如用于树脂挤出机的切割器刀片，其是可机械加工的，并且具有优异的耐磨性和耐腐蚀性。而且，其组成中的mo以碳化物或化合物如mo2c的形式添加，由此与ti之间形成固溶碳化物，从而改善tic与基质之间的润湿性，并且据认为cr具有改善耐腐蚀性的效果，ni具有改善韧性的效果，并且co具有改善横向断裂强度的效果。专利文献2提出了一种烧结钢，其中含有tic的硬质粒子以20质量％至40质量％的量分散在含有fe或fe合金作为主要成分的基质中，其中含有tic的硬质粒子必须存在于在对该钢表面拍照而得到的400倍放大倍率的光学显微镜照片中具有20mm的长度的任意线段上，并且所述基质以质量％计含有ni：3％至20％，co：2％至40％，mo：2％至15％，al：0.2％至2.0％，ti：0.2％至3.0％，cu：0.2％至5.0％以及另外的cr：3％至20％。据认为该烧结钢由于硬质粒子均匀地分散在其中而具有优异的耐磨性。专利文献3提出了一种机械加工性、耐腐蚀性和耐磨性优异的不锈钢合金，其基于马氏体系不锈钢(aisi420,440c)。也就是说，提出了一种不锈钢合金组合物，其包含：在包含选自由铁素体和马氏体构成的组中的至少一者的基质中的圆形碳化物，所述圆形碳化物具有小于5微米的粒度，包含第一量的含铌碳化物和第二量的铬碳化物，并且基本上不存在大的不规则形状的碳化物；以及在基质中的游离铬。在所述组合物中，碳化物含有含铌碳化物和铬碳化物两者，并且这些成分的总量为4重量％至约25重量％。专利文献4提出了一种耐磨烧结合金，其以重量比计包含mo：5.26％至28.47％，co：1.15％至19.2％，cr：0.25％至6.6％，si：0.05％至2.0％，v：0.03％至0.9％，w：0.2％至2.4％，和c：0.43％至1.56％，余量为fe和不可避免的杂质；其中在由贝氏体相或贝氏体和马氏体的混合相构成的基质结构中，主要由钼硅化物构成的析出物一体化地析出在co基合金基质中而形成的co基硬质相以5％至40％的量分散、并且粒状的铬碳化物、钼碳化物、钒碳化物和钨碳化物析出在fe基合金基质中而形成的fe基硬质相以5％至30％的量分散。由于该耐磨烧结合金具有硬质相仅分散在贝氏体单相或贝氏体和马氏体的混合相的基质中的结构，因此据认为该合金具有优异的耐磨性。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平11-92870号公报专利文献2：日本特开2000-273503号公报专利文献3：日本特表2013-541633号公报专利文献4：日本特开2005-154796号公报技术实现要素：技术问题在专利文献1中记载的高耐腐蚀性碳化物分散的材料中，记载了硬度、横向断裂强度和腐蚀试验的数据，但没有记载磨损试验的数据。另一方面，在专利文献2中记载的烧结钢中，在磨损试验的数据中没有记载配对材料的摩擦损失。此外，在专利文献3中记载的不锈钢合金或专利文献4中记载的耐磨烧结合金中，分散在基质中的硬质粒子不含钛碳化物。通常，铁基合金中的主要硬质粒子的成分是钛碳化物的例子并不多，特别是材料品质相同的磨损试验的例子很少。另一方面，已经使用各种材料作为用于树脂挤出机的树脂材料，并且其应用范围已经扩展。因此，用于造粒机的切割器刀片等的工具材料需要更高的耐腐蚀性、耐磨性、机械加工性或机械强度。鉴于这些常规问题，本发明的一个目的在于提供含有分散在其中的硬质粒子的铁基烧结合金，其使用具有优异耐磨性和小摩擦系数的钛碳化物作为主要硬质粒子而在机械加工性、耐腐蚀性和耐磨性方面优异，并且特别用于滑动部件如用于造粒机的模头材料和切割器刀片材料并且能够防止配对材料的磨损；以及制造所述铁基烧结合金的方法。解决技术问题的技术方案本发明人已经发现，在用于例如造粒机的模头材料和切割器刀片材料的滑动部件的铁基烧结合金中，分散在其中的硬质粒子主要是钛碳化物，优选其基质具有奥氏体和马氏体的两相结构。此外，他们已经获得这样的发现：这样的铁基烧结合金的基质的组成是属于舍弗勒(schaeffler)组织图中的奥氏体+马氏体(a+m)区域的组成。由此，他们完成了本发明。本发明的铁基烧结合金的制造方法包括将钛碳化物粉末、cr粉末、mo粉末、ni粉末、co粉末以及al、ti和nb中的任一种的粉末混合，并且对它们的所得混合粉末进行冷等静压成型、真空烧结和固溶处理以制造铁基烧结合金，所述混合粉末以质量％计含有钛碳化物：20％至35％、cr：3.0％至12.0％、mo：3.0％至8.0％、ni：8.0％至23％、co：0.6％至4.5％、以及al、ti或nb中的任一种：0.6％至1.0％，在所述铁基烧结合金中，基于钛碳化物粉末的硬质粒子以岛状分散在具有奥氏体和马氏体的两相结构的基质中。在上述发明中，所述铁基烧结合金可以用作诸如模头和切割器刀片的滑动部件。在本发明的铁基烧结合金中，包含钛碳化物、钼碳化物、和/或、钛和钼的复合碳化物的硬质粒子以岛状分散在包含奥氏体和马氏体的两相结构的基质中。在本发明的铁基烧结合金中，基质的组成优选是在舍弗勒组织图中形成奥氏体和马氏体区域的组成。在本发明的铁基烧结合金中，硬质粒子的最大圆当量直径优选为30μm以下。有益效果根据本发明，可以制造如下的铁基烧结合金，其中主要的硬质粒子的成分是钛碳化物并且所述铁基烧结合金用于滑动部件且具有优异的机械加工性、耐磨性和耐腐蚀性。附图说明图1是舍弗勒(schaeffler)的组织图。图2是显示本发明的铁基烧结合金的结构的扫描电子显微镜(sem)照片。图3是在蚀刻本发明的铁基烧结合金之后的照片。图4是放大了图3的一部分的示意图。图5是显示本发明的铁基烧结合金的进行了荧光x射线分析的硬质粒子部分和基质部分的sem照片。图6是显示图5中所示的各部分的通过edx得到的分析结果的图。具体实施方式下文将描述实施本发明的方式。本发明的铁基烧结合金的制造方法是如下的制造铁基烧结合金的方法，所述方法包括：将钛碳化物粉末、cr粉末、mo粉末、ni粉末、co粉末以及al、ti和nb中的任一种的粉末混合；和对所得混合粉末进行冷等静压成型、真空烧结和固溶处理以制造铁基烧结合金，所述混合粉末以质量％计含有钛碳化物：20％至35％、cr：3.0％至12.0％、mo：3.0％至8.0％、ni：8.0％至23％、co：0.6％至4.5％、以及al、ti或nb中的任一种：0.6％至1.0％，在所述铁基烧结合金中，基于钛碳化物粉末的硬质粒子以岛状分散在具有奥氏体和马氏体的两相结构的基质中。本发明的铁基烧结合金的制造方法适合用作滑动部件、特别是诸如由相同材料加工的用于树脂挤出机的造粒机的模头和切割器刀片的部件。在本发明的铁基烧结合金的制造方法中，使用用于形成基质的cr粉末、mo粉末、ni粉末、co粉末以及al、ti和nb中的任一种的粉末以及用于形成分散在基质中的岛的钛碳化物粉末，并将它们混合以制备混合粉末。关于混合粉末的组成，钛碳化物(tic)的质量比为20％至35％，并且对于cr等，以使得cr当量和ni当量属于舍弗勒组织图中的奥氏体+马氏体(a+m)区域的方式确定其质量比。也就是说，该区域是图1中所示的舍弗勒组织图的(a+m)区域。如图1中所示，cr当量由cr、mo、si和nb的质量比确定，并且ni当量由ni、c和mn的质量比确定。对于冷等静压成型、真空烧结和固溶处理，可以使用已知的方法。根据本发明的铁基烧结合金的制造方法，可以制造如下的铁基烧结合金，其中包含钛碳化物、钼碳化物、和/或、钛和钼的复合碳化物的硬质粒子以岛状分散在包含奥氏体+马氏体的两相结构的基质中。图2至图6显示本发明的铁基烧结合金的实例。图2是显示本发明的铁基烧结合金的结构的扫描电子显微镜(sem)照片，并且观察到黑色细小硬质粒子以岛状分散。该硬质粒子具有10μm以下的尺寸，并且基于用作上述铁基烧结合金的原料的粒径为约1μm的细小钛碳化物粉末的聚集体、或者该聚集体的崩解物。根据本发明的铁基烧结合金，可以制造硬质粒子的面积比为30％至40％的铁基烧结合金和硬质粒子的最大圆当量直径为20μm至30μm的铁基烧结合金。在此，最大圆当量直径是指投影面积圆当量直径中的尺寸最大的直径。图3显示在蚀刻本发明的铁基烧结合金之后的结构。在基质中，进行了蚀刻的黑暗部分是马氏体相，并且白色部分是奥氏体相。图4是放大了图3的一部分的示意图，并且阴影部分是马氏体相且白色部分是奥氏体相。观察到马氏体相与奥氏体相的比例大致相同。尽管如上所述，以岛状分散的硬质粒子基于钛碳化物粉末的聚集体或该聚集体的崩解物，但是对该硬质粒子和基质进行成分分析的结果示于图5和图6中。图5是显示本发明的铁基烧结合金的硬质粒子部分(分析部分a)和基质部分(分析部分b)的sem照片。图6显示通过sem上配备的能量色散型荧光x射线光谱仪(edx)分析得到的分析部分a的光谱(图6(a))和分析部分b的光谱(图6(b))，且横轴显示单位为“kev”的值。根据图6(a)，从硬质粒子部分检测到ti、mo和c。应理解为，mo扩散到形成硬质粒子的核的tic中，形成钼碳化物和/或钛和钼的复合碳化物。顺便提及，fe存在于硬质粒子部分中，但细节需要进一步进行分析。根据图6(b)，fe、cr、ni、mo、co和ti存在于基质部分中。表1显示基质部分(分析部分b)的成分的定量分析的结果。表1还记载了用于制备本发明的铁基烧结合金的样品的原料粉末的质量比。表1中所示的原料粉末的质量比显示当将排除原料粉末中的tic粉末之外的表1中所示的原料粉末的总和视为100％时的质量比。此外，表1记载了由表1中记载的数据确定的舍弗勒组织图中的cr当量和ni当量。当舍弗勒组织图中的分析部分b和原料粉末的位置由cr当量和ni当量确定时，如图1所示，它们属于奥氏体+马氏体(a+m)区域。表1根据表1，在成分mo和ti中，分析部分b和原料粉末之间的质量比的差异是显著的。应理解，mo扩散到以岛状散布的硬质粒子(tic)中，形成钼碳化物和/或钛和钼的复合碳化物。另一方面，应当理解，tic的一部分固溶在基质中。实施例1制造本发明的铁基烧结合金并制造各试样。然后，进行洛氏c级硬度的测量、3点弯曲横向断裂试验、浸水腐蚀试验和销盘型摩擦磨损试验。在浸水腐蚀试验中，将各试样浸入在室温下的水中14天并测量腐蚀损失。关于销盘型摩擦磨损试验，使用在销侧具有8mm的外径和10mm的高度的发明例或比较例的销和在盘侧具有60mm的外径和5mm的厚度的包含市售碳化物粒子分散的材料(55.4hrc)的圆盘，在室温下的水中在12.7kgf/cm2的接触面压力下以4.2m/秒的圆周速度进行，并且试验时间是1小时。顺便提及，上述比较例是基于根据专利文献1中记载的实施例制造的铁基烧结合金的实例。3点弯曲横向断裂试验基于jisr1601。将表2中所示的粉末的配混粉末在球磨机中混合，将所得混合粉末填充到具有φ100×50的空间的橡胶模中并密封橡胶模。之后，通过cip方法模制出成形体。将所得成形体在真空下在1400℃下加热5小时，从而进行真空烧结。然后，在进行固溶处理后，进行老化处理。表3显示比较例的配混粉末的组成。在表3中，tic和mo2c的括号中的数字表示各构成元素的质量％。表2ticnicrmocotialfe发明例27.010.14.05.02.90.55-余量表3tic(ti,c)mo2c(mo,c)nicrcoalfe比较例25(20,5)5(4.7,0.3)5.89.03.00.7余量表4显示试验结果。与比较例相比，本发明的铁基烧结合金(发明例)具有略低的硬度和更高的横向断裂强度。在腐蚀试验的结果中，没有观察到差异，并且发明例与比较例相同。在摩擦磨损试验的结果中，发明例的磨损量是比较例的六分之一(1/6)，并且发明例中的配对盘的磨损量也是比较例中的一半(1/2)。也就是说，本发明的铁基烧结合金的耐磨性比比较例更优异，并且还可以防止配对物的磨损。表4虽然已经参考具体实施方式详细描述了本发明，但是对本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的主旨和范围的情况下，可以在其中进行各种改变和修改。本申请基于2016年5月19日提交的日本专利申请2016-100817，并且将其内容以引用的方式并入本文中。当前第1页12