Fe基烧结合金及其制备方法技术

技术编号:19495979 阅读:26 留言:0更新日期:2018-11-20 23:53
本发明专利技术涉及Fe基烧结合金及其制备方法。按质量百分比计,该Fe基烧结合金基本上由Mn:0.5‑2.0、Mo:0.3‑1.6、Cu:0.4‑1.5、C:0.4‑0.7和余量的Fe以及不可避免的杂质构成;并且具有由相对于除气孔外的基体材料占5‑70%的马氏体相和相对于除气孔外的基体材料占25‑90%的贝氏体相构成的金属结构。

【技术实现步骤摘要】
Fe基烧结合金及其制备方法本申请是申请日为2014年3月25日、申请号为201410165335.9、专利技术名称为“Fe基烧结合金及其制备方法”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请基于并要求2013年3月25日提交的在先日本专利申请No.2013-061996的优先权益;其全部内容在此以引用方式并入。
本专利技术涉及一种Fe基烧结合金及其制备方法,该烧结合金通过烧结将含有铁作为主成分的原料粉末在模具中压制和压实而获得的压坯来制得。特别是,本专利技术涉及一种在烧结后的烧结体状态下具有高机械强度和韧性的Fe基烧结体及其制备方法。
技术介绍
在粉末冶金工艺中,在模具中将原料粉末压制和压实,将由此获得的压坯烧结,由于可将目标部件成形为接近最终形状的状态,因此粉末冶金工艺的特征在于由于后机械加工中加工余量少使材料损失少,一旦形成所述的模具可生产大量相同形状的部件,以及可生产通过常规熔炼和铸造方法不能获得的特殊合金,因此在目标部件的形成中显现了性价比。以这种观点,粉末冶金工艺被广泛用于车辆部件。例如,用于车辆变速器的同步器齿毂需要具有高机械强度和韧性,这是因为由于与输入轴、输出轴、套筒(sleeve)和环(ring)相对滑动,同步器齿毂在弯曲应力和拉伸应力下驱动,同时当同步器齿毂与对应部件通过换挡操作啮合时其受到冲击。对于上述这种同步器齿毂,如专利文件No.1中所公开,可适用粉末冶金工艺。专利文件No.1中公开的烧结合金按质量百分比计由Ni:2-6、Cu:1-3、Mo:0.6-1.6、C:0.1-0.8和余量的Fe构成,且由部分扩散合金粉末、0.1-0.8质量%的石墨粉末和0.2-1质量%的钼的混合物的原料粉末制成,该部分扩散合金粉末按质量百分比计由Ni:2-6、Cu:1-3、Mo:0.4-0.6和余量的Fe构成。在专利文件No.1中公开的烧结合金中,镍有助于提高含有钼和铜的烧结合金基体材料的淬透性,以便形成例如马氏体和贝氏体的硬质相和形成富含镍的奥氏体相,从而同时具有机械强度和韧性。专利文件No.1:日本专利公开第2648519号
技术实现思路
然而,为了对应最近成本降低的趋势,要求降低烧结合金成本。相反地,这些例如镍的金属太昂贵,因此Fe基烧结合金的成本降低要求替换专利文件No.1公开的含有镍作为必要组分的烧结合金。以这种观点,本专利技术的目的是提供一种低成本的具有高机械强度和韧性的Fe基烧结合金以及该Fe基烧结合金的制备方法。为了解决上述问题,根据本专利技术的烧结合金的第一要点是使用钼和锰代替镍作为合金元素,以提高淬透性。根据本专利技术的烧结合金的第二要点是通过使该烧结合金的金属结构为马氏体和贝氏体的混合物的状态来同时具有高机械强度和韧性,马氏体在机械强度方面优异而在韧性方面差,贝氏体与马氏体相比在机械强度方面较差但在韧性方面优于马氏体。具体地,本专利技术的Fe基烧结合金的特征在于,总组成按质量百分比计由Mn:0.5-2.0、Mo:0.3-1.6、Cu:0.4-1.5、C:0.4-0.7和余量的Fe以及不可避免的杂质构成,并且具有由相对于除气孔外的烧结合金的基体材料占5-70%的马氏体相和相对于除气孔外的烧结合金的基体材料占25-90%的贝氏体相构成的金属结构。根据本专利技术的Fe基烧结合金的制备方法的要点是钼和锰以Fe-Mo合金粉末和Fe-Mn合金粉末的形式用作主原料粉末,且添加铜粉末或铜合金粉末和石墨粉末,以制备目标原料粉末。此处,词语“主原料粉末”与通常使用的主原料粉末的含义相同,指在所有粉末材料中以最大量使用的粉末材料。具体地,根据本专利技术的Fe基烧结合金的制备方法包括:原料粉末混合步骤,将基本上由Mo和余量的Fe以及不可避免的杂质构成的Fe-Mo合金粉末、基本上由Mn和余量的Fe以及不可避免的杂质构成的Fe-Mn合金粉末、选自由铜粉末、具有1120℃或更低的液相线温度的Cu-Mn合金粉末和具有1120℃或更低的液相线温度的Fe-Cu-Mn合金粉末构成的组中的至少一种、以及石墨粉进行混合,以调制原料粉末,按重量百分比计,该原料粉末基本上由Mn:0.5-2.0、Mo:0.3-1.6、Cu:0.4-1.5、C:0.4-0.7和余量的Fe以及不可避免的杂质构成;压实步骤,在模具中压制和压实原料粉末混合步骤中获得的原料粉末;以及烧结步骤,在非氧化性气氛下、在1120-1200℃的温度范围内烧结压实步骤中获得的压坯,以及然后以10-60℃/分钟范围内的平均冷却速度冷却由此获得的烧结体直到900-200℃的温度范围。本专利技术的Fe基烧结合金通过调整其金属结构同时具有高机械强度和韧性,且优选用于受到重复冲击的同步器齿毂等。根据Fe基烧结合金的制备方法,原料粉末不含昂贵的镍,并且通过不包括淬火过程的烧结工艺获得了上述金属结构,从而以低成本形成了Fe基烧结合金,并制得了上述的机械部件。具体实施方式在本专利技术的烧结合金中,使用钼和锰作为合金元素,以代替镍提高淬火性能。与镍相比,钼和锰很大地影响临界冷却速度,从而使得其少量的添加即能够提高烧结合金的铁基材料的淬火性能。这些合金元素形成相应特定的碳化物,从而抑制了晶粒的生长,并因此有助于提高铁基材料的机械强度。对于锰和钼,如果锰的含量设定在低于0.5质量%的范围内,且钼的含量设定在低于0.3质量%的范围内,淬火性能的提高效果变弱。另一方面,如果锰的含量设定在高于2.0质量%的范围内,且钼的含量设定在高于1.6质量%的范围内,则淬火性能提高太多,使得马氏体相的比例变得过多(这将在之后叙述),并由此使烧结合金的韧性变差。在本专利技术的烧结合金中,金属结构为马氏体相和贝氏体相形成的混合结构,其中马氏体相在机械强度方面优异而在韧性方面差,贝氏体相与马氏体相比在机械强度方面较差而在韧性方面优于马氏体。这样,当观察该烧结合金的横截面的金属结构时,相对于除气孔之外的基体材料的总面积的5-70%为马氏体相,相对于除气孔之外的基体材料的总面积的25-90%为贝氏体相。如果马氏体相的比例设定在低于5%的范围内,则该烧结合金的机械强度变差。另一方面,如果马氏体相的比例设定在高于70%的范围内,则该烧结合金的韧性变差。如果贝氏体相的比例设定在高于90%的范围内,则该烧结合金的机械强度变差。在本专利技术的烧结合金中,优选该烧结合金仅由马氏体相和贝氏体相的混合结构形成,但是只有当90%或更高的该混合相占据该烧结合金的总面积时,10%或更低的剩余相可为珠光体、索氏体、铁素体等的混合相。由于钼向铁基材料中的扩散速度非常低,以Fe-Mo合金粉末的形式作为主原料粉末添加钼。另一方面,由于锰很大地影响铁基材料的硬度,如果以锰被合金化的主原料粉末的形式添加锰,该原料粉末的可压缩性变差。因此,锰以Fe-Mn合金粉末的形式与Fe-Mo合金粉末一起添加。以Fe-Mn合金粉末形式添加的锰在烧结时扩散到作为主原料粉末的Fe-Mo合金粉末中,形成该烧结合金的铁基材料。然而,在Fe-Mn合金粉末被添加到Fe-Mo合金粉末中的情况下,锰的扩散速度变慢,使得需要过长的时间段来进行原料粉末的烧结。以这种观点,在本专利技术中,使用了铜,并以铜粉末或铜合金粉末的形式添加。在这种情况下,在原料粉末的烧结过程中产生铜液相,从而促进了烧结和锰向铁基材料中的扩散。另外本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.Fe基烧结合金,按质量百分比,基本上由Mn:0.5‑2.0、Mo:0.3‑1.6、Cu:0.4‑1.5、C:0.4‑0.7和余量的Fe以及不可避免的杂质构成;并且具有由相对于除气孔外的基体材料占5‑70%的马氏体相和相对于除气孔外的基体材料占25‑90%的贝氏体相形成的金属结构,其中相对于基体材料马氏体相和贝氏体相之和占90%或更多。

【技术特征摘要】
2013.03.25 JP 2013-0619961.Fe基烧结合金,按质量百分比,基本上由Mn:0.5-2.0、Mo:0.3-1.6、Cu:0.4-1.5、C:0.4-0.7和余量的Fe以及不可避免的杂质构成;并且具有由相对于除气孔外的基体材料占5-70%的马氏体相和相对于除气...

【专利技术属性】
技术研发人员:大守洋山西祐司
申请(专利权)人:日立化成株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

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