一种低温烧结钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低温烧结钢，其合金体系为Fe-Mn-Cu-Sn-Ce-C，原料以质量分数计包括电解锰粉1.1%～1.5%、Cu-Sn合金粉4%～6%、混合稀土粉0.3%～0.7%、胶体石墨粉0.4%～0.6%、余量铁粉。同时本发明专利技术还公开了低温烧结钢的制备工艺，包括以下步骤：Cu-Sn合金粉末的制备、配粉与混料、成形、低温烧结。与同等性价比的烧结结构钢及其制备方法相比，烧结温度降低80～100℃，且可作为减磨材料部分替代6-6-3烧结青铜制备滑动轴承，从而收获节能、省材、增效多重经济/社会效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于粉末冶金新材料制造关键
，特别涉及一种以电解锰、Cu-Sn合金粉、混合稀土为合金添加剂，既可用于制造粉末冶金结构零件制造，也可用于减磨零件制造的粉末冶金低温烧结钢及其制备方法。
技术介绍
粉末冶金是制取金属粉末或以金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金材料具有独特的化学组成和机械、物理性能，运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承/轴瓦等减磨件、齿轮/轮毂等结构件，是一种少无切削工艺，因而烧结钢及其零件的制造是粉末冶金技术的巨大贡献的重要组成部分。影响粉末冶金烧结材料与零件最终性能的主要因素为合金成分及成形与烧结工艺条件。为了降低互换性要求较高、结构要求紧凑、批量大的机械零部件的制造成本，铁基粉末冶金件成为机械工程师们的重要选项。一直以来，工程师们大多采用Fe-Cu-C或Fe-C系烧结材料制造减磨零件。此类烧结材料的原材料成本、模具制造费用与烧结温度(一般为1050?IlO(TC)都较低，但其强度等力学性能较差，一般不适合结构件的制造。由于烧结结构件的强度等力学性能要求较高，工程师们通常在Fe-Cu-C或Fe-C系烧结材料中添加Mo、Ni等元素，但金属Mo、Ni粉末价格昂贵，导致原材料成本直接攀升；另外，Fe-Mo-N1-C系烧结材料的烧结温度较高(一般为1150?1200°C)，从而使得铁基结构烧结合金的制造成本大幅上升。在既要确保烧结零件的力学性能又要能降低制造成本的市场需求驱动下，优化烧结合金钢体系与制备工艺已成为研宄热点，低温烧结结构钢合金体系、低成本原材料组合与低能耗制备工艺方案无疑已成为学者与企业家的共同努力方向。
技术实现思路
为解决上述现有技术中粉末冶金烧结钢材质与制备工艺存在的问题与缺陷，本专利技术提供了一种低温烧结钢，该烧结钢以电解锰粉、Cu-Sn合金粉、混合稀土为合金添加剂，原材料成本低、烧结温度低，既可用于制造粉末冶金结构零件制造，也可用于减磨零件制造。此外，还提供了一种低温烧结钢的制备方法。为实现以上技术目的，本专利技术采用的技术方案为:一种低温烧结钢，其特征在于，其合金体系为Fe-Mn-Cu-Sn-Ce-C，原料包括电解猛粉、Cu-Sn合金粉、混合稀土粉、胶体石墨粉、铁粉:以上各组分以质量分数计分别为电解锰粉1.1%?1.5%、Cu-Sn合金粉4%?6%、混合稀土粉0.3%?0.7%、胶体石墨粉0.4%?0.6%、余量铁粉。较佳实施情况下，所述电解锰粉，其纯度为99.9%、粒度为< 75um。较佳实施情况下，所述Cu-Sn合金粉，其Cu:Sn质量比为7:3，粒度为彡75um。较佳实施情况下，所述混合稀土粉为富铈混合稀土粉末，其粒度< 75um。所述的任意一种低温烧结钢，其是实质上不含有镍、钼的无N1-M0廉价烧结钢。一种低温烧结钢的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤: I )Cu-Sn合金粉末的制备:以电解紫铜板和高纯锡锭为原材料制备Cu-Sn合金粉末，使其Cu:Sn质量比7:3、粒度彡75um ； 2)配粉与混料:将电解锰粉、Cu-Sn合金粉、混合稀土粉、胶体石墨粉、铁粉分别按照质量分数为1.1%?1.5%、4.0%?6.0%、0.3%?0.7%、0.4%?0.6%、余量铁粉混合均匀后备用； 3)成形:取步骤2)获得的均质混合粉，使混合粉末按特定制品技术要求成形为规定形状与尺寸的压坯； 4)低温烧结:将步骤3)获得的压坯放入具有保护气氛的粉末冶金烧结炉中实施低温烧结，烧结温度为950?1050°C、保温时间30?45min。较佳实施情况下，所述步骤I)中采用高纯氮气喷雾法制备Cu-Sn合金粉末。较佳实施情况下，所述步骤3)成形工序为温压成形，具体操作为取步骤2)获得的均质混合粉，在按特定制品技术要求设计制造的刚性成形模中温压成形，获得温压压坯，主要工艺参数为混合粉预热温度130?150°C、成形模具温度130?180°C、成形压力300?600MPa、保压时间5?15s。较佳实施情况下，所述步骤4)低温烧结中保护气氛为氮基保护气氛，其具体制备方法为向氨燃烧发生器送入氨气与压缩空气的混合气体，经燃烧、冷冻脱水、吸附净化工序通过调节氨气与压缩空气的混合比获得露点为_35°C、含氢体积分数为3%?5%的氮基保护气氛。一种低温烧结滑动轴承，其特征在于，其利用上述任意一种方法制备得到。本专利技术的有益效果:本专利技术提供的一种低温烧结钢，该烧结钢以电解锰粉、Cu-Sn合金粉、混合稀土为合金添加剂，摒弃了价格昂贵的N1、Mo等合金元素，原材料成本低；烧结温度低，与同等性价比的烧结结构钢相比，烧结温度降低80?100°C，降低了燃料消耗、具有节能环保优点；既可用于制造粉末冶金结构零件制造，也可用于减磨零件制造，如作为减磨材料部分替代6-6-3烧结青铜制备滑动轴承，从而收获节能、省材、增效多重经济/社会效益。本专利技术提供的一种低温烧结钢的制备方法，该方法首先采用高纯氮气喷雾法制备得到Cu:Sn质量比的7:3的Cu-Sn合金粉末，以保证烧结钢的活化烧结与强化效果；其次引入富铈混合稀土作为合金添加剂，以收获脱氧保碳、变质夹杂物、细化合金晶粒，从而提升烧结合金综合性能；混料过程中均采用粉末冶金常规设备即可实现物料的均匀混合，无需添加价格昂贵的粘结剂、分散剂等添加剂，严格控制了工艺成本支出；并首先通过温压成形得到温压压坯，成形过程中严格控制工艺参数，得到的具有较高强度的压坯成分均匀且致密，然后在含有新生态的有限氢(仅有3%?5%)的氮基保护气氛下实施低温烧结，不仅烧结温度比常规烧结结构钢降低了 80?100°C，而且烧结操作过程无爆鸣、爆炸之忧，烧结坯无脱碳倾向、表面具有明显的金属光泽，从而使制品的强度、硬度、耐磨性等力学性能提高的同时实现了节能降耗，是一种可广泛推广使用的低温烧结钢的制备方法。【具体实施方式】为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本专利技术的【具体实施方式】做详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。一种低温烧结钢，其合金体系为Fe-Mn-Cu-Sn-Ce -C，原料包括电解锰粉、Cu-Sn合金粉、混合稀土粉、胶体石墨粉、铁粉:以上各组分以质量分数计分别为电解锰粉1.1%?1.5%、Cu-Sn合金粉4%?6%、混合稀土粉0.3%?0.7%、胶体石墨粉0.4%?0.6%、余量铁粉。优选的，所述电解锰粉，其纯度为99.9%、粒度为< 75um ;所述Cu-Sn合金粉，其Cu:Sn质量比为7:3，粒度为< 75um ;所述混合稀土粉为富钟混合稀土粉末，其粒度< 75um ;所述的低温烧结钢，其是实质上不含有镍、钼的无N1-Mo廉价烧结钢。该烧结钢以电解锰粉、Cu-Sn合金粉、混合稀土为合金添加剂，摒弃了价格昂贵的N1、Mo等合金元素，原材料成本低且力学性能优异；烧结温度低，与同等性价比的烧结结构钢相比，烧结温度降低80?10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温烧结钢，其特征在于，其合金体系为Fe‑Mn‑Cu‑Sn‑Ce ‑C，原料包括电解锰粉、Cu‑Sn合金粉、混合稀土粉、胶体石墨粉、铁粉：以上各组分以质量分数计分别为电解锰粉1.1%～1.5%、Cu‑Sn合金粉4%～6%、混合稀土粉 0.3%～0.7%、胶体石墨粉0.4%～0.6%、余量铁粉。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆定，张红，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43