一种强化型铁基合金及其制备方法技术

一种强化型铁基合金及其制备方法，其特征是针对粉末冶金铁铜合金（ＦＴＧ７０Ｃｕ３－３５），加入的合金元素为铬（Ｃｒ），合金的加入方式为高碳铬－铁（Ｃｒ－Ｆｅ）合金粉。其制备过程为配料与混合、压制成坯、烧结成型。本发明专利技术强化型粉末冶金Ｆｅ基合金有效避免了混料过程中的成分分布不均匀，Ｃｒ元素的加入方式能有效克服烧结过程中Ｃｒ的氧化、烧损，促进Ｃｒ向Ｆｅ基体中的扩散，大大改善合金强化的效果。本发明专利技术工艺简单、易于实施。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于粉末冶金Fe基材料的制造方法，特别是涉及通过添加合金元素制造较高强度的粉末冶金Fe基合金的原料选择、成分设计及制备方法。
技术介绍
粉末冶金Fe基材料制品在汽车、机械、化工、电器电子等领域有广阔的应用前景。传统的粉末冶金Fe基材料制品存在着机械性能较低，可靠性较差的缺点，严重制约了粉末冶金工业的发展。目前，国内外粉末冶金Fe基材料的研制向合金化的方向发展，添加的合金元素正由Ni、Mo、Cu等与氧亲和力低的合金元素向Cr、Mn、V等与氧亲和力高的合金元素方向发展(Int.PowderMetallurgy，Vol.31，160～165，1995)。近年来，国内外研究开发的粉末冶金Fe基材料合金化的方法有多种。1986年，瑞典Hoganas公司推出了扩散合金化技术(Proc.Int.Powder Metall.Conf.and Exhibition，Dusseldorf，Germany，1986，1053～1056)。它是通过在还原气氛中将粉末混和料进行热处理，使Fe粉与合金元素粉末粘结，以实现部分预合金化。该方法有利于减少合金元素的偏析，而且还保持了纯Fe粉的高压缩性。此外，合金元素也可以以金属氧化物的形式添加到Fe粉中，将合金化与热处理过程中氧化物的还原结合在一起，从而达到合金元素在Fe基体中较好的分布，而且还原产生的合金元素也有更高的扩散活性。举例来说在Fe-1.5Cu-C基体中添加4％Ni、0.5％Mo，并在氢气气氛中于1120℃烧结30分钟。当合金元素以对应氧化的形式添加时材料的抗拉强度比以元素粉末添加时提高15％。Starmix技术是以添加一定的粘结剂为基础，金属合金元素和石墨粉末在混料过程中能够均匀而牢固地粘结到Fe粉颗粒上。Hoganas公司采用这种技术，最近研制成功的新型Fe基合金粉末Distaloy AG，经一次压制和烧结，在不用后续处理的情况下就可以达到高强度、高密度、高硬度、足够的延伸率和高尺寸精度等优良性能(Proc.Int.Powder Metall.Conf.and Exhibition，Dusseldorf，Germany，1986，416～424)。完全预合金化技术是对合金钢熔体进行雾化并在氢气气氛中进行退火等方法来进行生产的。使用这种技术可以得到成分完全均匀的合金。日本川崎钢铁公司采用这种方法生产的KIP4600ES完全预合金化钢粉(含1.0％Ni，0.5％Cu和0.2％Mo)，具有高的压缩性，经过复压复烧以及热处理可达到高的密度和强度(Metal Powder Report，43，326～327，1988)。扩散合金化与完全预合金化等技术尽管可以实现好的合金均匀化和合金强化的效果，但合金粉末的制备工艺复杂，成本较高。不大可能用于国内常用的粉末冶金Fe-Cu-C材料的合金化处理，难以在以Fe-Cu-C制品为主导产品的粉末冶金企业中推广应用。普通混和技术是粉末冶金工业中最重要的合金元素添加方法，同时也是最容易、最灵活的合金添加方法。它是将各种合金元素粉末(如石墨粉、Cu粉和Ni粉等)或母合金粉末(如磷铁粉、MCM和MVM粉等)的一种或几种同时与Fe粉混和，制成混和料。由于压制前必须把粉末与润滑剂混和起来，因此采用这种方法一般不需要任何额外工作。但这种方法也存在着一些缺点，由于合金元素粉与Fe的密度存在差异，因此，较难获得合金元素均匀分布的混合料。同时，对混合料进行后续处理也易造成偏析和沉积效应，可能导致各个零件化学成分的不均匀。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题避免上述现有技术中所存在的不足之处，提供，给出该材料的原料选择、成分设计，以及其制造工艺。针对国内典型的粉末冶金Fe基材料(FTG70Cu3-35)，在基本遵守现行工艺的基础上，选择适当的方式添加合金元素，Cr，以获得强化型铁基合金。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是针对粉末冶金铁铜合金FTG70Cu3-35，加入的合金元素为铬Cr，合金的加入方式为高碳铬-铁Cr-Fe合金粉。本专利技术中铁基合金成分为铜Cu 2-4wt.％、石墨0.8-1.2wt.％、硬脂酸锌0.3-0.7wt.％、铬Cr1-4wt.％、铁Fe余量。本专利技术强化型铁基合金的制备方法的特征是具有如下步骤a、配料与混合按比例配料，球磨机中混料；b、制坯单向压制成素坯；c、成型经气氛保护下的常压烧结工艺成型。本专利技术在FTG70Cu3-35合金的基础上采用独特的方式添加合金元素Cr，可以有效避免在Fe基合金的烧结过程对Cr元素的烧损，从而使Fe基合金的性能得到较大幅度的提高。本专利技术是在基本遵循现行的FTG70Cu3-35材料零部件制造工艺的基础上制造强化型粉末冶金Fe基合金零部件。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在1、本专利技术强化型粉末冶金Fe基合金有效避免了混料过程中的成分分布不均匀，其合金元素Cr是采用密度与Fe相近的Fe-Cr合金粉末(7.5g/cm3)加入。更重要的是，Cr元素的这种加入方式能有效克服烧结过程中Cr的氧化、烧损，促进Cr向Fe基体中的扩散，大大改善合金强化的效果。该合金粉末是可以由工业铬铁(含Cr量为69wt.％)粉碎而得的超细粉(8.05μm)，成本较低(约3万元/吨)。2、与传统的FTG70Cu3-35材料粉末冶金工艺相比，本专利技术强化型粉末冶金Fe基合金的制备在其混料工序以Fe-Cr合金粉末的形式加入合金元素Cr，其它工序及工艺参数可以不作改变，基本遵守现行的粉末冶金Fe-Cu-C合金的工艺过程。该技术的实施方便易行，操作人员不需特别培训，无需额外的设备投入，容易实现技术转化，容易被企业接受并推广应用。3、本专利技术强化型粉末冶金铁基合金在其制备过程中，当Fe基合金烧结温度升高(如从1150℃至1200℃)，合金元素Cr在Fe基合金基体中的分布更加均匀，强化效果更加特出，抗拉强度提高90％以上。因此，该材料有很高的强度调整的空间，可满足不同的使用要求。4、本专利技术强化型粉末冶金铁基合金，由于含铬Cr量适当，具有很高的热处理强化性能。烧结态的强化型粉末冶金Fe基合金经900℃保温20分钟淬火、180℃保温30分钟回火热处理后的强、硬度大幅度提高，热处理态强度可达800MPa。5、本专利技术强化型粉末冶金Fe基合金，当在合金基体中加入1-2wt.％SiC粉末时，在基本维持材料的强度不变的同时，大幅度提高材料的硬度和耐磨性。烧结态的含SiC的粉末冶金Fe基合金的耐磨性比不含SiC的纯合金高4-5倍，热处理态的含SiC的粉末冶金Fe基合金的耐磨性比不含SiC的纯合金高4-5倍，比烧结态的不含SiC的纯合金高近两个数量级。6、本专利技术强化型粉末冶金Fe基合金是在基本遵循企业现行的粉末冶金Fe-Cu-C制品工艺的基础上，通过合理选择合金元素(Cr)，合理的元素添加方式，实现Fe基合金强度的大幅度提高。该强化型粉末冶金Fe基合金的强硬度还可以通过提高烧结温度，采用淬、回火的热处理工艺大幅度提高。其耐磨性可以通过引入少量SiC粉末得到较大幅度的提高。该专利技术不仅有利于发掘粉末冶金Fe基材料的潜力，提高产品等级，延长使用寿命，拓宽应用领域，还有利于提高我国粉末冶金产业的技术水平和生产规模，有良好的推广应用前景。具体实施例方式实施例原料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强化型铁基合金，其特征在于：针对粉末冶金铁铜合金（ＦＴＧ７０Ｃｕ３－３５），加入的合金元素为铬（Ｃｒ），合金的加入方式为高碳铬－铁（Ｃｒ－Ｆｅ）合金粉；。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑治祥，汤文明，丁厚福，程继贵，刘君武，吕珺，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]