一种内生氧化物强化合金的粉末冶金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种内生氧化物强化合金的粉末冶金材料及其制备方法，利用粉锻工艺对氧化膜的破碎作用，直接制备氧化物强化的合金。将氧化物细化至并通过氧化膜破碎处的基体结合，将氧化产物转移至晶粒内部，分布均匀，且氧化膜与基体结合好，同时利用热加工进一步致密化合金材料，制备出的合金具有强度高、塑性好等优良性能。该方法不需要额外添加合金元素，成本低，可以同时对大批产品进行预氧化处理，不受传统真空热压烧结中载荷输出能力的限制，生产工艺简单、生产环境要求低，形成的氧化物与基体结合好，便于大规模生产。

A kind of powder metallurgy material with oxide strengthening alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种内生氧化物强化合金的粉末冶金材料及其制备方法
本专利技术属于粉末冶金材料领域，涉及一种内生氧化物强化合金的粉末冶金材料及其制备方法。
技术介绍
第二相强化是一种用来强化材料的主要方法，按照第二相的产生方式，可以分为外加第二相和内生第二相两种。一般地，由于外加第二相难以与基体实现良好的冶金结合且添加量受限，导致这种添加方式制备的粉末冶金材料复合材料产生的强化效果往往低于内生第二相，因此如何制备出细小和弥散分布的内生第二相强化合金具有很大的研究价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中现有粉末冶金材料中外加第二相与基体结合差、掺杂量受限以及在第二相尺寸细小时容易偏聚，导致复合材料性能差问题，提供一种内生氧化物强化合金的粉末冶金材料及其制备方法。粉末冶金材料锻造技术是一种结合了常规粉末冶金材料和高温锻造的技术，可以实现近终或最终成型，原材料利用率高，且粉末冶金材料锻造技术由于在锻造过程中粉末在载荷下的强流动可以有效破碎粉末表面的氧化物，所以不仅可以增强粉末的烧结性能，还能将不利的氧化产物转化为强化相，且与基体具有良好结合。因此，通过有意识地向合金材料中引入一定量的氧，通过粉锻破碎、致密化，可以制备出氧化物强化的合金材料。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种内生氧化物强化合金的粉末冶金材料制备方法，包括以下步骤：步骤1，将初始合金粉末置于冷压模具中冷压，形成预制件；步骤2，将步骤1得到的预制件在N2和O2气氛中进行无压预烧结，O2的体积分数为2-5％，对预烧结后的零部件进行热锻，然后除去表面氧化层并去除结构余量，得到粉锻件；步骤3，对步骤2得到的粉锻件进行轧制、锻造或者挤压，得到粉末冶金材料。步骤1中初始合金粉末粒度为20-100μm。步骤1中冷压压力为400-700MPa。步骤2中预烧结温度和热锻温度根据《MPIFStandard35-2012》标准(粉末冶金结构零件材料标准)确定，预烧结时间为20-480分钟。步骤2中通过喷丸除去表面氧化层，通过机加工精修去除结构余量。步骤3中根据《AsmHandbook》(材料工程手册)确定粉锻件的热加工温度。一种根据内生氧化物强化合金粉末冶金材料制备方法制备的粉末冶金材料，所述粉末冶金材料包括Fe40Mn40Co10Cr10。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术公开了一种内生氧化物强化合金的粉末冶金材料制备方法，通过在预烧结过程中引入一定量的氧在粉末表面形成氧化膜，利用粉锻工艺对氧化膜的破碎作用，直接制备氧化物强化的合金。该方法不需要额外添加合金元素，直接利用合金粉末本身并借助预烧结时炉内残留的空气进行氧化，成本低，且预烧结真空条件降低，工艺简单，可以同时预氧化大批试件，效率高；本专利技术充分利用粉锻对粉末表面氧化膜的破碎作用，将氧化物细化至并通过氧化膜破碎处的基体结合，将氧化产物转移至晶粒内部，分布均匀，且氧化膜与基体结合好，同时利用热加工进一步致密化合金材料，制备出的合金具有强度高、塑性好等优良性能。本专利技术公开了一种内生氧化物强化合金粉末冶金材料制备方法制备的粉末冶金材料，通过电子金相照片可以看出，常规真空热压烧结后的样品内不存在氧化物，但是经过预氧化处理后的合金在晶粒内部和晶界上存在大量的氧化产物，经过热轧后，氧化产物进一步细化并均匀分布。通过本专利技术所述的制备方法制备的粉末冶金材料，在晶粒内部产生了大量的氧化物，分布均匀，尺寸细小，这是该工艺处理下合金具有优异性能的原因，该粉末冶金材料较常规工艺下制备得到的具有更高的强度，更好的塑性，同时，受益于氧化物良好的热稳定性，高温下合金的组织及性能将更加稳定。附图说明图1为本专利技术对比例1、对比例2和实施例1对应的常规真空热压烧结+热轧、预氧化处理+粉锻和预氧化+粉锻+热轧制备工艺得到合金的拉伸曲线图；图2为本专利技术对比例1、对比例2和实施例1对应的不同制备工艺得到合金的电子金相扫描照片，(a)常规真空热压烧结+热轧制备工艺，(b)预氧化+粉锻制备工艺，(c)预氧化+粉锻+热轧制备工艺；图3为本专利技术的实施例1中对应的预氧化+粉锻+热轧制备工艺得到合金的透射照片。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：一种内生氧化物强化合金的粉末冶金材料制备方法，包括以下步骤：1)自制或者购置粒度在20-100μm间的初始合金粉末；2)对步骤1)的合金粉末在冷压模具内进行冷压，压力在400-700MPa，形成预制件；3)将步骤(2)得到的预制件置于烧结炉中，在N2+(2-5vol.％)O2气氛中进行无压预烧结，根据《MPIFStandard35-2012》标准确定合适的预烧结温度和锻造温度，在真空条件下烧结20-480分钟，然后将预烧结后的零部件放入热锻模具腔内热锻温度下进行热锻，锻造后喷丸除去表面氧化层并机加工精修去除结构余量，得到粉锻件；4)根据《AsmHandbook》确定的合金热加工温度对粉锻件进行轧制、锻造或者挤压，得到粉末冶金材料。下列列举本专利技术的几个具体实施例：实施例1本实施例1提供了一种Fe40Mn40Co10Cr10粉末冶金材料，自制Fe40Mn40Co10Cr10合金粉末，其粒度为40μm；将上述合金粉末置于冷压模具内进行冷压，压力在700MPa，形成预制件；将得到的预制件置于烧结炉中，在N2+2vol.％O2气氛中进行无压预烧结，即在真空条件下于1150℃烧结240分钟并预氧化，然后将预烧结后的零部件放入热锻模具腔内在1100℃下进行热锻，锻造后喷丸除去表面氧化层并机加工精修去除结构余量，得到粉锻件；在1000℃下对粉锻件进行热轧，得到Fe40Mn40Co10Cr10粉末冶金材料。实施例2本实施例2提供了一种Fe40Mn40Co10Cr10粉末冶金材料，购置Fe40Mn40Co10Cr10合金粉末，其粒度为100μm；将上述合金粉末置于冷压模具内进行冷压，压力在400MPa，形成预制件；将得到的预制件置于烧结炉中，在N2+5vol.％O2气氛中进行无压预烧结，即在真空条件下于1150℃烧结20分钟并预氧化，然后将预烧结后的零部件放入热锻模具腔内在1100℃下进行热锻，锻造后喷丸除去表面氧化层并机加工精修去除结构余量，得到粉锻件；在1000℃下对粉锻件进行锻造，得到Fe40Mn40Co10Cr10粉末冶金材料。实施例3本实施例3提供了一种Fe40Mn40Co10Cr10粉末冶金材料，购置Fe40Mn40Co10Cr10合金粉末，其粒度为20μm；将上述合金粉末置于冷压模具内进行冷压，压力在600MPa，形成预制件；将得到的预制件置于烧结炉中，在N2+3vol.％O2气氛中进行无压预烧结，即在真空条件下于1150℃烧结480分钟并预氧化，然后将预烧结后的零部件放入热锻模具腔内在1100℃下进行热锻，锻造后喷丸除去表面氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内生氧化物强化合金的粉末冶金材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，将初始合金粉末置于冷压模具中冷压，形成预制件；/n步骤2，将步骤1得到的预制件在N

【技术特征摘要】
1.一种内生氧化物强化合金的粉末冶金材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将初始合金粉末置于冷压模具中冷压，形成预制件；
步骤2，将步骤1得到的预制件在N2和O2气氛中进行无压预烧结，O2的体积分数为2-5％，对预烧结后的零部件进行热锻，然后除去表面氧化层并去除结构余量，得到粉锻件；
步骤3，对步骤2得到的粉锻件进行轧制、锻造或者挤压，得到粉末冶金材料。


2.如权利要求1所述的内生氧化物强化合金的粉末冶金材料制备方法，其特征在于，步骤1中初始合金粉末粒度为20-100μm。


3.如权利要求1所述的内生氧化物强化合金的粉末冶金材料制备方法，其特征在于，步骤1中冷压压力为400-700...

【专利技术属性】
技术研发人员：江峰，曹庭辉，吴亚科，王邃，孙军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61