用于压制烧结和增材制造的冶金组合物制造技术

本公开提供了包含铁和成合金元素的铁基冶金组合物，所述成合金元素是基于组合物的重量为约(0.01)至约(0.65)重量％的碳；基于组合物的重量为约(1)至约(2.0)重量％的钼；基于组合物的重量为约(0.25)至约(2.0)重量％的锰；基于组合物的重量为约(0.25)至约(2.0)重量％的硅；和基于组合物的重量为约(0.05)至约(0.6)重量％的钒。在一些实施方式中，该铁基冶金组合物是粉末冶金组合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于压制烧结和增材制造的冶金组合物相关申请交叉引用本申请根据美国专利法第119条(e)要求于2019年3月14日提交的美国临时专利申请号62/818,193的权益，所述临时专利申请的内容通过引用整体并入本文。
本公开涉及铁基冶金组合物及其制备和使用方法，特别是涉及可用于压制烧结应用和增材制造方法的铁基粉末组合物。
技术介绍
铁基粒子长期以来一直被用作用于压实金属部件中和制备压实金属部件的基材，最近用于增材制造(AM)。所需要的是在增材制造和/或传统的压制烧结应用中均可使用以提供高强度、高延展性金属的铁基组合物。
技术实现思路
本公开提供了包含铁和成合金元素的铁基冶金组合物，所述成合金元素是基于组合物的重量为约0.01至约0.65重量％的碳；基于组合物的重量为约1至约2.0重量％的钼；基于组合物的重量为约0.25至约2.0重量％的锰；基于组合物的重量为约0.25至约2.0重量％的硅；和基于组合物的重量为约0.05至约0.6重量％的钒。在优选的实施方式中，所述铁基冶金组合物是粉末冶金组合物。在更优选的实施方式中，所述铁基粉末冶金组合物，作为成合金元素，包含基于组合物的重量为约0.05至约0.54重量％的碳；基于组合物的重量为约1.26至约1.4重量％的钼；基于组合物的重量为约0.93至约1.25重量％的锰；基于组合物的重量为约0.93至约1.15重量％的硅；和基于组合物的重量为约0.12至约0.2重量％的钒。本公开还提供了由本文所述的铁基冶金粉末组合物制成的压制烧结金属部件。本公开还提供了使用本文所述的铁基冶金粉末组合物通过增材制造制成的金属部件。本公开还提供了由诸如上文所述的冶金粉末组合物、优选由其中所述冶金粉末组合物包含与一种或多种上述成合金元素扩散粘结的铁粒子的组合物来增材制造金属部件的方法。本公开还提供了由冶金粉末组合物来增材制造金属部件的方法，其中所述冶金粉末组合物包含铁和成合金元素，所述成合金元素是基于组合物的重量为约0.01至约0.65重量％的碳；基于组合物的重量为约1至约1.6重量％的钼；基于组合物的重量为约0.75至约1.5重量％的锰；基于组合物的重量为约0.75至约1.5重量％的硅；和基于组合物的重量为约0.05至约0.3重量％的钒；其中存在于所述组合物中的至少一部分钼与铁以铁/钼粒子的形式预合金化。优选地，该粉末组合物是所述成合金元素的粒子与之扩散粘结的铁/钼粒子形式。本专利技术的其它方面和实施方式将从以下本专利技术的详细描述中显而易见。附图说明当结合附图阅读时，将进一步理解本申请。为了说明本专利技术主题的目的，在附图中显示了本专利技术主题的示例性实施方式；然而，当前公开的主题不限于所公开的具体的组成、方法、装置和系统。另外，附图不一定按比例绘制。图1是实施例1的合金的图像，显示出精细的微观结构。图2是20MnCr5合金的图像，显示出比实施例1的合金更粗糙的结构。具体实施方式在本公开中，除非上下文另有明确指示，不带数量指示的单数形式包括复数指称物，并且对特定数值的引用至少包括该特定值。因此，例如，对“材料”的指称是对本领域技术人员已知的此类材料及其等同物中的至少一种的指称，以此类推。当将某个值通过使用描述符“约”表示为近似值时，应理解的是，该特定值形成另一个实施方式。通常，使用术语“约”表明近似值，该近似值可以根据试图通过所公开的主题获得的期望性质而变化，并且应在使用它的特定情形中基于其功能进行解读。在存在的情况下，所有范围都是闭合的和可组合的。亦即，对以范围陈述的值的引用包括该范围内的所有值。应领会，本文中为清楚起见在分开的实施方式的情形下描述的本专利技术的某些特征也可作为组合提供在单个实施方式中。也就是说，除非明显不相容或排斥，否则每个单独的实施方式都被认为可与任何其它实施方式组合，并且这样的组合被认为是另一个实施方式。相反，为简洁起见在单个实施方式的情形下描述的本专利技术的各种特征也可分开或以任何子组合提供。还应注意，权利要求可被起草成排除任何任选的元素。如此，该陈述旨在作为结合权利要求元素的叙述使用诸如“唯一”、“仅有”等排他性术语或使用“否定”限制的先行基础。最后，虽然一个实施方式可以被描述为一系列步骤的一部分或更通用结构的一部分，但每个所述步骤本身也可以被认为是一个独立的实施方式。因此，本公开提供了包含铁和一种或多种成合金元素的铁基冶金组合物。在一些实施方式中，所述铁基冶金组合物是细碎的基本铁粒子和各个成合金元素的粒子的形式。在一些实施方式中，所述基本铁粒子由已与所述成合金元素中的一种或多种预合金化的铁制成。在另外的实施方式中，所述铁基冶金组合物是完全合金化的。在别的另外实施方式中，所述铁基冶金组合物是部分合金化的。在其它实施方式中，所述基本铁粒子与所述元素成合金粉末扩散粘结。在另外的实施方式中，所述基本铁粒子与所述元素成合金粉末中的至少一些扩散粘结。在另外的实施方式中，所述基本铁粒子中的至少一些与所述元素成合金粉末扩散粘结。在别的其它实施方式中，在另外的实施方式中，所述基本铁粒子中的至少一些与所述元素成合金粉末中的至少一些扩散粘结。如本文所用的术语“铁基粉末组合物”是指其中铁形成粉末的基础(“基本铁”)和主要组分的铁基粉末。在一些实施方式中，铁是基本元素。所述基本铁可以是纯或基本上纯的铁或与至少一种成合金元素预合金化的铁的粉末或粒子的形式。在本文公开的铁基粉末组合物中，所述铁或预合金化铁的粒子与所述其它成合金元素的粉末组合以提供如本说明书第三段中的最终组合物。所述铁或预合金化铁的粒子可以通过气体雾化或水雾化来制备。如本文所用的“纯铁”(或“纯铁粒子”)是指含有不超过约0.01重量％的正常杂质的铁。如本文所用的“基本上纯的铁”(或“基本上纯的铁粒子”)是指含有不超过约1.0重量％、优选不超过约0.5重量％的正常杂质的铁。基本上纯的铁的实例包括可高度压缩的冶金级铁粉。基本上纯的铁粉的具体实例包括1000系列纯铁粉，例如下列，其中在其中提到的重量％是基于组合物的总重量：·包含铁以及小于约0.01重量％的碳、小于约0.14重量％的氧、约0.002重量％的氮、约0.018重量％的硫、约0.009重量％的磷、小于约0.01重量％的硅、约0.2重量％的锰、约0.07重量％的铬、约0.10重量％的铜和约0.08重量％的镍的组合物(也称为1000)；·包含铁以及小于约0.01重量％的碳、约0.09重量％的氧、约0.001重量％的镍、约0.009重量％的硫、约0.005重量％的磷、小于约0.01重量％的硅、约0.10重量％的锰、约0.03重量％的铬、约0.05重量％的铜和约0.05重量％的镍的组合物(也称为1000B)；·包含铁以及小于约0.01重量％的碳、约0.07重量％的氧、约0.001重量％的氮、约0.007重量％的硫、约0.004重量％的磷、小于约0.01重量％的硅、约0.07重量％的锰、约0.02重量％的铬、约0.03重量％的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁基冶金组合物，所述组合物包含铁作为基本元素和以下成合金元素：/n基于组合物的重量为约0.01重量％至约0.65重量％的碳；/n基于组合物的重量为约1重量％至约2.0重量％的钼；/n基于组合物的重量为约0.25重量％至约2.0重量％的锰；/n基于组合物的重量为约0.25重量％至约2.0重量％的硅；和/n基于组合物的重量为约0.05重量％至约0.6重量％的钒。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190314 US 62/818,1931.一种铁基冶金组合物，所述组合物包含铁作为基本元素和以下成合金元素：
基于组合物的重量为约0.01重量％至约0.65重量％的碳；
基于组合物的重量为约1重量％至约2.0重量％的钼；
基于组合物的重量为约0.25重量％至约2.0重量％的锰；
基于组合物的重量为约0.25重量％至约2.0重量％的硅；和
基于组合物的重量为约0.05重量％至约0.6重量％的钒。


2.根据权利要求1所述的铁基冶金组合物，其是粉末冶金组合物。


3.根据权利要求2所述的铁基冶金组合物，其中所述组合物含有与所述成合金元素中的至少一种预合金化的铁粒子。


4.根据权利要求2所述的铁基冶金组合物，其中所述组合物含有与所述成合金元素中的至少一种的粒子扩散粘结的铁粒子。


5.根据权利要求4所述的铁基冶金组合物，其中所述铁粒子与每种所述成合金元素的粒子扩散粘结。


6.根据权利要求2所述的铁基冶金组合物，其中存在于所述组合物中的至少一部分钼与铁以铁/钼粒子的形式预合金化。


7.根据权利要求6所述的铁基冶金组合物，其中所述锰、硅、碳和钒是与所述铁/钼预合金粒子扩散粘结的元素粉末的形式。


8.根据权利要求4所述的铁基冶金组合物，其中存在于所述组合物中的至少一部分钼与铁以铁/钼基本粒子的形式预合金化，并且所述锰、硅、碳和钒中的至少一种与铁预合金化以形成与所述基本铁粒子分离的成合金粒子。


9.根据权利要求1所述的铁基冶金组合物，所述组合物包含基于组合物的重量小于约2重量％的残余元素或其氧化物。


10.根据权利要求9所述的铁基冶金组合物，所述组合物包含基于组合物的重量为约0.001重量％至约1重量％、优选约0.001重量％至约0.5重量％、约0.001重量％至约0.25重量％、或约0.001重量％至约0.1重量％的残余元素或其氧化物。


11.根据权利要求1所述的铁基冶金组合物，所述组合物包含基于组合物的重量为约0.05重量％至约0.6重量％、优选约0.05重量％至约0.58重量％、优选约0.05重量％至约0.56重量％、或优选约0.05重量％至约0.25重量％的碳。


12.根据权利要求1所述的铁基冶金组合物，所述组合物包含基于组合物的重量为约1.1重量％至约1.5重量％、优选约1.2重量％至约1.4重量％、或优选约1.26重量％至约1.4重量％的钼。


13.根据权利要求1所述的铁基冶金组合物，所述组合物包含基于组合物的重量为约0.8重量％至约1.4重量％、优选约0.9重量％至约1.3重量％、或优选约0.93重量％至约1.15重量％的锰。


14.根据权利要求1所述的铁基冶金组合物，所述组合物包含基于组合物的重量为约0.8重量％至约1.4重量％、优选约0.8重量％至约1.3重量％、优选约0.9重量％至约1.2重量％、或优选约0.93重量％至约1.15重量％的硅。


15.根据权利要求1所述的铁基冶金组合物，所述组合物包含基于组合物的重量为约0.08重量％至约0.25重量％、优选约0.1重量％至约0.25重量％、或优选约0.12重量％至约0.23重量％的钒。


16.根据权利要求2所述的铁基冶金组合物，其中所述基本铁粒子通过气体雾化或水雾化制备。


17.一种铁基粉末冶金组合物，所述组合物包含：
基本铁粒子和含有作为成合金元素的碳、钼、锰、硅和钒中的一种或多种的粒子，其中所述组合物含有：
基于组合物的重量为约0.05重量％至约0.54重量％的碳；
基于组合物的重量为约1.26重量％至约1.4重量％的钼；
基于组合物的重量为约0.93重量％至约1.25重量％的锰；
基于组合物的重量为约0.9...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·沙德，凯瑞·霍维，西蒙·霍格斯，菲利普·加布里埃尔，
申请(专利权)人：赫格纳斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US