冶金粉末组合物及生产方法技术

本发明专利技术涉及退火的预合金水雾化铁基粉末，该粉末适合于生产具有高耐磨性的压制和烧结的元件。该铁基粉末包含１０－低于１８重量％的Ｃｒ；各０．５－５重量％的Ｍｏ、Ｗ、Ｖ和Ｎｂ中的至少一种；０．５－２重量％，优选０．７－２重量％，最优选１－２重量％的Ｃ。该粉末具有包含少于１０重量％的Ｃｒ的基体，并包含Ｍ２３Ｃ６－型大碳化物以及Ｍ７Ｃ３－型碳化物。本发明专利技术还涉及一种生产铁基粉末的方法和一种生产具有高耐磨性的压制和烧结的元件的方法以及具有高耐磨性的压制和烧结的元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种铁基粉末。特别地，本专利技术涉及一种适于生产耐磨产品如阀座嵌件(valve seat insert, VSI)的粉末以及由所述粉末制成的元件。
技术介绍
高耐磨性产品被广泛应用，并且人们一直需要与现有产品相比更加廉价而具有相同或更好性能的产品。仅仅是阀座嵌件，每一年就会生产超过1，000, 000, 000个元件。高耐磨性产品的制造可基于例如粉末如铁或铁基粉末，包含碳化物形式的碳。碳化物非常坚硬并具有高熔点，这些特点使它们在许多应用中有高耐磨性。这种耐磨性常常使得碳化物成为钢如高速钢(HSS)中的理想组分，该钢需要高耐磨性，如用于 钻头，车床，阀座嵌件等的钢。燃烧机中的VSI是一个嵌到操作中阀与缸顶接触处的环。VSI用于限制缸顶上阀 造成的磨损。这通过在VSI中使用耐磨性优于缸顶材料的材料实现，且不会磨损阀。用于 VSI的材料是铸造材料，或更常见的是压制和烧结的PM材料。用粉末冶金法生产阀座嵌件使得VSI的组成非常灵活，并得到极具成本效益的产 品。制造PM阀座嵌件的方法开始于制备一种混合物，该混合物包含最终元件所需的所有成 分。该粉末混合物最常包括铁或低合金粉末作为最终元件中的基体，并包括基本合金元素 如C、Cu、Ni、Co等等，该基本合金元素应较低或较高程度地扩散到基体材料中，并提高强度 和硬度。可以加入包含碳化物的其它硬相材料和类似相以提高合金的耐磨性。还常见的是 加入可机械加工性增强剂以在机械加工成品时减少工具磨损，以及加入固体润滑剂以在发 动机工作时协助润滑。此外，在所有待压制混合物(press ready mix)中加入蒸发润滑剂， 以协助压实及经压实的元件的弹出。由Powder Metallurgy生产的一种已知VSI材料是基 于高速钢粉末作为含碳化物的基体材料。所用的所有粉末通常颗粒尺寸小于180 μ m。混合 物的平均颗粒尺寸通常为50到100 μ m,以使得混合物流动并促进生产。该合金和润滑剂 添加剂很多情况下颗粒尺寸细于基体粉末，以改善合金元素在粉末混合物以及成品中的分 布。然后将该粉末混合物送入具有VSI环形状的工具腔。施加400_900MPa的轴向压 力，得到密度为6. 4-7. 3g/cm3的近网状金属VSI元件。在有些情况下使用双重压实以减少 昂贵合金元素的使用。双重压实中使用两种不同的粉末混合物。一种比较昂贵，其具有卓 越的耐磨性，形成面向阀的VSI磨损表面，而另一种成本较低，使元件达到所需高度。压实 之后，各个颗粒仅通过冷焊松散地结合，并需要随后的烧结操作以使得各个颗粒扩散到一 起并分散合金元素。烧结通常在1120°C至1150°C之间进行，但可以使用高达1300°C的温 度，这在通常基于氮气和氢气的还原性气氛中进行。烧结过程中或之后，可将铜浸润在元件 的孔中以增加硬度和强度，同时改善导热性和耐磨性。很多情况下随后进行热处理以达到 最终性能。为了达到所需的VSI的几何精度，将其机械加工到需要的尺寸。最后的机械加 工很多情况下在VSI安装在缸顶中之后进行。进行最后机械加工是为了得到VSI和反向阀的轮廓并且具有小的尺寸变化。例如在涉及包含具有细分散的碳化物的工具钢粉末的粉末混合物的美国专利 6679932和涉及不锈钢粉末的美国专利5856625中公开了具有高耐磨性的传统铁基粉末实 例。W、V、Mo、Ti和Nb是形成强碳化物的元素，其使这些元素特别有利于生产耐磨产 品。Cr是另一种形成碳化物的元素。但是这些常规的形成碳化物的金属大部分是昂贵的， 从而导致产生不适用的高价产品。因此，粉末冶金工业中需要价格相对便宜的铁基粉末或 高速钢，其对于例如阀座等的应用具有充分的耐磨性。由于铬相比其它应用于高耐磨性传统粉末和硬相的此类金属便宜很多，并且是更 容易得到的形成碳化物的金属，因此用铬作为主要的形成碳化物的金属将是非常理想的。 这样一来，该粉末以及由此得到的压实产品可以更廉价地生产。普通高速钢的碳化物通常相当小，但是依照本专利技术，现在出人意料地发现用于例 如阀座应用的具有相等优越耐磨性的粉末可以通过以铬作为主要的形成碳化物的金属来 获得，只要存在足够量的大碳化物，并由较少量的较细且较硬的碳化物支持。专利技术概述因此本专利技术的一个目的是提供一种便宜的铁基粉末用于制造有高耐磨性的粉末冶金广品。这个目的以及从下面的讨论明显可见的其它目的根据本专利技术通过退火的预合金 水雾化铁基粉末达到，该粉末包含10-低于18重量％的Cr ；各0. 5-5重量％的Mo、W、V和 Nb中的至少一种；0. 5-2重量％，优选0. 7-2重量％，最优选1-2重量％的C，其中所述铁基 粉末具有包含少于10重量％的Cr的基体。此外，所述铁基粉末包含大铬碳化物以及较细 且较硬的铬碳化物。由于粉末中高Cr含量促进形成大型碳化物如M23C6-型碳化物，因此18重量％或 更高重量分数的Cr会使得细且硬的铬碳化物的含量太低。按照本专利技术，达到上述目的的该新型粉末可以由一种制备铁基粉末的方法获得， 此方法包括使包含10-低于18重量％的Cr ；各0. 5-5重量％的Mo、W、V和Nb中的至少一 种；0. 5-2重量％，优选0. 7-2重量％，最优选1-2重量％的C的铁基熔体进行水雾化以获 得铁基粉末颗粒；并在一定温度下将该粉末颗粒退火足以在颗粒内获得所需碳化物的一段 时间。在优选的实施方案中，已发现900-1100°C的温度和15-72小时的退火时间足以在 颗粒中获得所需碳化物。附图简述附图说明图1.表示基于OBl的测试材料的微观结构。图2.表示基于M3/2的测试材料的微观结构。优选实施方案详述本专利技术的预合金粉末含有10-低于18重量％的铬；各0.5-5重量％的钼、钨、钒和 铌中的至少一种；和0. 5-2重量％，优选0. 7-2重量％，最优选1-2重量％的碳，其余为Fe、 任选的其它合金元素以及不可避免的杂质。该预合金粉末可任选地含有其它合金元素如硅，至多2重量％。也可任选包含其它合金元素或添加剂。应该特别指出的是，非常昂贵的形成碳化物的金属铌和钛在本专利技术粉末中不需要。 所述预合金粉末优选平均颗粒尺寸为40-100 μ m,优选大约80 μ m。在优选的实施方案中，所述预合金粉末包含12-17重量％的Cr，例如15_17重量％ 的Cr ；例如16重量％的Cr。在优选的实施方案中，所述预合金粉末包含12-低于18重量％的0，1-3重量％ 的Mo，1-3，5重量％的W，0. 5-1. 5重量％的V，0. 2-1重量％的Si，1-2重量％的C，其余为Fe。在最优选的实施方案中，所述预合金粉末包含14-低于18重量％的Cr，1-2重 量％的船，1-2重量％的10. 5-1.5重量％的￥，0. 2-1重量％的Si，1-2重量％的C，其余为Fe。在另一个最优选的实施方案中，所述预合金粉末包含12-低于15重量％的&，1-2 重量％的Mo，2-3重量％&W，0. 5-1. 5重量％的乂，0. 2_1重量％的Si，1_2重量％的(，其余 为Fe。在优选的实施方案中，大铬碳化物为M23C6-型(M = Cr、Fe、Mo、W)，换言之，除了 Cr 作为主要的形成碳化物的元素以外，还可以存在Fe、Mo和W当中的一种或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种退火的预合金水雾化铁基粉末，其包含：　　１０－低于１８重量％的Ｃｒ；　　各０．５－５重量％的Ｍｏ、Ｗ、Ｖ和Ｎｂ中的至少一种；　　０．５－２重量％，优选０．７－２重量％，最优选１－２重量％的Ｃ，　　其中所述铁基粉末具有含少于１０重量％的Ｃｒ的基体，并且其中所述铁基粉末包含大铬碳化物以及较小且较硬的铬碳化物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：O贝格曼，PD努尔森，
申请(专利权)人：霍加纳斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]