粉末冶金用合金钢粉以及铁基烧结材料及其制造方法技术

本发明专利技术提出能够兼具强度和耐磨耗性的粉末冶金用合金钢粉以及铁基烧结材料及其制造方法。所述粉末冶金用合金钢粉通过使含有0.05～0.5质量％的含Cr粉末在预合金化了0.02～0.4质量％的Nb的钢粉表面扩散附着而形成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适合提供于粉末冶金技术的粉末冶金用合金钢粉，特别是在使用所述合金钢粉制造烧结材料的情况下用于实现提高所述烧结材料的强度及耐磨耗性的合金钢粉。另外，本专利技术涉及使用上述粉末冶金用合金钢粉制造的强度和耐磨耗性优良的烧结材料及其制造方法。
技术介绍
粉末冶金技术能够以与制品形状极为相近的形状(所谓的近终形)、且以高的尺寸精确度制造复杂形状的部件，因此，能够极大降低切削成本。因此，粉末冶金制品在多方面被用作各种机械、部件。而且，最近，为了实现部件的小型化、轻量化，强烈要求提高粉末冶金制品的强度。 特别是对铁基粉末制品(铁基烧结体)的高强度化要求强烈。粉末冶金用铁基粉末成形体一般通过如下操作来制造向铁基粉末中混入铜粉、 石墨粉等合金用粉末、以及硬脂酸、硬脂酸锂等润滑剂而制成铁基粉末混合粉，然后将其填充到模具中进行加压成形。根据成分，可以将铁基粉末分类为铁粉(例如纯铁粉等)、合金钢粉等。此外，根据制造方法进行分类时，可以分类为雾化铁粉、还原铁粉等，在这些分类中，铁粉使用包括合金钢粉的广义。由通常的粉末冶金工序得到的成形体的密度一般为约6. 6Mg/m3 约7. lMg/m3。然后，对这些铁基粉末成形体实施烧结处理而制成烧结体，进而根据需要实施精压加工、切削加工，从而制成粉末冶金制品。而且，在需要更高的强度的情况下，有时还在烧结后实施渗碳热处理、光亮热处理。在原料粉的阶段，作为加入了合金元素的粉末，已知如下粉末等(1)在纯铁粉中混合了各合金元素粉末的混合粉；(2)完全合金化了各元素的预合金钢粉；(3)使各合金元素粉末在纯铁粉、预合金钢粉的表面部分地附着扩散的部分扩散合金钢粉。(1)的在纯铁粉中混合了各合金元素粉末的混合粉，具有能够确保与纯铁粉同等的高压缩性的优点。但是却存在如下问题在进行烧结时，若不将烧结气氛、渗碳气氛中的 CO2浓度和露点严格控制在较低水平，则作为比!^e更活泼的金属的Mn、Cr、V、Si、Nb、Ti等会发生氧化，从而不能实现低氧含量化；而且，各合金元素在狗中并不充分扩散，形成不均勻的组织，从而不能达到基体强化。因此，(1)的在纯铁粉中混合了各合金元素粉末的混合粉不能应对近年来高强度化的要求，以致处于不被使用的状态。与此相对，(2)的完全合金化了各元素的预合金钢粉具有如下优点虽然由于通过将钢水雾化来进行制造，因而会产生由钢水的雾化工序中的氧化和完全合金化导致的固溶硬化作用，但是，通过对Mn、Cr、V、Si、Nb、Ti等合金元素的种类和量进行限定，能够确保低氧含量化和与纯铁粉同等的高压缩性。此外，存在由完全合金化引起基体强化的可能性， 因此正在作为高强度用预合金钢粉而进行着开发。此外，( 的部分扩散合金钢粉，通过在纯铁粉、预合金钢粉中混合各元素的金属粉末、并在非氧化性或非还原性的气氛下进行加热以使各金属粉末在纯铁粉、预合金钢粉的表面部分地扩散接合而制造，因此，其可以组合(1)的铁基混合粉以及( 的预合金钢粉的优点。因此，能够确保低氧含量化和与纯铁粉同等的高压缩性，并且存在由形成由完全合金相和部分富集相构成的复合组织而引起基体强化的可能性，因此，正在作为高强度用部分扩散预合金钢粉而进行着开发。作为上述预合金钢粉以及部分扩散合金钢粉的基本合金成分，多数情况下使用 Mo、Cr。其原因与Mo、Cr能够用作钢铁材料的强化元素的原因相同。S卩，这是因为，Mo、Cr 不仅在钢铁材料中使母相(基质)相变强化，而且在母相和碳化物中分布而使母相固溶强化，进而形成微细碳化物而使母相析出强化。除此之外，从通过碳化物的析出强化使烧结材料强化方面出发，还可以添加V、Nb、 Ti等碳化物形成能力强的元素。例如，专利文献1中公开了一种粉末冶金用合金钢粉，其特征在于，通过预合金化而含有Mo :0. 1 6. 0%、V 0. 05 2. 0%以及Nb :0. 10%以下，并且使4%以下的Mo部分地扩散附着。该合金钢粉确保了粉末阶段的低氧含量化和与铁粉同等的高压缩性，并且实现了烧结材料或渗碳淬火材料的低氧含量化和基体强化。此外，专利文献2中公开了一种高强度烧结体用合金钢粉，其特征在于，以重量比计，含有 Cr :0. 5 2%、Mn :0. 08% 以下、Mo :0. 1 0. 6%、V :0. 05 0. 5%，还含有 Nb 0.01 0. 08%,Ti 0. 01 0. 08%中的1种或2种，并且使0. 05 3. 5%的Mo扩散附着。 就该技术来说，能够得到压缩性良好、能控制为适当的淬透性的合金钢粉，而且，通过使用该钢粉并控制烧结后的冷却速度，能够使烧结体中形成微细的珠光体组织而不形成粗大的上贝氏体组织，从而在烧结状态下就能够得到高强度。专利文献1 日本特开平8-49047号公报专利文献2 日本特开平7-331395号公报但是，本专利技术人的研究表明，使用了上述专利文献1和专利文献2中任意一种合金钢粉的烧结材料均难以兼具强度和耐磨耗性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服上述现有技术的问题，提出能够兼具强度和耐磨耗性的粉末冶金用合金钢粉。此外，本专利技术的目的还在于，提供使用上述粉末冶金用合金钢粉制造的强度和耐磨耗性优良的烧结材料、以及其有利的制造方法。本专利技术人为了达到上述目的，对铁基粉末的合金成分及其添加方法反复进行了各种研究，结果得到如下所述的见解。在将铁粉中预合金化了 Nb等碳化物形成元素、并且仅使Cr扩散附着的铁基粉末与碳粉末混合而制成成形体并进行烧结时，合金元素Cr在铁基粉末粒子间的烧结颈部形成高浓度。因此，在烧结颈部中，存在Cr和Nb等碳化物形成元素以及C，并且含有Cr和Nb 等的碳化物析出、分散。由于烧结颈部中存在大量气孔，因此该部分的强度有降低的倾向，但是当上述那样的碳化物在气孔周围析出时，烧结颈部被强化。另一方面，由于基体部中不含有Cr，因此其与烧结颈部相比，碳化物难以生成，因此成为强度优良的组织。本专利技术是立足于上述见解而完成的。S卩，本专利技术的要点构成如下所述。1. 一种粉末冶金用合金钢粉，其通过使Cr量为0. 05 0. 5质量％的含Cr粉末在预合金化了 0. 02 0. 4质量％的Nb的钢粉表面扩散附着而形成。2. 一种粉末冶金用合金钢粉，其通过使Cr量为0.05 0.5质量％的含Cr粉末在预合金化了 0. 02 0. 4质量％的Nb、并且预合金化了 0. 01 0. 4质量％的V和0. 01 0. 4质量％的Ti中的至少任意一种的钢粉表面扩散附着而形成。3. 一种铁基烧结材料，通过将上述1或2所述的粉末冶金用合金钢粉压粉成形、然后进行烧结而得到，在所述烧结材料的气孔周围，析出至少含有Nb和Cr的碳化物。4.如上述3所述的铁基烧结材料，其中，所述至少含有Nb和Cr的碳化物为(Nb， Cr)C、(Nb，V, Cr)C、(Nb，Ti，Cr)C 及(Nb，Ti，V, Cr)C 中的至少任意一种。5. 一种铁基烧结材料的制造方法，其特征在于，将上述1或2所述的粉末冶金用合金钢粉与0. 1 1. 0质量％的碳粉混合，然后在400 IOOOMPa的压力下进行压粉成形，然后在1100 1300°C的温度下进行烧结，使所得的烧结材料的气孔周围析出至少含有Nb和 Cr的碳化物。6.如上述5所述的铁基烧结材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：宇波繁，尾崎由纪子，中村尚道，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：