烧结硬化粉末及其烧结体制造技术

一种烧结硬化型粉末的成份及使用此种粉末经粉末冶金制程所制得的烧结体，此烧结体具有高硬度及高强度。此烧结硬化粉末的主要成分为铁，另外包含０．１～０．８ｗｔ％碳，３．５～１２．０ｗｔ％镍，０．１～７．０ｗｔ％铬，及２ｗｔ％以下的钼。而粉末的平均粒度在１５０μｍ以下。所制得的烧结体不需经过淬火热处理即可具有高强度、高硬度及适当的延性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种烧结硬化粉末及其烧结体，且特别是有关于一种烧结硬化型粉末的组成。
技术介绍
一般粉末冶金零件为符合其应用的需求通常需具备良好的机械性质，因此零件常必须施以淬火、回火的硬化热处理以达到优良的机械性质。然而淬火时由于冷却速率快，零件易产生变形、尺寸不稳定、淬裂等问题，且热处理亦增加生产成本，故近年来已有烧结硬化型的粉末出现，在粉末中添加Mo、Ni、Mn、Cr等高硬化能合金元素，使在以传统压结方式压出胚体后，将生胚烧结即可得到HRC30以上的硬度，例如Hoeganaes公司的Ancorsteel 737SH(Fe-0.42Mn-1.40Ni-1.25Mo-C)或Quebec公司的ATOMET4701(Fe-0.45Mn-0.90Ni-1.00Mo-0.45Cr-C)等。这些材料所制成的零件在烧结炉内以每分钟约30℃以上的冷却速率冷却，可产生麻田散铁及变韧铁。虽然这些粉末经一般业者所常用的1120℃烧结30-40分钟后其合金元素成分仍不易均质化，但在相同密度及烧结处理条件下，不需施以淬火硬化处理其烧结后的机械性质已比一般非烧结硬化型的合金为佳。烧结硬化型合金虽节省烧结后热处理成本，不过为符合快速冷却速率的要求，仍需在原有烧结炉改装，增加特殊设计的高冷却速率设备，甚至改用全新的烧结炉，此方式仍造成额外的设备成本。此外，此制程的冷却速率虽远较淬火慢，但仍相当快，零件仍易有变形、尺寸不稳定、淬裂等缺点。又如美国专利US5682588乃将该专利的粉末以传统压结方式压出生胚后于1130-1230℃之间烧结，然后以5-20℃/分的冷却速率冷却，即可达到烧结硬化效果，改进了以往约30℃/分以上的高冷却速率，但该专利揭露的机械性质仍不佳，特别是韧性方面。以干压成形制程而言，美国粉末冶金协会在2003年版的标准中已有烧结硬化型合金，其中机械性质较佳者为FLNC-4408(1.0-3.0％Ni，0.65-0.95％Mo，1.0-3.0％Cu，0.6-0.9％C，余铁)及FLC2-4808(1.2-1.6％Ni，1.1-1.4％Mo，1.0-3.0％Cu，0.3-0.5％Mn，0.6-0.9％C，余铁)，后者在烧结硬化并回火后于7.2g/cm3的密度下的拉伸强度可达1070MPa，硬度可达HRC 40，但延性不佳，低于1.0％。这些干压型合金虽为烧结硬化型，但机械性质仍不理想，且所需的冷却速率仍相当快。就粉末冶金
来说，除了干压成形烧结的制程外，金属射出成形也是另一种方法，此制程所使用的粉末较传统粉末冶金制程(干压与烧结)细，粒径约在30μm以下，而干压用粉末粒径约在150μm以下，由于细粉对合金元素而言扩散距离短，所以可以使添加的合金元素均匀扩散于基材中，因此以细粉烧结的零件比传统干压成形烧结零件具有较佳的机械性质。目前金属粉末射出成形常用合金为Fe-Ni-Mo-C系列合金，例如美国粉末冶金协会(Metal Powder Industries Federation)所公布的标准中机械性质最佳的MIM-4605(1.5-2.5％Ni，0.2-0.5％Mo，0.4-0.6％C，＜1.0％Si，余铁)，此合金在烧结后的拉伸强度可达415MPa，硬度可达HRB62，伸长率为15％，若要达到此材料的最佳机械性质则必须将烧结后的产品施以淬火、回火等烧结后热处理，其拉伸强度可达1655MPa，硬度可达HRC48，伸长率为2.0％。虽然目前金属射出成形工件已可藉烧结后热处理而得到优良的机械性质，但就金属射出成形工件而言，其热处理成本仍占其制造成本相当大的比例，如何降低其热处理成本为一重要课题，且由美国粉末冶金协会所示资料及各研究报导显示，目前尚无应用于金属粉末射出成形的烧结硬化型合金。如上所述，金属射出成形工件使用细粉，所以可改善合金元素的均质化，提高工件的机械性质，但细粉亦可用于传统干压制程，只是细粉流动性不佳，在成形时无法顺利填充入模穴中，因此无法以自动成形机成形，但此问题可藉造粒制程使粉末聚集成较大粒径且成球形而予以克服，因此细粉仍可使用于干压成形制程。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种烧结硬化粉，其在烧结后于一般的降温速率(3-20℃/min)在传统烧结炉中冷却，即可得到良好的机械性质。本专利技术的另一目的是提供一种造粒粉，其具有良好的机械性质。本专利技术的又一目的是提供一种烧结体，其所使用的粉末为前述的烧结硬化粉。本专利技术的又一目的是提供一种烧结体，其所使用的粉末为前述的造粒粉。为达上述目的，本专利技术提供一种烧结硬化合金粉，其粉末直径在150μm以下，使以粉末冶金方法制造出的烧结体有高的硬化能(即烧结硬化型合金)，其中该烧结体的成分包含铁、碳、镍、铬、钼，其比例以重量百分比表示为镍含量3.5-12.0％，碳含量0.1-0.8％，铬含量0.1-7.0％，钼含量2.0％以下，剩余为铁含量。本专利技术的烧结硬化粉亦可再添加一种以上的强化元素，此强化元素为Cu、Ti、Al、Mn、Si、P、Co、Nb任一种。其中铜含量2.0％以下，钛含量1.0％以下，铝含量1.0％以下，锰含量1.0％以下，硅含量1.0％以下，磷含量1.0％以下，钴含量4.0％以下，铌含量1.0％以下。在一较佳实施例中，各个成分的含量如下碳含量0.3-0.7％，镍含量6.0-10.0％，铬含量0.3-6.0％，钼含量0.1-1.0％。而强化元素更理想的含量如下铜同0.1-1.0％，锰0.1-0.8％，硅0.1-0.5％，钴0.1-3.0％。在本专利技术一较佳实施例中，碳可以是由添加的石墨粉所提供，亦可以是由含碳的羰基铁粉所提供。在本专利技术一较佳实施例中，烧结硬化粉的粉末平均直径例如为0.1～30μm，而此时的铬含量为0.1-2.0％。而在本专利技术的另一实施例中，烧结硬化粉的粉末平均直径例如为30-150μm，而此时的铬含量为1-6％。在本专利技术一较佳实施例中，烧结硬化粉为元素粉、铁系预合金粉或是两者的混合粉。在本专利技术的另一较佳实施例中，元素粉及铁系预合金粉是以混合方式、扩散接合方式或以粘结方式存在。为达上述目的，本专利技术提供一种造粒粉，其原始烧结硬化粉的粉末平均直径为0.1～30μm，粉末组成为前述的烧结硬化粉，经造粒后此造粒粉的平均粒径在20至150μm之间。在一较佳实施例中，造粒粉的平均粒径例如是在40-80μm之间。前述粉末所组成的烧结体，不需经淬火处理即具有拉伸强度大于1200MPa、硬度大于HRC30及伸长率大于1％的特性。换言的，本专利技术是采用粉末冶金制程将上述烧结硬化型金属粉末制成烧结体，该烧结体可不经淬火的热处理而仅以低温回火处理即可达到良好的机械性质。为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明图1(a)无铬时镍在铁基地内的分布不平均。图1(b)加入铬后镍的均质化情形已有所改善。图2使用细铁粉时，铬的添加量在大约0.7％时其硬度可到达最大值。图3使用粗铁粉时，铬的添加量在大约3.0％时其硬度可到达最大值。具体实施例方式本专利技术添加镍乃因其具有高硬化能指数，能提供烧结体高硬度及高韧性，本专利技术所用的镍含量介于3.5％至12.0％之间，此乃因镍低于3.5％时烧结硬化的效果不佳，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烧结硬化粉，其特征在于其主成分为铁，另包含碳、镍、铬、钼，且其合金比例以重量百分比表示为碳含量：０．１－０．８％，镍含量：３．５－１２．０％，铬含量：０．１－０．７％，钼含量：２．０％以下，而粉末平均粒径在１５０μｍ以下。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄坤祥，陆永忠，
申请(专利权)人：台耀科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]