氮化烧结钢制造技术

本发明专利技术涉及制造烧结部件的方法和通过该方法制成的烧结部件。该方法可成本有效地制造烧结钢部件，所述部件具有与由冷铸铁制成的部件相当的耐磨性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化烧结钢
本专利技术涉及通过单次压制和单次烧结制造烧结部件的方法和通过该方法制成的烧结部件。该方法提供具有与由冷铸铁制成的部件相当的耐磨性的烧结钢部件的成本有效的制造。
技术介绍
在工业中，通过压实和烧结金属粉末组合物制成的金属产品的应用变得日益广泛。正在生产具有各种形状和厚度的许多不同产品，对质量的要求不断提高，同时希望降低成本。由于通过铁基粉末组合物的压制和烧结在高材料利用度下获得净形部件或只需很少机械加工就可达到最终形状的近净形部件，因此这种技术极大优于金属部件的传统成形技术，例如由棒料、铸件或锻件模制或机械加工。希望提高烧结部件的性能以使更多部件可换成这种成本有效的技术。通过压制和烧结技术已成功制造例如汽车工业中的各种工业钢部件。为具有严格的性能、设计和耐用性要求的用途大规模制造汽车部件。如果可满足综合品质要求，单次压制和单次烧结技术因此非常适合制造这样的部件。对汽车工业中的某些传动系和气门系部件（例如凸轮凸角）而言，对耐磨性的要求迄今导致很难换成常规烧结产品。这种部件的主要制造技术现在是由棒料机械加工或用冷铸铁（CCI）铸造。在耐磨性要求略低的小型车凸轮凸角的情况下，已使用两次压制/两次烧结成功制造部件。但是迄今还没有涉及单次压制和单次烧结的制造技术已被证实提供了与使用CCI制成的部件相当的耐磨性。WO2006/045000涉及由铁基粉末金属混合物制成的用于凸轮凸角和其它高耐磨制品的渗碳烧结合金，所述混合物由0.5-3.0％Mo、1-6.5％Cr、1-5％V和余量的Fe和杂质构成。但是，耐磨性没有达到与CCI部件相同的水平。专利技术概要已经出乎意料地发现，通过与温模具压实和短氮化法结合使用某些铁基粉末合金组合物，可以制造具有与用CCI制成的部件相当的耐磨性的部件。更具体地，这可以由通过单次压制和单次烧结制造烧结部件的方法实现，所述方法包括下述步骤：a）提供预合金化的铁基钢粉，其包含少于0.3重量％的Mn和下述成分的至少一种：0.2–3.5重量％的量的Cr、0.05–1.20重量％的量的Mo和0.05-0.4重量％的量的V，和最多0.5％的附带杂质，余量是铁，b）将所述预合金化的铁基钢粉与润滑剂和石墨和任选地机械加工增强剂和其它常规烧结添加剂混合，c）在400–2000MPa的压力对步骤b）的混合组合物施以压实，由此提供压实体，d）在还原气氛中在1000-1400℃的温度将来自步骤c）的所述压实体烧结，由此提供烧结部件，e）在含氮气氛中在400–600℃的温度将步骤d）的所述烧结部件氮化，其中保温时间（soakingtime）小于3小时。根据该方法制成的部件表现出与CCI部件类似的耐磨性。该部件具有硬壳及较软的核并因此没有全硬化。全硬化部件比具有较软核的壳硬化部件更难制造组装件。该方法特别适合在油润滑环境中工作的汽车部件，其中工作温度低于250℃且所述部件具有依赖于滑动的功能。例如，凸轮凸角、链轮、CVT和其它传动系、气门系和发动机部件。该方法当然也适合制造需要良好耐磨性的用于其它用途的部件。专利技术详述铁基合金钢粉的制备优选通过包含合金元素的铁熔体的水雾化制造该方法的步骤a）中提供的预合金化的铁基钢粉。可以进一步对该雾化粉末施以还原退火法。该预合金化粉末合金的粒度可以为任何尺寸，只要其与压制和烧结法相容即可。典型粒度的实例是可获自AB,Sweden的已知粉末ABC100.29的粒度，其最多2.0重量％高于180微米且15-30重量％低于45微米。但是，可以使用更粗及更细粒度的粉末。粗铁基钢粉的使用在粉末冶金领域中越来越普及。这样的粉末的实例是平均粒度为75至300微米的铁基粉末，其中少于10％的粉末粒子具有低于45微米的粒度且高于212微米的粒子的量大于20％。也可以使用较细的铁基钢粉。在使用细粉时，它们优选用粘合剂和/或助流剂粘合以提供较好的粉末性质和可压缩性。这种粉末可例如具有20-60微米的平均粒度。预合金化的钢粉的含量该方法的步骤a）中提供的预合金化钢粉是铁基的，并包含Mn和至少一种选自Cr、Mo和V的元素。该预合金化钢粉可任选地进一步包含Ni和/或附加的强氮化物形成元素，例如钨、钛、铌和/或铝。锰Mn以0.02-0.3重量％的量存在。在实践中，在使用回收碎屑时很难实现低于0.02重量％的含量，除非在制钢过程中进行特定的还原处理，这提高了成本。此外，锰提高钢粉的强度、硬度和可淬硬性，因此优选具有高于0.05重量％或优选高于0.9重量％的锰含量。高于0.3重量％的Mn含量会提高钢粉中含锰夹杂物的形成，也由于固溶硬化和提高的铁素体硬度而对可压缩性具有负面影响。因此，Mn含量不应超过0.3重量％。Mn的最优选范围是0.1-0.3重量％。作为合金元素的铬Cr用于通过固溶硬化增强基质。铬还提高烧结体的可淬硬性和耐磨性。此外，Cr是非常强的氮化物形成剂并由此促进氮化。如果添加铬，其应以至少0.2重量％的量添加以对烧结部件的性质产生所需影响，优选至少0.4重量％，更优选至少1.3重量％。但是，随着铬添加量增加，烧结过程中对受控气氛的要求提高，以致部件的制造更昂贵。因此，如果添加铬，其应为最多3.5重量％Cr，优选最多3.2重量％。在一个优选实施方案中，铬含量为0.4-2.0重量％，更优选1.3-1.9重量％。在另一优选实施方案中，铬含量为2.8–3.2重量％。钼Mo稳定烧结后的铁素体。如果添加钼，其应以至少0.1重量％的量添加以对烧结部件的性质产生所需影响，优选为至少0.15重量％的量。不希望具有太高的Mo含量，因为这对性能的贡献不足。因此，如果添加钼，其应为最多1.2重量％Mo，优选最多0.6重量％。在一些实施方案中，钢可基本不含Mo，具有低于0.1重量％，优选低于0.05重量％的Mo含量。钒V通过沉淀硬化提高强度。钒还具有粒度细化作用并且是强氮化物形成元素。如果添加钒，其应以至少0.05重量％的量添加以对烧结部件的性质产生所需影响，优选至少0.1重量％的量，更优选至少0.25重量％的量。但是，高钒含量促进氧吸收，由此提高由该粉末制成的部件中的氧含量，太高的量是不合意的。因此钒含量应为最多0.4重量％，优选最多0.35重量％。所述预合金化的钢粉还可任选包含附加的如本领域中已知的强氮化物形成元素，例如选自钨（W）、钛（Ti）、铌（Nb）和铝（Al）的一种或多种元素。如果添加，所述任选的附加强氮化物形成元素的总量应为0.05重量％至0.50重量％，优选0.1重量％至0.4重量％，更优选0.15重量％至0.30重量％。镍Ni提高强度和硬度，同时提供良好的延性。但是，镍是昂贵的元素，如果可能则要避免。如果添加，含量保持低。该预合金化钢粉可任选包含0.1-1.0重量％、优选0.1–0.5重量％的量的Ni。在一个优选实施方案中，该预合金化钢粉基本不含镍，因此含有低于0.1重量％，优选低于0.05重量％。氧O为最多0.25重量％。太高的氧含量损害烧结部件的强度，并损害该粉末的可压缩性。由于这些原因，O优选为最多0.18重量％。在实践中，在使用水雾化技术时，难以达到低于0.1重量％的氧含量。水雾化和退火的粉末中的氧含量因此通常为0.10–0.18重量％。该钢粉中的碳C应为最多0.1重量％，优选少于0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.04 SE 1050576-6;2010.06.04 US 61/351,3631.通过单次压制/单次烧结制造烧结部件的方法，包括下述步骤：a)提供预合金化的铁基钢粉，其包含少于0.3重量％的Mn和下述的至少一种：0.2–3.5重量％的量的Cr、0.05–1.20重量％的量的Mo和0.05-0.4重量％的量的V，和最多0.5重量％的附带杂质，余量是铁，b)将所述预合金化的铁基钢粉与润滑剂和石墨和任选地机械加工增强剂和其它常规烧结添加剂混合，c)在400–2000MPa的压力对步骤b)的混合组合物施以压实，由此提供压实体，其中在压实之前和压实之中将压机中的模具加热至40-100℃的温度，d)在还原气氛中在1000-1400℃的温度将来自步骤c)的所述压实体烧结，由此提供烧结部件，e)在含氮气氛中在400–600℃的温度将步骤d)的所述烧结部件氮化，其中保温时间小于3小时。2.根据权利要求1的方法，其中在步骤c)中在压实之前和压实之中将压机中的模具加热至50-80℃的温度。3.根据权利要求1的方法，其中所述润滑剂由复合润滑剂粒子构成，所述复合润滑剂粒子包含核，所述核是10-60重量％的至少一种具有多于18个且不多于24个碳原子的伯脂肪酸酰胺和40-90重量％的至少一种脂肪酸双酰胺的核，所述润滑剂粒子还包含附着在所述核上的至少一种金属氧化物的纳米粒子。4.根据权利要求1或2的方法，其中在步骤e)中的氮化之前不蒸汽处理所述压实体。5.根据权利要求1或2的方法，其中在步骤c)中，将所述压实体压实至至少7.10克/立方厘米的生坯密度。6.根据权利要求1或2的方法，其中在步骤d)中，将所述烧结部件烧结至7.1–7.6克/立方厘米的密度。7.根据权利要求1或2的方法，其中所述预合金化的铁基钢粉进一步包含0.1-1.0重量％的Ni。8.根据权利要求1或2的方法，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·贝里，S·迪兹达尔，U·恩斯特伦，O·利特斯特伦，E·施耐德，
申请(专利权)人：霍加纳斯股份有限公司，
类型：
国别省市：