[發明專利]鐵－石墨復合粉末以及采用此粉末生產的燒結制品

有效

• 申請號: 00121777.1
• 申請日: 2000-07-28
• 公開（公告）號: CN1282641A
• 公開（公告）日: 2001-02-07
• 發明（設計）人: M·加杰;P·菲里普利;A·特路德爾
• 申請（專利權）人: 魁北克金屬粉末有限公司
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F9/08;C21D5/14;C22C33/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 段承恩

本發明涉及用于生產具有優良的機械性能和機加工性能的結構部件的金屬粉末。具體而言，本發明涉及鐵-石墨復合粉末、其制備方法以及采用粉末冶金制造技術由所述粉末制造部件的方法。

傳統上，可以通過鑄造液態金屬或者將固態金屬成形或加工為特定的形狀或外形來制造金屬部件。可鍛鑄鐵是一種特別可用于制造金屬部件的材料，因其具有優良的機加工性能、韌性、延展性、耐腐蝕性、強度、磁性能和均勻性。這些性能的產生歸因于該鑄鐵的金相組織，所述組織包含嵌入鐵基體中的碳簇團。然而，可鍛鑄鐵是一種鑄鐵。

由于廉價的、輕質的機器部件的需求不斷增加，粉末冶金(P／M)制造技術正在取代傳統的制造方法。粉末冶金中，金屬粉末原材料被模壓成生坯，所述生坯將進行燒結處理。燒結體可進一步進行精壓、鍛造、熱處理，以及，偶而需要切削或機加工，以獲得最終的金屬產品。例如，美國專利5，628，045公開了一種通過選擇性冷卻(附加熱處理)燒結件來獲得具有奧氏體和／或貝氏體基體的燒結部件的方法。因此，該方法中所使用的金屬粉末原材料必須擁有幾種重要性能。金屬原材料必須適合模壓處理，并且，因此具有可容許的硬度和壓縮性能，粉末的硬度對其壓縮性能有直接影響-較低的硬度產生較佳的壓縮性能。此外，由金屬原材料獲得的固態金屬產品應該具有有利的機械強度、韌性和機加工性能。因此，用于制備這些產品的金屬原材料也必須擁有良好的熱處理性能，例如，可燒結性和淬硬性。

已有研究者試圖制備一種用于粉末冶金制造的粉末，該粉末也能獲得具有高石墨含量和可鍛鑄鐵顯微組織的燒結制品。例如，Yang(粉末冶金與顆粒材料的國際會議，1998年6月1日發表)公開了一種通過由含有硼和硫的P／M鐵合金構成的生坯的石墨化制備的燒結鋼。所述燒結鋼具有鐵素體基體，其中石墨在所述燒結制品的孔隙中析出。所述石墨是一種所謂“自由態”石墨，因為所產生的石墨形狀取決于其發生析出的孔隙的形狀。

Uenosono(粉末冶金與顆粒材料國際會議文集，1997年6月29日-7月2日，Chicago，Illinois)公開了一種燒結鋼，該鋼與Yang公開的鋼類似，也含有硼和硫并且具有在孔隙部位沉積的石墨。

Shivanath(美國專利5，656，787)對碳／鐵混合物在形成燒結制品中的使用進行了公開。在這種情況下，所述混合物包含在由相對較大的鐵合金顆粒形成的空隙內分布的相對較小的碳顆粒。

Ovecoglu(國際粉末冶金雜志(Intl．J．powder?Metallurgy)，1998)公開了對鐵粉末和石墨粉末進行碾磨，以形成鐵-碳復合粉末合金。長時間碾磨該鐵-石墨粉末混合物會使石墨逐漸消失。碾磨20小時后的粉末的X射線衍射表明粉末顆粒僅含α-Fe。

然而，這些方法不能產生具有可鍛鑄鐵的金相組織或所希望的性能的P／M粉末。而且這些方法不能大量有效地生產此類粉末。因此，理想的是提供一種鐵-石墨復合粉末，所述復合粉末能提供可鍛鑄鐵的優點，并且可以用來使用粉末冶金制造技術生產燒結制品。

本發明涉及一種新型的鐵-石墨復合粉末，所述復合粉末的顯微組織包含分布在鐵基體中的碳簇團(carbon?cluster)。本發明另一個實施方案涉及制備所述鐵-石墨復合粉末的方法，所述方法包含的步驟為：

(a)霧化處理鐵水，以形成一種霧化的鐵粉末；

(b)將所述霧化的鐵粉末加熱至第一階段的石墨化溫度；以及

(c)將所述粉末從第一階段石墨化溫度冷卻至第二階段石墨化溫度。

本發明也涉及采用燒結本發明的鐵-石墨復合粉末的方法制備的燒結件。在又一個實施方案中，本發明涉及由本發明的鐵-石墨復合粉末生產的燒結制品，所述燒結制品已進行燒結后處理。

圖1圖示說明的是本發明實施例1中使用的石墨化方法的時間／溫度分布。

圖2是一張通過在真空環境中進行的石墨化處理獲得的含約10％石墨的鐵粉末樣品的鐵素體顯微組織的光學顯微照片。

圖3是一張鐵粉末樣品的顯微組織的光學顯微照片，其中，所述組織含有約80％的鐵素體，10％的石墨和10％的珠光體。

圖4是通過不完全石墨化處理獲得的鐵粉末樣品的顯微組織的光學顯微照片，其中，所述石墨化處理在分解的氨(N₂／H₂)氣氛中進行，所述顯微組織包含主要處于粉末顆粒表面的碳簇團。