[發明專利]用于合并到燒結合金中的硬粒子和耐磨鐵基燒結合金及其制造方法

有效

• 申請號: 201380043136.4
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN104583436A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 安藤公彥;筱原伸幸
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: C22C33/02
• 分類號: C22C33/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 彭飛;林柏楠

技術領域

本發明涉及適于合并到燒結合金中的硬粒子。本發明特別涉及適于提高燒結合金的耐磨性的硬粒子、涉及含有該硬粒子的耐磨鐵基燒結合金，還涉及制造這種燒結合金的方法。

背景技術

在例如閥座中傳統上使用具有含鐵基質的燒結合金。可以將硬粒子合并到燒結合金中以進一步提高燒結合金的耐磨性。硬粒子通常如下合并到燒結合金中。將硬粒子粉末混入具有低合金鋼或不銹鋼組合物的粉末中以獲得混合粉末。用這種混合粉末形成生壓坯。然后將該生壓坯燒結以制造燒結合金。

日本專利申請公開No.2001-181807(JP?2001-181807A)描述了含有按質量％計Mo:20至60％、C:0.2至3％、Ni:5至40％、Mn:1至15％和Cr:0.1至10％且余量為Fe和不可避免的雜質的硬粒子。其中還指出例如可以將Co添加到這些硬粒子中。

使用這些硬粒子，在制造含鐵基質的燒結合金時，可以改進硬粒子與作為基料的含鐵基質之間的粘合性。此外，由于在硬粒子處由Mo形成的氧化膜，可以抑制粘著磨損。

通過將Ni添加到JP?2001-181807A中描述的硬粒子中，可以提高固溶在該硬粒子中的Mo量。這有助于改進添加的Mo的氧化特性并由此改進耐磨性。此外，Co具有低堆垛層錯能，因此，將Co添加到該硬粒子中可提高該硬粒子的硬度和改進耐磨性。但是，當在壓實前已通過添加Co提高硬粒子的硬度時，可能損害模壓成生壓坯的可模壓性。此外，這種Ni和Co比其它元素昂貴，從而造成添加了Ni和/或Co的硬粒子的高原材料成本。

考慮到這些點，例如，鐵鉬(Fe-Mo-Si)硬粒子具有低成本，因為它們不含鈷或鎳。在鐵鉬(Fe-Mo-Si)硬粒子的情況下，由于包含Si，該硬粒子本身具有高硬度。但是，在鐵鉬合金與作為基質的鐵基粉末一起壓實并燒結時，形成Si氧化膜。Si氧化膜的形成可能導致隨之阻礙燒結過程中硬粒子與含鐵基質之間的固溶擴散。然后可能降低硬粒子與含鐵基質的粘合強度并可能降低燒結合金的耐磨性。此外，由于Si的氧化抑制了Mo的氧化，硬粒子處的Mo氧化膜的形成受阻。結果，由于在滑動過程中Si氧化膜的破裂而暴露出鐵，因此最終促進粘著磨損。

發明概述

本發明提供用于合并到燒結合金中的硬粒子，其可以廉價地提高通過生壓坯的燒結提供的燒結合金的耐磨性，同時提高在燒結前模壓成生壓坯的可模壓性。本發明還提供含有該硬粒子的耐磨鐵基燒結合金和制造這種燒結合金的方法。

希望提高固溶體中的C量以在不使用Co的情況下提高合并到燒結合金中的硬粒子的硬度。但是，當在硬粒子制造過程中提高固溶體中的C量時，隨之與Mo形成碳化物并可能因此抑制Mo氧化物的生成。此外，當壓實前硬粒子的硬度太高時，損害了壓實過程中的可模壓性，因此所得燒結合金的機械強度可能最終降低。

本發明的第一方面涉及用于合并到燒結合金中的硬粒子。作為原材料合并到燒結合金中的硬粒子由下述成分構成：20至60質量％的Mo、3至15質量％的Mn、以及由Fe和不可避免的雜質構成的余量。

由于該硬粒子不含C并且不含Co，本發明的硬粒子比合并到燒結合金中的傳統硬粒子軟。因此，提高了壓實過程中的模壓密度并提高了與作為基質原材料的鐵基粉末的接觸面積，因此提高了鐵從含鐵基質向硬粒子中的擴散。由此提高了硬粒子與含鐵基質的粘合并隨之提高了燒結合金的機械強度。

硬粒子中存在的Mo形成Mo碳化物，以致硬粒子的硬度和耐磨性提高。此外，由于Mo碳化物和固溶在硬粒子中的Mo形成Mo氧化膜，Mo有效地提高固體潤滑。當Mo的量低于上文指出的下限值時，歸因于硬粒子處的Mo氧化膜的固體潤滑不足并促進燒結合金的粘著磨損。當超過上文指出的上限值時，在燒結時與含鐵基質的粘合降低。這導致燒結合金的機械強度降低。

在燒結過程中，該硬粒子中存在的Mn有效地從硬粒子擴散到燒結合金的基質中并因此有效地改進硬粒子與基質之間的粘合。Mn還使得基質中的奧氏體增加。

當Mn含量比上文指出的下限值低得多時，幾乎不擴散到基質中并降低硬粒子與基質之間的粘合。當Mn含量比上文指出的上限值高得多時，燒結合金的密度降低。

本發明的第二方面涉及用于合并到燒結合金中的硬粒子。作為原材料合并到燒結合金中的硬粒子由下述成分構成：20至60質量％的Mo、3至15質量％的Mn、大于0.01至0.5質量％的C、和由Fe和不可避免的雜質構成的余量。

由于將C添加量限制為不多于0.5質量％，在硬粒子中抑制了由C和Mo生成碳化物。因此，甚至不添加Ni也可提高固溶在硬粒子中的Mo量。