[發明專利]制造HIP凝固部件的方法及包含耐磨層的HIP部件

在審

• 申請號: 201380063622.2
• 申請日: 2013-11-28
• 公開（公告）號: CN104837583A
• 公開（公告）日: 2015-08-12
• 發明（設計）人: 托馬斯·貝格隆德
• 申請（專利權）人: 山特維克知識產權股份有限公司
• 主分類號: B22F3/15
• 分類號: B22F3/15;C22C19/03;C22C29/08;C22C32/00;B22F7/08;B25D9/14
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 蔡石蒙;車文

技術領域

本發明涉及一種制造根據權利要求1的前序部分的HIP凝固部件的方法。本發明還涉及一種根據權利要求10的前序部分的HIP凝固部件。本發明還涉及一種根據權利要求15的用于制造HIP凝固部件的粉末混合物。

背景技術

經受磨損的部件，比如在開采應用中的耐磨部件，通常設置有耐磨材料層。在某些情形中，整個部件可以由耐磨材料制造。

等離子體轉移弧焊接(PTAW)是用于在產品上制造耐磨涂層的常規方法。在PTAW中，硬質碳化鎢顆粒和韌性(ductile)金屬粉末的粉末混合物被通過噴嘴供應到等離子體中，在等離子體中，粉末熔化，使得固體碳化鎢顆粒懸浮在熔融的金屬粉末中。熔化的粉末被轉移到鋼制部件的表面上，在此處，熔化的粉末凝固成包括處在較韌性金屬粘結劑相的基體中的硬質碳化鎢顆粒的耐磨層。在耐磨層中，硬質相和韌性相以及其分布的體積比對于耐磨層的性能和總體壽命是非常重要的。

然而，通過PTAW施加的耐磨層具有很多缺陷。例如，在凝固由PTAW施加的耐磨層期間，合金元素在熔融的金屬基體中分離并使比如硼化物和碳化物的夾雜物快速生長成大塊或細長的針狀形狀。隨著夾雜物生長，它們相互連接并形成在相鄰的碳化鎢顆粒之間的韌性金屬相中的脆性網，因而降低耐磨層的韌性。圖9顯示了常規的PTAW施加的材料的一部分的SEM圖像。在該圖像中，相互連接的針狀和塊狀硼化物和碳化鎢的網在大的白色鎢顆粒之間的基體中是可見的。

而且，由于碳化鎢和粘結劑相的金屬合金之間的密度差，碳化鎢趨向于朝向所施加的耐磨層的底部下沉。這造成耐磨層的表面區域中硬質顆粒的較低密度，因此降低耐磨層的硬度。圖8顯示了常規PTAW施加的材料的一部分，其中表面區域具有很少碳化鎢。

進一步難以利用PTAW制造較厚的耐磨層，這是因為熱應力在凝固期間在層中產生。而且，難以使用PTAW將耐磨層施加到復雜形狀的部件。

因此，本發明的目的是解決上述問題中的至少一個。具體地，本發明的目的是實現一種允許制造具有改進的耐磨性的部件的方法。本發明的另外的目的是實現一種具有高耐磨性的部件。本發明的又一目的是提供一種允許制造具有高耐磨性的部件的粉末混合物。

發明內容

根據本發明的第一方面，上述目的中的至少一個通過一種制造耐磨部件的方法來實現，該方法包括如下步驟：

-提供限定所述部件的形狀的至少一部分的模子；

-提供第一粉末，其中所述第一粉末是包含30-70vol％的碳化鎢粉末和70-30vol％的鎳基合金粉末的粉末混合物，其中鎳基合金按重量％計由以下組成：

C:0-1.0；Cr:0-14.0；Si:2.5-4.5；B:1.25-3.0；Fe:1.0-4.5；平衡量的Ni和不可避免的雜質；并且其中碳化鎢粉末具有105-250μm的顆粒尺寸且鎳基合金粉末具有32μm的最大顆粒尺寸；

-用所述粉末混合物填充所述模子的至少一部分；

-使所述模子在預定的溫度、預定的等靜壓力下經受預定的時間的熱等靜壓(HIP)，使得鎳基合金的顆粒彼此冶金結合。

本發明方法的主要優點是：整個HIP過程在低于鎳基合金的熔點的溫度下執行，使得鎳基合金顆粒擴散結合到彼此。在HIP期間，在鎳基合金基體中析出硼化物和碳化物。硼化物和氮化物析出物的生長率還有形狀受合金元素穿過固體基體的擴散率限制。在基體中析出的硼化物和碳化物因此是小的，典型地具有5至10μm的顆粒尺寸且以單個離散顆粒的形式分布在韌性基體材料中。

在由本發明方法制造的HIP部件中，這是有利的，因為小的且離散分布的硼化物和碳化物析出物在不造成過量脆性的情況下加強韌性鎳基合金基體。該機制防止基體的所謂的“洗出(wash-out)”且由此增加部件的耐磨性。

關于在本發明方法中使用的粉末混合物，重要的是，鎳基合金顆粒的平均尺寸與碳化鎢顆粒的平均尺寸相比較小。這具有如下效果：粉末混合物可以以基本上所有碳化鎢顆粒分別單獨地嵌入在鎳基合金顆粒中且均勻地分布在粉末混合物中的方式進行共混和處理。或者，換句話說，使得基本上每一個鎢顆粒完全地被鎳基合金顆粒包圍。“基本上所有”意味著僅碳化鎢顆粒的非常小的部分彼此接觸。術語“均勻地”意味著相鄰的鎢顆粒之間的距離在整個粉末混合物體積中近似恒定。

在由本發明方法制造的HIP部件中，在鎳基合金基體中離散的、沒有相互連接的顆粒的均質分布將在整個部件中產生均勻的硬度且因此產生高的耐磨性。

附圖說明

圖1是顯示了用于制造HIP凝固部件的本發明方法的步驟的流程圖。