[發(fā)明專利]預合金化鐵基粉末、含有預合金化鐵基粉末的鐵基粉末混合物和由該鐵基粉末混合物制造壓制和燒結部件的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580061828.0
• 申請日: 2015-09-15
• 公開（公告）號: CN107002210A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設計）人: O·貝格曼
• 申請（專利權）人: 霍加納斯股份有限公司
• 主分類號: C22C38/22
• 分類號: C22C38/22;C22C38/04;C22C33/02;B22F5/08;B22F3/24
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 彭立兵,林柏楠

發(fā)明領域

本發(fā)明涉及預合金化鐵基粉末。本發(fā)明特別涉及包括少量合金元素的預合金化鐵基粉末，以成本有效地制造燒結零件，特別是齒輪。

背景

在工業(yè)中，通過壓實和燒結金屬粉末組合物制成的金屬產(chǎn)品的應用變得越來越廣泛。生產(chǎn)具有各種形狀和厚度的許多不同產(chǎn)品。質量要求不斷提高，同時希望降低成本。使用單軸壓制的粉末冶金(PM)技術能夠成本有效地制造部件，尤其是在長序列中制造復雜部件時，因為不需要昂貴的機械加工就可制造凈形狀(net shape)或近凈形狀部件。但是，使用單軸壓制的PM技術的一個缺點在于，燒結零件表現(xiàn)出一定孔隙度，這可能不利地影響該零件的機械性質。PM工業(yè)內的發(fā)展因此涉及基本沿兩個不同的發(fā)展方向克服孔隙度的負面影響。

一個方向是通過將粉末壓實至較高生坯密度(GD)、促進燒結至高燒結密度(SD)和/或在生坯體(green body)收縮至高SD的條件下進行燒結來降低孔隙量。也可以通過不同種類的表面致密化操作除去部件表面區(qū)域(在此孔隙度對機械性質最有害)的孔隙以消除孔隙度的負面影響。

另一發(fā)展路徑集中于添加到鐵基粉末中的合金元素。合金元素可作為混合粉末添加；完全預合金化到基礎鐵粉中；或通過所謂擴散結合法結合到基礎鐵粉的表面上。碳通常以石墨形式混入以避免粉末硬度的有害提高和可壓縮性的降低(如果預合金化)。其它常用合金元素是銅、鎳、鉬和鉻。但是，合金元素，尤其是鎳、銅和鉬的成本使得這些元素的添加不那么有吸引力。在廢料再循環(huán)過程中銅也會累積，因此此類再循環(huán)材料不適用于不需要銅或需要最低限度銅的許多鋼等級。由于低成本和優(yōu)異的可硬化效應，鉻更有吸引力。

US 4 266 974公開了僅含錳和鉻作為有意加入的合金元素的在所要求保護的范圍外的合金粉末的實例。這些實例含有2.92％的鉻及0.24％的錳，4.79％的鉻及0.21重量％的錳，或0.55％的鉻及0.89重量％的錳。

JP59173201公開了含有鉻、錳和鉬的低合金鋼粉的還原退火方法。一個實例顯示具有1.14重量％的鉻含量和1.44重量％的錳含量作為僅有的有意加入的合金元素的粉末。

在US 6 348 080中公開了鉻、錳和鉬基預合金化鋼粉。

WO03/106079公開了具有比US 6 348 080中描述的鋼粉低的合金元素含量的鉻、錳和鉬合金化鋼粉。該粉末適合在高于大約0.4重量％的碳含量下形成貝氏體結構。

近年來，工業(yè)中對通過PM工藝制造用于汽車用途的部件，如齒輪和同步轂(synchronization hub)表現(xiàn)出提高的興趣，因為此類部件在長序列(long series)中制造并通常具有適合這種制造法的尺寸和形狀。但是，已經(jīng)表明，難以獲得對此類部件而言足夠的強度和硬度以耐受此類部件經(jīng)受的惡劣環(huán)境。為了克服這些問題，必須采用附加工藝步驟，如表面致密化，以獲得足夠的表面硬度和尺寸公差(dimensional tolerance)。也遇到與燒結部件的硬化相關的問題，因為在采用通過在常壓下氣體滲碳接著在油中淬火的傳統(tǒng)表面硬化工藝時，該部件中的孔隙率使得難以控制表面硬化層深度。此外，PM齒輪的傳統(tǒng)表面硬化造成含有氧化敏感的合金元素，例如鉻的粉末材料氧化的問題。因此，需要用于制造針對高負荷狀況(stressful conditions)的PM部件的改進的材料和方法。

發(fā)明概述

能夠更好控制PM零件的表面硬化層深度以及將Cr合金材料的氧化問題減至最低的一種備選的表面硬化法是低壓滲碳(LPC)和隨后高壓氣淬(HPGQ)。結合高溫真空燒結與通過LPC-HPGQ法熱處理的爐技術提供成本有效地制造優(yōu)質PM部件，如齒輪和同步轂的優(yōu)異可能性。這種技術也非常適用于加工成本有效的鉻合金粉末鋼材料。用于例如齒輪和同步轂的此類粉末材料的關鍵特征是高可壓縮性(能夠壓實至高部件密度)、高純度(以避免夾雜物對機械性質的有害作用)和對LPC-HPGQ法優(yōu)化的可硬化性(以在氣淬(gas quenching)后在齒輪中提供所需微結構)。本發(fā)明包括旨在具有所有上述關鍵特征的新型低成本低(lean)預合金化鐵基粉末。因此，盡管該合金粉末中的合金元素含量低并且與傳統(tǒng)油淬火相比HPGQ的冷卻速率相對較低，但該材料的可硬化性足以提供通過該新型方法制成的PM部件，如齒輪和同步轂的優(yōu)異性質。術語低壓滲碳在本文中也意在包括低壓碳氮共滲(carbonitriding)。

詳述