[發明專利]用于鋁鑄件的燒結粉末金屬嵌件的粉末金屬合金組合物

在審

• 申請號: 201880077573.0
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN111527221A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: I·W·唐納德森
• 申請（專利權）人: GKN燒結金屬有限公司
• 主分類號: C22C33/02
• 分類號: C22C33/02;B22D19/00;B22F5/00;F16C9/02;F16C33/14;B22F7/08
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 蔡文清;沙永生

粉末金屬合金組合物用于生產用于鑄造入鋁鑄件中的燒結粉末金屬嵌件。粉末金屬合金組合物包含鐵粉末金屬基底、銅和碳，以使得銅占粉末金屬合金組合物的3.5重量％或更高，并且碳含量占粉末金屬合金組合物的0.1至1.0重量％。在將粉末金屬合金組合物壓實并燒結以形成燒結粉末金屬嵌件后，該燒結粉末金屬嵌件具有銅梯度，所述銅梯度在燒結粉末金屬嵌件的表面上提供比燒結粉末金屬嵌件晶粒中心更高的銅濃度。嵌件表面處的較高銅濃度能夠在鑄造期間與鋁鑄件形成牢固的冶金結合。

相關申請的交叉引用

本申請要求享受2017年11月30日提交的名為《用于鋁鑄件的燒結粉末金屬嵌件的粉末金屬合金組合物》的美國臨時專利申請號62/592,814的優先權，其通過引用全文納入本文以用于所有目的。

聯邦資助研究或開發的聲明

無。

發明領域

本公開涉及一種改進的含鐵粉末金屬合金組合物，用于形成用于鑄造入鋁鑄件的燒結粉末金屬嵌件。

背景技術

在活塞發動機中，凸輪軸用于控制閥門，并且曲軸通過連桿與活塞連接，以便將線性運動轉換成隨后可以有效利用的旋轉運動(例如，驅動車輛運動)。該軸由軸承保持和支撐，所述軸承在發動機運行期間使軸能夠旋轉。在發動機運轉期間，這些軸承和連接到軸承的軸經受相當大的發動機負荷，因此需要在結構上的適當支撐。

雖然需要支撐發動機軸的軸承結構支架，但還存在一些發動機設計考慮(例如，減輕重量以提高燃料經濟性、降低材料成本)，這些發動機設計考慮導致許多現代發動機機體(engine block)盡可能地由鋁或其合金而不是鐵或其合金鑄造而成。雖然利用鋁有助于減輕重量，但使用鋁基發動機機體而不是鐵基發動機機體通常需要對容納軸承的區域進行進一步支撐。

對于鑄鋁發動機機體，通常將往往由鑄鐵制成的支撐嵌件鑄入鋁發動機機體中。當凸輪軸拴住并施加發動機負載時，這些嵌件在軸承支架區域中提供提高的強度和剛性。作為一個具體實例，對于主軸承嵌件(“MBI”)，該嵌件可以由鑄鐵形成，然后將鋁合金(通常為A380鋁合金)鑄造在鑄鐵嵌件周圍。在鑄造期間，將嵌件機械鎖定在適當位置，并且使鑄造材料在嵌件的幾何形狀部分周圍凝固，以將嵌件保持在適當位置。

發明內容

本文公開了一種用于形成軸承嵌件的改進的粉末金屬組合物，其可以在發動機生產中鑄造到鋁或鋁合金中。盡管常規的鑄鐵嵌件依靠嵌件幾何特征中鑄造鋁或鋁合金的機械聯鎖，但是在所公開的含鐵燒結粉末金屬軸承嵌件的微觀結構中，在燒結粉末金屬嵌件表面上的銅優先更高。燒結粉末金屬嵌件表面上增加的含銅量使得能夠在與鋁鑄造材料接觸時產生冶金結合。為了在嵌件表面處實現銅的增加以在鑄造期間形成該冶金結合，可以對含鐵嵌件的粉末金屬配方進行精心設計，從而在粉末金屬嵌件制造期間形成銅梯度，其可以在鑄造期間被進一步利用。

根據一個方面，公開了一種粉末金屬合金組合物，用于生產用于鑄造成鋁鑄件的燒結粉末金屬嵌件。粉末金屬合金組合物包含鐵粉末金屬基底、添加到鐵粉末金屬基底的銅和碳，以使得銅占粉末金屬合金組合物的3.5重量％或更高，并且碳含量占粉末金屬合金組合物的0.1至1.0重量％。可以預期，在鐵粉末金屬基底和/或混合含銅粉末金屬中，銅可以作為預合金化銅提供。在將粉末金屬合金組合物壓實并燒結以形成燒結粉末金屬嵌件后，該燒結粉末金屬嵌件具有銅梯度，所述銅梯度在燒結粉末金屬嵌件的表面上提供比燒結粉末金屬嵌件晶粒中心更高的銅濃度。

在組合物的一些形式中，混合含銅粉末金屬可以是元素銅粉末金屬。該混合含銅粉末金屬還可以是非含鐵的(意味著在含鐵組合物的情況下不可能被描述為預合金化)