制造高密度高强韧粉末冶金零件用的无粘结剂温压粉末

摘要

本发明提供一种制造高密度、高强韧粉末冶金零件用无粘结剂温压粉末的配方,其组分及其质量百分比用量范围如下:0.2～0.8%的Mn,1.75～3.0%的Ni,0.3～1.0%的Mo,0.1～0.6%的Si,0.3～0.8%的石墨粉,和其余量的Fe,另加上述组分总质量0.1～0.6%的润滑剂。润滑剂是指含聚酰胺共聚物或聚酰胺共聚物与含氟聚乙烯的混合物。本配方使用灵活、方便,粉末成本低,使零件生产厂家摆脱原材料依赖进口及其温压粉末专业生产厂家,可提高自身研究开发新产品的能力,用其制造的零件主要性能接近或超过国际同类产品的先进水平。

说明书

本发明涉及粉末冶金技术，具体是指一种制造高密度高强韧铁基粉末冶金零件用的无粘结剂温压粉末。

粉末冶金技术的优点是以较低的成本制造终形或近终形零件，可节省大量机加工工时和费用，而缺点是密度不高，导致零件性能下降。采用九十年代开发成功并已工业化生产的先进技术——温压工艺，正是克服了零件密度不高的缺点，从而经济有效地提高了零件机械性能。与温压相关的现有技术较多，主要有美国NORTH AMERICA HOEGANAES公司的ANCORDENSE^TM工艺，瑞典HOEGANAES公司的DENSEMIX^TM和加拿大QMP METALPOWDERS公司的FLOWMET^TM粉末系列制造方法。上述温压工艺的生产流程主要是将以合金粉末为基础，添加特殊种类的润滑剂和粘结剂的温压粉末加热至150℃左右后，以约400至700MPa的压力，在加热到上述温度的模具内压制成型。在1120℃～1260℃烧结后，零件密度可达7.4g/cm³(约为无孔隙理论密度的94％)。然而，目前能供应温压粉末的厂家全世界屈指可数，主要是瑞典HOEGANAES，美国NORTH AMERICA HOEGANAES和加拿大QMP METAL POWDERS等几家公司。零件生产厂必须依赖粉末生产厂提供含有特殊粘结剂和润滑剂并适用于温压工艺的合金粉末才能够采用温压工艺生产零件，这对零件生产厂而言，粉末必须依赖国外进口，价格昂贵，不仅经济性差，而且产品开发能力受粉末生产厂产品类型和性能的限制。另外，温压粉末中含有粘结剂，虽然能使粉末混合均匀，但是也由于粘结剂的存在有可能使粉末冶金零件降低了密度。

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种无粘结剂温压粉末，使用该配方以便粉末冶金零件生产厂家灵活、方便地配粉，而原材料不再依赖进口及其温压粉末生产厂家。

本发明的目的是通过以下措施来实现的：

无粘结剂温压铁基粉末组分及其质量百分比用量范围如下：

    组分         粒径         质量百分比

    Mn        ≤74μm        0.2～0.8

    Ni        2～5μm        1.75～3.0

    Mo        ≤74μm        0.3～1.0

    Si        ≤74μm        0.1～0.6

    石墨粉      ≤74μm        0.3～0.8

    其余为粒径≤147μm的Fe

另外再加上述组分总质量的0.1～0.6％的润滑剂，润滑剂是指聚酰胺共聚物或聚酰胺共聚物与含氟聚乙烯的混合物。

本发明与现有技术相比具有如下突出的优点：

1、本发明研制了包括润滑剂配方的无粘结剂温压铁基粉末，并用其直接制造高密度、高强韧的粉末冶金零件。无须使用预合金粉可达到使用预合金粉的性能。不仅解决了依赖国际上为数不多的温压粉末生产厂家供粉的诸多麻烦，而且配粉方法灵活方便，零件生产厂家可根据零件性能要求调整合金的最终成分，使零件生产厂提高了研究、开发新产品的能力。

2、能在满足零件性能要求的前提下，调整粉末配方，不含必须进口的粘合剂和润滑剂，并尽量减少昂贵的组元含量，比如Ni含量，有效地降低生产成本，本发明的价格仅为目前国际市场温压粉末价格的1/2。

3、用本配方制造高密度、高强度铁基粉末冶金零件的主要性能接近或超过国际同类产品的先进水平。

以市面通行的含0.85wt％Mo的HOEGANAES公司产品ANCORDENS 85Hp^TM预合金粉末，另加2wt％的Ni和0.4wt％的石墨粉和美国NORTHAMERICA HOEGANAES公司生产的专供温压使用的润滑剂和粘结剂为例，在145℃以550MPa压力压制成型，并经1260℃烧结后，其烧结坯密度为7.419/cm³，极限拉伸强度为619MPa，延伸率为2.9％。

本发明实施例1、2、3的粉末冶金零件的主要性能，与上述例子相比，烧结密度和极限拉伸强度均相当接近；而延伸率均高于国际同类产品的先进水平。

通过如下实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

无粘结剂温压粉末组分及其质量百分比用量如下：

    组分        粒径        质量百分比

    Mn        ≤74μm         0.6

    Ni        5μm            2.0

    Mo      ≤74μm      0.4

    Si      ≤74μm      0.45

    石墨粉    ≤74μm      0.4

    Fe      ≤147μm     96.15

另外再加上述组分总质量的0.5％的润滑剂。

本实施例润滑剂采用聚酰胺共聚物与含氟聚乙烯的混合物，具体配比如下，按聚酰胺6∶聚酰胺1010=20∶80(质量比)的配比制备聚酰胺共聚物；再按聚酰胺共聚物∶聚四氟乙烯=80∶20(质量比)制备混合物。在175℃下，以600MPa压力压制成型，并经1250℃下烧结后得产品，其烧结坯密度为7.31g/cm³，极限拉伸强度为600MPa，延伸率为3.9％。

实施例2

无粘结剂温压粉末组分及其质量百分比用量与实施例1相同，本实施例润滑剂为采用聚酰胺的共聚物，即聚酰胺6∶聚酰胺1010=20∶80(质量比)共聚物。在175℃下，以700MPa压力压制成型，并经1250℃下烧结后得产品，其烧结坯密度为7.28g/cm³，极限拉伸强度为527MPa，延伸率为6.1％。

实施例3

无粘结剂温压粉末组分及其质量百分比用量如下：

    组分         粒径        质量百分比

    Mn         ≤74μm        0.3

    Ni         5μm           1.75

    Mo         ≤74μm        0.85

    Si         ≤74μm        0.2

    石墨粉       ≤74μm        0.7

    Fe         ≤147μm       96.2

另外再加上述组分总质量的0.25％的润滑剂。

本实施例润滑剂采用聚酰胺共聚物与含氟聚乙烯的混合物，具体配比如下，按聚酰胺6∶聚酰胺1010=20∶80(质量比)的配比制备聚酰胺共聚物；再按聚酰胺共聚物∶聚四氟乙烯=80∶20(质量比)制备混合物。在175℃下，以600MPa压力压制成型，并经1250℃下烧结后得产品，其烧结坯密度为7.29g/cm³，极限拉伸强度为500MPa，延伸率为3.3％。