專利名稱：氮化燒結(jié)鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過單次壓制和單次燒結(jié)制造燒結(jié)部件的方法和通過該方法制成的燒結(jié)部件。該方法提供具有與由冷鑄鐵制成的部件相當(dāng)?shù)哪湍バ缘臒Y(jié)鋼部件的成本有效的制造。
背景技術(shù)：
在工業(yè)中，通過壓實(shí)和燒結(jié)金屬粉末組合物制成的金屬產(chǎn)品的應(yīng)用變得日益廣泛。正在生產(chǎn)具有各種形狀和厚度的許多不同產(chǎn)品，對質(zhì)量的要求不斷提高，同時(shí)希望降低成本。由于通過鐵基粉末組合物的壓制和燒結(jié)在高材料利用度下獲得凈形部件或只需很少機(jī)械加工就可達(dá)到最終形狀的近凈形部件，因此這種技術(shù)極大優(yōu)于金屬部件的傳統(tǒng)成形技術(shù)，例如由棒料、鑄件或鍛件模制或機(jī)械加工。 希望提高燒結(jié)部件的性能以使更多部件可換成這種成本有效的技術(shù)。通過壓制和燒結(jié)技術(shù)已成功制造例如汽車工業(yè)中的各種工業(yè)鋼部件。為具有嚴(yán)格的性能、設(shè)計(jì)和耐用性要求的用途大規(guī)模制造汽車部件。如果可滿足綜合品質(zhì)要求，單次壓制和單次燒結(jié)技術(shù)因此非常適合制造這樣的部件。對汽車工業(yè)中的某些傳動(dòng)系和氣門系部件(例如凸輪凸角)而言，對耐磨性的要求迄今導(dǎo)致很難換成常規(guī)燒結(jié)產(chǎn)品。這種部件的主要制造技術(shù)現(xiàn)在是由棒料機(jī)械加工或用冷鑄鐵(CCI)鑄造。在耐磨性要求略低的小型車凸輪凸角的情況下，已使用兩次壓制/兩次燒結(jié)成功制造部件。但是迄今還沒有涉及單次壓制和單次燒結(jié)的制造技術(shù)已被證實(shí)提供了與使用CCI制成的部件相當(dāng)?shù)哪湍バ浴O 2006/045000涉及由鐵基粉末金屬混合物制成的用于凸輪凸角和其它高耐磨制品的滲碳燒結(jié)合金，所述混合物由O. 5-3. O % Mo、1-6. 5 % Cr、1-5 % V和余量的Fe和雜質(zhì)構(gòu)成。但是，耐磨性沒有達(dá)到與CCI部件相同的水平。
發(fā)明概要已經(jīng)出乎意料地發(fā)現(xiàn)，通過與溫模具壓實(shí)和短氮化法結(jié)合使用某些鐵基粉末合金組合物，可以制造具有與用CCI制成的部件相當(dāng)?shù)哪湍バ缘牟考８唧w地，這可以由通過單次壓制和單次燒結(jié)制造燒結(jié)部件的方法實(shí)現(xiàn)，所述方法包括下述步驟a)提供預(yù)合金化的鐵基鋼粉，其包含少于O. 3重量％的Mn和下述成分的至少一種0. 2-3.5重量％的量的Cr、0. 05 - I. 20重量％的量的Mo和O. 05-0. 4重量％的量的V，和最多O. 5%的附帶雜質(zhì)，余量是鐵，b)將所述預(yù)合金化的鐵基鋼粉與潤滑劑和石墨和任選地機(jī)械加工增強(qiáng)劑和其它常規(guī)燒結(jié)添加劑混合，c)在400 - 2000MPa的壓力對步驟b)的混合組合物施以壓實(shí)，由此提供壓實(shí)體，d)在還原氣氛中在1000-1400°C的溫度將來自步驟c)的所述壓實(shí)體燒結(jié)，由此提供燒結(jié)部件，e)在含氮?dú)夥罩性?00 - 600°C的溫度將步驟d)的所述燒結(jié)部件氮化，其中保溫時(shí)間(soaking time)小于3小時(shí)。根據(jù)該方法制成的部件表現(xiàn)出與CCI部件類似的耐磨性。該部件具有硬殼及較軟的核并因此沒有全硬化。全硬化部件比具有較軟核的殼硬化部件更難制造組裝件。該方法特別適合在油潤滑環(huán)境中工作的汽車部件，其中工作溫度低于250°C且所述部件具有依賴于滑動(dòng)的功能。例如，凸輪凸角、鏈輪、CVT和其它傳動(dòng)系、氣門系和發(fā)動(dòng)機(jī)部件。該方法當(dāng)然也適合制造需要良好耐磨性的用于其它用途的部件。發(fā)明詳述
鐵基合金鋼粉的制備優(yōu)選通過包含合金元素的鐵熔體的水霧化制造該方法的步驟a)中提供的預(yù)合金化的鐵基鋼粉?？梢赃M(jìn)一步對該霧化粉末施以還原退火法。該預(yù)合金化粉末合金的粒度可以為任何尺寸，只要其與壓制和燒結(jié)法相容即可。典型粒度的實(shí)例是可獲自HiiganiiSAB, Sweden的已知粉末ABC100. 29的粒度，其最多2. O重量％高于180微米且15-30重量％低于45微米。但是，可以使用更粗及更細(xì)粒度的粉末。粗鐵基鋼粉的使用在粉末冶金領(lǐng)域中越來越普及。這樣的粉末的實(shí)例是平均粒度為75至300微米的鐵基粉末，其中少于10%的粉末粒子具有低于45微米的粒度且高于212微米的粒子的量大于20%。也可以使用較細(xì)的鐵基鋼粉。在使用細(xì)粉時(shí)，它們優(yōu)選用粘合劑和/或助流劑粘合以提供較好的粉末性質(zhì)和可壓縮性。這種粉末可例如具有20-60微米的平均粒度。預(yù)合金化的鋼粉的含量 該方法的步驟a)中提供的預(yù)合金化鋼粉是鐵基的，并包含Mn和至少一種選自Cr、Mo和V的元素。該預(yù)合金化鋼粉可任選地進(jìn)一步包含Ni和/或附加的強(qiáng)氮化物形成元素，例如鶴、欽、銀和/或招。錳Mn以O(shè). 02-0. 3重量％的量存在。在實(shí)踐中，在使用回收碎屑時(shí)很難實(shí)現(xiàn)低于O. 02重量％的含量，除非在制鋼過程中進(jìn)行特定的還原處理，這提高了成本。此外，錳提高鋼粉的強(qiáng)度、硬度和可淬硬性，因此優(yōu)選具有高于O. 05重量％或優(yōu)選高于O. 9重量％的錳含量。高于O. 3重量％的Mn含量會提高鋼粉中含錳夾雜物的形成，也由于固溶硬化和提高的鐵素體硬度而對可壓縮性具有負(fù)面影響。因此，Mn含量不應(yīng)超過O. 3重量％。Mn的最優(yōu)選范圍是O. 1-0. 3重量％。作為合金元素的鉻Cr用于通過固溶硬化增強(qiáng)基質(zhì)。鉻還提高燒結(jié)體的可淬硬性和耐磨性。此外，Cr是非常強(qiáng)的氮化物形成劑并由此促進(jìn)氮化。如果添加鉻，其應(yīng)以至少
0.2重量％的量添加以對燒結(jié)部件的性質(zhì)產(chǎn)生所需影響，優(yōu)選至少O. 4重量％，更優(yōu)選至少
1.3重量％。但是，隨著鉻添加量增加，燒結(jié)過程中對受控氣氛的要求提高，以致部件的制造更昂貴。因此，如果添加鉻，其應(yīng)為最多3. 5重量％ Cr，優(yōu)選最多3. 2重量％。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，鉻含量為O. 4-2. O重量％，更優(yōu)選I. 3-1. 9重量％。在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，鉻含量為2. 8-3. 2重量％。鑰Mo穩(wěn)定燒結(jié)后的鐵素體。如果添加鑰，其應(yīng)以至少O. I重量％的量添加以對燒結(jié)部件的性質(zhì)產(chǎn)生所需影響，優(yōu)選為至少O. 15重量％的量。不希望具有太高的Mo含量，因?yàn)檫@對性能的貢獻(xiàn)不足。因此，如果添加鑰，其應(yīng)為最多I. 2重量％ Mo，優(yōu)選最多O. 6重量％。在一些實(shí)施方案中，鋼可基本不含Mo，具有低于O. I重量％，優(yōu)選低于O. 05重量％的Mo含量。釩V通過沉淀硬化提高強(qiáng)度。釩還具有粒度細(xì)化作用并且是強(qiáng)氮化物形成元素。如果添加釩，其應(yīng)以至少O. 05重量％的量添加以對燒結(jié)部件的性質(zhì)產(chǎn)生所需影響，優(yōu)選至少O. I重量％的量,更優(yōu)選至少O. 25重量％的量。但是,高鑰;含量促進(jìn)氧吸收，由此提高由該粉末制成的部件中的氧含量，太高的量是不合意的。因此釩含量應(yīng)為最多O. 4重量％，優(yōu)選最多O. 35重量％。所述預(yù)合金化的鋼粉還可任選包含附加的如本領(lǐng)域中已知的強(qiáng)氮化物 形成元素，例如選自鎢(W)、鈦(Ti)、鈮(Nb)和鋁(Al)的一種或多種元素。如果添加，所述任選的附加強(qiáng)氮化物形成元素的總量應(yīng)為O. 05重量％至O. 50重量％,優(yōu)選O. I重量％至O. 4重量％,更優(yōu)選O. 15重量％至0. 30重量％。鎳Ni提高強(qiáng)度和硬度，同時(shí)提供良好的延性。但是，鎳是昂貴的元素，如果可能則要避免。如果添加，含量保持低。該預(yù)合金化鋼粉可任選包含0.1-1.0重量％、優(yōu)選O. 1-0.5重量％的量的Ni。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該預(yù)合金化鋼粉基本不含鎳，因此含有低于O. I重量％，優(yōu)選低于O. 05重量％。氧O為最多O. 25重量％。太高的氧含量損害燒結(jié)部件的強(qiáng)度，并損害該粉末的可壓縮性。由于這些原因，O優(yōu)選為最多O. 18重量％。在實(shí)踐中，在使用水霧化技術(shù)時(shí)，難以達(dá)到低于O. I重量％的氧含量。水霧化和退火的粉末中的氧含量因此通常為O. 10 - O. 18
Mfi % ο該鋼粉中的碳C應(yīng)為最多O. I重量％，優(yōu)選少于O. 05重量％，更優(yōu)選少于O. 02重
量％，氮N應(yīng)為最多O. I重量％，優(yōu)選少于O. 05重量％，更優(yōu)選少于O. 02重量％。更高的碳和氮含量會不可接受地降低該粉末的可壓縮性。各附帶雜質(zhì)元素，例如選自銅(Cu)、磷(P)、硅(Si)、硫(S)的任何元素和不是有意添加到合金中的任何其它元素，量應(yīng)少于O. 15%，優(yōu)選地各元素少于O. 10%，更優(yōu)選少于O. 05%，最優(yōu)選少于O. 03重量％，以便不損害該鋼粉的可壓縮性或充當(dāng)有害夾雜物的前體。所有附帶雜質(zhì)的總量應(yīng)少于O. 5重量％，優(yōu)選少于O. 3重量％，更優(yōu)選少于O. 2重量％。預(yù)合金化鋼粉的優(yōu)詵實(shí)施方案在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的預(yù)合金化鋼粉如下構(gòu)成(按重量％計(jì))Fe:余量Μη:0. 09 - O. 3Cr: I. 3 - I. 9Mo: O - O. 3和最多O. 3附帶雜質(zhì)。在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的預(yù)合金化鋼粉如下構(gòu)成(按重量％計(jì))Fe:余量Μη:0. 09 - O. 3Cr: I. 3 - I. 6Mo:O. 15 - O. 3
和最多O. 3附帶雜質(zhì)。在又一優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的預(yù)合金化鋼粉如下構(gòu)成(按重量％計(jì))Fe:余量Μη:0. 09 - O. 3Cr: I. 5 - I. 9Mo: 0-0. I和最多O. 3附帶雜質(zhì)。在又一優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的預(yù)合金化鋼粉如下構(gòu)成(按重量％計(jì))Fe:余量Μη:0. 09 - O. 3Cr:2. 8 - 3. 2 Mo:O. 4 - O. 6和最多O. 3附帶雜質(zhì)。在又一優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的預(yù)合金化鋼粉如下構(gòu)成(按重量％計(jì))Fe:余量Μη:0. 09 - O. 3V:0. 05 - O. 4Mo: 0-0. I和最多O. 3附帶雜質(zhì)。粉末組合物在壓實(shí)之前，將預(yù)合金化鋼粉與潤滑劑、石墨、任選地一種或多種機(jī)械加工增強(qiáng)劑和任選地其它常規(guī)添加劑(例如硬相材料)混合。為了提高該燒結(jié)部件的強(qiáng)度和硬度，在基質(zhì)中引入碳。碳以石墨形式以該組合物的O. 15-1. O重量％的量添加到該組合物中。少于O. 15重量％的量會導(dǎo)致太低的強(qiáng)度，高于I. O重量％的量會導(dǎo)致過度形成碳化物，從而不利地影響氮化物形成性質(zhì)。石墨優(yōu)選以O(shè). 20-0. 80重量％的量、更優(yōu)選以O(shè). 30 - O. 60重量％的量添加。向該組合物中加入潤滑劑以利于壓實(shí)和壓實(shí)部件的推出。少于該組合物的O. 05重量％的潤滑劑的添加具有微不足道的作用，高于該組合物的2重量％的添加會造成壓實(shí)體的密度太低。添加的潤滑劑的量優(yōu)選為該組合物的O. 3-0. 8重量％，更優(yōu)選為該組合物的O. 4-0. 6重量％?？梢允褂眠m合壓實(shí)的任何類型的潤滑劑。潤滑劑可選自金屬硬脂酸鹽、蠟、脂肪酸及其衍生物、具有潤滑作用的低聚物、聚合物和其它有機(jī)物。在一個(gè)實(shí)施方案中，選擇適合用加熱模具壓實(shí)的復(fù)合潤滑劑粒子，例如包含核的復(fù)合潤滑劑粒子，所述核是10-60重量％的至少一種具有多于18個(gè)和不多于24個(gè)碳原子的伯脂肪酸酰胺和40-90重量％的至少一種脂肪酸雙酰胺的核，所述潤滑劑粒子還包含附著在核上的至少一種金屬氧化物的納米粒子。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，適合用加熱模具壓實(shí)的復(fù)合潤滑劑粒子包含10-30重量％的所述至少一種伯脂肪酸酰胺和70-90重量％的所述至少一種脂肪酸雙酰胺。所述至少一種脂肪酸雙酰胺優(yōu)選選自亞甲基雙油酸酰胺、亞甲基雙硬脂酰胺、亞乙基雙油酸酰胺、亞己基雙硬脂酰胺和亞乙基雙硬脂酰胺。所述至少一種金屬氧化物的納米粒子優(yōu)選選自Ti02、A1203、Sn02、Si02、Ce02和氧化鈦銦。銅Cu是粉末冶金技術(shù)中常用的合金元素。Cu會通過固溶硬化來提高強(qiáng)度和硬度。Cu也促進(jìn)燒結(jié)過程中燒結(jié)頸的形成，因?yàn)殂~在達(dá)到燒結(jié)溫度之前熔融，以提供所謂的液相燒結(jié)。所述粉末可任選地與Cu、優(yōu)選O. 2-3重量％的量的Cu混合。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，不將銅混入該組合物中。鎳Ni提高強(qiáng)度和硬度，同時(shí)提 供良好的延性。但是，高于I. 5重量％的含量傾向于在熱處理?xiàng)l件下形成富Ni奧氏體，這降低該材料的強(qiáng)度。該粉末可任選與O. 1-1. 5重量％的量的Ni混合。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，不將鎳混入該組合物中。機(jī)械加工性增強(qiáng)劑可任選地以該組合物的O. I - I. O重量％的量混入該組合物中。低于0.1%則效果不夠好，高于1.0%不增加額外改進(jìn)。優(yōu)選地，如果混入，該機(jī)械加工性增強(qiáng)劑的量為該組合物的O. 2 - O. 8重量％，更優(yōu)選為該組合物的O. 3 - O. 7重量％。該機(jī)械加工性增強(qiáng)劑優(yōu)選選自MnS、MoS2, CaF2和/或頁硅酸鹽，例如高嶺石、蒙脫石、膨潤土和云母(例如白云母或金云母)。在工作條件下，所述機(jī)械加工性增強(qiáng)劑還充當(dāng)固體潤滑劑，因此有助于提高部件的耐磨性?？扇芜x地將其它常規(guī)燒結(jié)添加劑(例如硬相材料)混入該組合物中。壓實(shí)將該鐵基粉末組合物轉(zhuǎn)移到壓模中并施以400_2000MPa、優(yōu)選500_1200MPa的壓實(shí)壓力。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在壓實(shí)之前和之中將壓機(jī)中的模具加熱至40-100°C、優(yōu)選50-80°C的溫度。這種技術(shù)被稱作“溫模具壓實(shí)”或“加熱模具壓實(shí)”。部件優(yōu)選壓實(shí)至至少7. 10克/立方厘米、優(yōu)選至少7. 15克/立方厘米、更優(yōu)選至少7. 20克/立方厘米的生坯密度。由于潤滑劑和壓實(shí)工藝的選擇，可以實(shí)現(xiàn)高生坯密度，以確保高燒結(jié)密度而沒有過度尺寸變化。這提供燒結(jié)部件的良好公差和封閉孔隙率。燒結(jié)將所得生坯部件進(jìn)一步在還原氣氛中在大約1000-1400°C的溫度燒結(jié)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，將該部件在1000-1200°C、優(yōu)選1050 - 1180°C、最優(yōu)選1080 - 1160°C的常規(guī)燒結(jié)溫度燒結(jié)。但是，根據(jù)要求，也可以將該部件在例如1200 - 140(TC、優(yōu)選1200 -1300°C、最優(yōu)選1220 - 1280°C的更高溫度燒結(jié)。將該部件燒結(jié)至7. I至7. 6克/立方厘米、優(yōu)選7. 15至7. 50克/立方厘米、更優(yōu)選7. 20至7. 45克/立方厘米的密度。但是，也可以燒結(jié)至比7. 6克/立方厘米高的密度。后饒結(jié)處理然后對燒結(jié)部件施以氮化法，以獲得所需微結(jié)構(gòu)。在含氮?dú)夥罩性诖蠹s500°C的溫度進(jìn)行氮化法。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在氮?dú)夂蜌錃獾幕旌衔镏性?00 - 600 V、優(yōu)選470 ° -5800C的溫度以小于3小時(shí)、優(yōu)選小于2小時(shí)、更優(yōu)選小于I小時(shí)的保溫時(shí)間(soaking time)進(jìn)行氮化法。但是,氮化過程中的保溫時(shí)間(soaking time)優(yōu)選為至少10分鐘，更優(yōu)選至少20分鐘。任選地，可以使用其它常見類型的氮化法，例如(但不限于)碳氮共滲和滲碳氮化。通常，在氣體氮化燒結(jié)部件時(shí)，該燒結(jié)部件需要先蒸汽處理以封閉孔隙并能控制氮滲透，因?yàn)榈^度滲入部件中可能造成脆性結(jié)構(gòu)。但是，在根據(jù)本發(fā)明提供部件時(shí)，這種步驟不是必要的，因?yàn)樗鶎?shí)現(xiàn)的燒結(jié)密度高到足以確保封閉孔隙率。該部件因此可以在沒有預(yù)先蒸汽處理步驟的情況下以受控方式外殼氮化(case nitrided)。使用本發(fā)明的方法，部件的表面包含I至20微米、優(yōu)選5至15微米厚的富含氮化物的所謂白層或化合物層，和達(dá)到大約1-6毫米深、優(yōu)選1-4毫米的富含氮化物的硬化區(qū)。制成部件的性質(zhì)根據(jù)本發(fā)明制成的部件在滑動(dòng)潤滑接觸中實(shí)現(xiàn)高耐磨性。所實(shí)現(xiàn)的耐磨性與用冷鑄鐵制成的部件相當(dāng)。該燒結(jié)部件在燒結(jié)后就具有封閉孔隙率，因而不需要在氣體氮化之前進(jìn)行蒸汽處
理。 此外，通過所述方法制成的部件與CCI部件相比包括更深的表面孔隙，這在工作條件下，不受制于任何特定理論，看起來提供和潤滑油一樣的潤滑作用且機(jī)械加工增強(qiáng)劑存在于這些孔隙內(nèi)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，氮化的制成部件在O. 5至I毫米深度處的硬度大于核的兩倍，在核硬度為大約300MHV0. 05時(shí)優(yōu)選高于600MHV0. 05，更優(yōu)選高于700MHVa(l5，或在核硬度為大約350MHVa(l5時(shí)高于700MHVa(l5，優(yōu)選高于800MHVa(l5?？倸ど疃葢?yīng)為O. 5 - 4. O毫米，優(yōu)選I. O - 3. O毫米，更優(yōu)選I. 5 - 2. 5毫米。術(shù)語核硬度應(yīng)被解釋為氮化前的部件中心的硬度值。術(shù)語總殼深度應(yīng)被解釋為硬度值與核硬度值相同之處距部件表面的距離。根據(jù)實(shí)施例部分中描述的試驗(yàn)方法，制成部件應(yīng)在潤滑滑動(dòng)接觸中表現(xiàn)出良好耐磨性。在2. 5m/s的滑動(dòng)速度下測試100秒時(shí)，該部件應(yīng)在最多至少800MPa、優(yōu)選最多至少900MPa、更優(yōu)選最多至少IOOOMPa的赫茲壓力下表現(xiàn)出安全磨損。
實(shí)施例測試方法國際上加入OE⑶在1980’贊助的非正式IRG-WOEM小組的研究人員進(jìn)行了潤滑滑動(dòng)接觸中的磨損的一般表征。幾個(gè)合作研究得出一系列有價(jià)值的結(jié)果，其中IRG-磨損過渡圖是最重要的，見圖I。IRG磨損過渡圖(圖I)顯示三個(gè)主磨損區(qū)，輕微(安全)磨損、有限磨損和擦傷(嚴(yán)重粘著磨損)。該磨損主要取決于接觸表面之間的相對滑動(dòng)速度以及其它因素，例如潤滑模式、潤滑劑化學(xué)、表面粗糙度-形貌、表面冶金和接觸體的幾何。不同合金在不同壓力下具有類似曲線，圖I僅作為實(shí)例顯示。汽車凸輪凸角與凸輪從動(dòng)件的滑動(dòng)接觸是在使用時(shí)經(jīng)受大約O. lm/s至3m/s的滑動(dòng)速度的部件的良好實(shí)例。在1988年，Chatterley[T. C. Chatterley, "Cam and CamFollower Reliability", SAE Paper No. 885033, 1988]概括了許多冷鑄鐵(CCI)凸輪凸角與CCI涂布的硼化和陶瓷從動(dòng)件的MIRA發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺測試。800MPa的赫茲級在大多數(shù)試驗(yàn)運(yùn)行中無故障，而IOOOMPa級只在CCI與SiN陶瓷試驗(yàn)組合中可行?；谏鲜鰞?nèi)容，在90°C下使用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)油(規(guī)格見表I)作為潤滑劑，在三種滑動(dòng)速度O. 1、0. 5和2. 5m/S下進(jìn)行研究中的磨損測試。在2. 5m/s下,通過逐步提高赫茲壓力來進(jìn)行測試，直至發(fā)生擦傷。
通過使用商業(yè)摩擦計(jì)——帶有交叉圓柱試驗(yàn)裝置的多功能摩擦磨損測試裝置(圖2)進(jìn)行摩擦測試。該摩擦計(jì)通過靜重/負(fù)荷臂在圓柱試樣架上施加垂直載荷，而AC可控硅控制的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)環(huán)。將該計(jì)數(shù)環(huán)浸在具有大約25毫升油和加熱至150°C的選項(xiàng)的油浴中。PC控制該試驗(yàn)并記錄接觸中的線性位移、磨損、摩擦力和油溫。所得線性位移是磨損痕跡上的線性磨損的大約三倍，因?yàn)槲灰苽鞲衅鞑⒎俏挥趫A柱試塊上而是位于負(fù)載臂桿上。赫茲壓力與圓柱樣品的線性磨損h成比例，后者又與磨損痕跡的長度a成比例?？梢匀鐖D3所示使用光學(xué)顯微鏡目測長度a。表I列出了磨損測試過程中使用的潤滑油的性質(zhì)。表I.磨損測試過程中使用的潤滑油
SAE 類別 / AM 級10W40/APISJ
基Λ油半合成
AW添加劑ZnPPP在ISO下的以克/毫升計(jì)的密度(ASTMD4052 ) 0.875_
以 mm2/s 計(jì)的 Kin.粘度(ASTM D44S)
40 tC_
10QTC __13.5
粘度指數(shù)(ASTM D2270)|IS0表2列出測試中所用的預(yù)合金化鋼粉。表2.所用預(yù)合金化鋼粉
I名稱[f^|c7%|nT%
RO[參比樣品]Distaloy DC-1<03~ 2
AAstaIoyfirCrL0TT2 ~L 5 072
B Astaloy 85Mo 07u <07 ΤθC--------余量 0· 13 1.8 〈O. I ----Distaloy DC_l、Astaloy CrL 和 Astaloy 85Mo 是可獲自 HiigiifliiS AB (www.hoganas. com)的已知粉末冶金預(yù)合金化鋼粉。粉末C以與Astaloy 85Mo和Astaloy CrL相同的方式制造。用于此研究的試樣是如表3和4中綜述的燒結(jié)試樣和參比鑄鐵試樣。表3.參比試樣
權(quán)利要求
1.通過單次壓制/單次燒結(jié)制造燒結(jié)部件的方法，包括下述步驟a)提供預(yù)合金化的鐵基鋼粉，其包含少于O.3重量％的Mn和下述的至少一種0. 2 -.3.5重量％的量的Cr、0. 05 - I. 20重量％的量的Mo和O. 05-0. 4重量％的量的V，和最多O.5%的附帶雜質(zhì)，余量是鐵，b)將所述預(yù)合金化的鐵基鋼粉與潤滑劑和石墨和任選地機(jī)械加工增強(qiáng)劑和其它常規(guī)燒結(jié)添加劑混合，c)在400- 2000MPa的壓力對步驟b)的混合組合物施以壓實(shí)，由此提供壓實(shí)體，d)在還原氣氛中在1000-1400°C的溫度將來自步驟c)的所述壓實(shí)體燒結(jié)，由此提供燒結(jié)部件，e)在含氮?dú)夥罩性?00- 600°C的溫度將步驟d)的所述燒結(jié)部件氮化，其中保溫時(shí)間小于3小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中所述潤滑劑由復(fù)合潤滑劑粒子構(gòu)成，所述復(fù)合潤滑劑粒子包含核，所述核是10-60重量％的至少一種具有多于18個(gè)且不多于24個(gè)碳原子的伯脂肪酸酰胺和40-90重量％的至少一種脂肪酸雙酰胺的核，所述潤滑劑粒子還包含附著在所述核上的至少一種金屬氧化物的納米粒子。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的方法，其中在步驟e)中的氮化之前不蒸汽處理所述壓實(shí)體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的方法，其中在步驟c)中，將所述壓實(shí)體壓實(shí)至至少7.10 克/立方厘米的生坯密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的方法，其中在步驟d)中，將所述燒結(jié)部件燒結(jié)至7.I -.7.6克/立方厘米的密度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的方法，其中所述預(yù)合金化的鐵基鋼粉進(jìn)一步包含 O. 1-1. O 重量％的 Ni。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的方法，其中所述預(yù)合金化的鐵基鋼粉基本不含Ni。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的方法，其中所述預(yù)合金化的鐵基鋼粉進(jìn)一步包含O.05重量％至O. 50重量％的選自由鶴(W)、鈦(Ti)、銀(Nb)和招(Al)組成的組的元素的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的方法，其中按重量百分比計(jì)，所述預(yù)合金化的鐵基鋼粉由下述成分構(gòu)成Fe:余量Mn:O. 09 - O. 3Cr: I. 3-I. 6Mo: O. 15-0.3和最多O. 3的附帶雜質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的方法，其中按重量百分比計(jì)，所述預(yù)合金化的鐵基鋼粉由下述成分構(gòu)成Fe:余量 Mn:O. 09 - O. 3 Cr: I. 5-I. 9 Mo:最多O. I和最多O. 3的附帶雜質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的方法，其中按重量百分比計(jì)，所述預(yù)合金化的鐵基鋼粉由下述成分構(gòu)成Fe:余量Mn:O. 09 - O. 3Cr:2. 8 - 3. 2Mo: O. 4 - O. 6和最多O. 3的附帶雜質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的方法，其中按重量百分比計(jì)，所述預(yù)合金化的鐵基鋼粉由下述成分構(gòu)成Fe:余量Mn:O. 09 - O. 3V:0. 05 - O. 4Mo:最多O. I和最多O. 3的附帶雜質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)制成的氮化燒結(jié)部件，其在潤滑滑動(dòng)接觸中具有如下所述的耐磨性在2. 5m/s的滑動(dòng)速度下測試100秒時(shí),在最多至少800MPa、優(yōu)選最多至少 900MPa、更優(yōu)選最多至少IOOOMPa的赫茲壓力下提供安全磨損。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造燒結(jié)部件的方法和通過該方法制成的燒結(jié)部件。該方法可成本有效地制造燒結(jié)鋼部件，所述部件具有與由冷鑄鐵制成的部件相當(dāng)?shù)哪湍バ浴?br> 文檔編號C22C38/18GK102933338SQ201180027666
公開日2013年2月13日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者S·貝里, S·迪茲達(dá)爾, U·恩斯特倫, O·利特斯特倫, E·施耐德 申請人:霍加納斯股份有限公司