專利名稱：高強(qiáng)高韌鐵基粉末冶金合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)高韌鐵基粉末冶金合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
鐵基粉末冶金結(jié)構(gòu)件無(wú)需機(jī)加工，節(jié)約了材料及加工工序，大大節(jié)約了成本。此外粉末冶金材料偏析小，組織較均勻，因此鐵基粉末冶金產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在汽車、農(nóng)用工具、家用電器中。在近幾十年中每輛汽車中所使用的鐵基粉末冶金產(chǎn)品的比例呈上升趨勢(shì)。然而鐵基粉末冶金材料中孔隙較多，合金強(qiáng)度韌性較低，限制了它的進(jìn)一步使用。目前提高粉末冶金材料的常用方法為添加昂貴合金元素(如Ni、Mo等)、改善壓制工藝、增加后續(xù)處理工序。然而昂貴的合金元素大幅度增加了材料的成本；溫壓，快速壓制等需新的設(shè)備及儀器，并且本發(fā)明不與溫壓等壓制方法沖突；而滲銅等后續(xù)處理增加了工序和能源的使用，大幅度增加成本及生產(chǎn)周期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)高韌鐵基粉末冶金合金及其制備方法，通過本發(fā)明可以獲得屈服強(qiáng)度為520-566MPa、抗拉強(qiáng)度為900_953MPa、硬度為94-101HRB，沖擊韌性為 27-3IJ的鐵基粉末冶金合金。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種高強(qiáng)高韌鐵基粉末冶金合金及其制備方法是將粒徑小于100目的擴(kuò)散合金化粉末i^e-l. 75Ν -0. 5Mo_l. 5Cu、粒徑小于200目的高碳鉻鐵粉末、粒徑小于200目的高碳錳鐵粉末、粒徑小于200目的二氧化鈰粉末、粒徑小于300目的石墨粉及粒徑小于100目的潤(rùn)滑劑粉末置于球磨混料機(jī)上混料1小時(shí)，再壓制成型，得到生坯，并將生坯密度控制在6. 9-7. 2g/cm3，最后在1200-1260°C下燒結(jié)1小時(shí)，
最終得到鐵基粉末冶金合金。所述擴(kuò)散合金化粉末i^e-1. 75Ν -0. 5Mo_l. 5Cu為普通市購(gòu)商用粉。所述高碳鉻鐵粉末、高碳錳鐵粉末、二氧化鈰粉末、石墨粉末及潤(rùn)滑劑粉末的添加量為擴(kuò)散合金化粉末Fe-L 75Ν -0. 5Mo_l. 5Cu質(zhì)量的1-5 %U~4 %,0. 1-0. 8
0. 1-0.7 %,0. 4-0.9%,所加入的高碳鉻鐵粉末中的碳、鉻及鐵之間的質(zhì)量比為 1:7-8: 2-3，所加入的高碳錳鐵粉末中的碳、錳及鐵之間的質(zhì)量比為1 9-10 4_5。所述潤(rùn)滑劑粉末為硬脂酸鋅。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、添加的鉻鐵粉末、錳鐵粉末價(jià)格較低廉，易于獲得，減少了昂貴合金元素Ni、Mo 的使用。此外高碳鉻鐵、高碳錳鐵易于研磨制成粉末。2、無(wú)需特殊的冷卻工藝即可獲得高強(qiáng)度高硬度的馬氏體、下貝氏體組織。3、無(wú)需額外的工序及設(shè)備，流程簡(jiǎn)單4、所制備的合金同時(shí)滿足高強(qiáng)度、高韌性和高硬度，拓寬了鐵基粉末冶金材料的應(yīng)用領(lǐng)域。


圖1本發(fā)明制備的鐵基粉末冶金合金與其他合金的力學(xué)性能對(duì)比。圖2本發(fā)明制備的密度為7. Og/cm3的鐵基粉末冶金合金的組織結(jié)構(gòu)。圖3本發(fā)明制備的密度為7. Og/cm3的鐵基粉末冶金合金的拉伸斷口形貌。圖4本發(fā)明制備的密度為7. 15g/cm3的鐵基粉末冶金合金的組織結(jié)構(gòu)。圖5本發(fā)明制備的密度為7. 15g/cm3的鐵基粉末冶金合金的拉伸斷口形貌。圖6本發(fā)明制備的鐵基粉末冶金合金中的上貝氏體/離異珠光體組織。圖7本發(fā)明制備的鐵基粉末冶金合金中的下貝氏體組織。圖8本發(fā)明制備的鐵基粉末冶金合金中的馬氏體組織。
具體實(shí)施例方式一種高強(qiáng)高韌鐵基粉末冶金合金及其制備方法是將粒徑小于100目的擴(kuò)散合金化粉末i^e-l. 75Ν -0. 5Mo_l. 5Cu、粒徑小于200目的高碳鉻鐵粉末、粒徑小于200目的高碳錳鐵粉末、粒徑小于200目的二氧化鈰粉末、粒徑小于300目的石墨粉及粒徑小于100目的潤(rùn)滑劑粉末置于球磨混料機(jī)上混料1小時(shí)，再壓制成型，得到生坯，并將生坯密度控制在6. 9-7. 2g/cm3，最后在1200-1260°C下燒結(jié)1小時(shí)，
最終得到鐵基粉末冶金合金。所述擴(kuò)散合金化粉末i^e-1. 75Ν -0. 5Mo_l. 5Cu為普通市購(gòu)商用粉。所述高碳鉻鐵粉末、高碳錳鐵粉末、二氧化鈰粉末、石墨粉末及潤(rùn)滑劑粉末的添加量為擴(kuò)散合金化粉末Fe-L 75Ν -0. 5Mo_l. 5Cu質(zhì)量的1-5 %U~4 %,0. 1-0. 8
0. 1-0.7 %,0. 4-0.9%,所加入的高碳鉻鐵粉末中的碳、鉻及鐵之間的質(zhì)量比為 1:7-8: 2-3，所加入的高碳錳鐵粉末中的碳、錳及鐵之間的質(zhì)量比為1 9-10 4-5, 在本實(shí)施例中，所述高碳鉻鐵粉末、高碳錳鐵粉末、二氧化鈰粉末、石墨粉末及潤(rùn)滑劑粉末的添加量可以為擴(kuò)散合金化粉末Fe-L 75Ν -0. 5Mo_l· 5Cu質(zhì)量的1%U%>0. 1%,0. 1%, 0. 4%,3%,2%,0. 4%,0. 3%,0. 7%或 5%、4%、0. 8%、0. 7%、0. 9%。所述潤(rùn)滑劑粉末為硬脂酸鋅。I-本發(fā)明的具體工藝如下1、混料后的粉末中碳含量由高碳錳鐵中的碳、高碳鉻鐵中的碳以及石墨粉三部分構(gòu)成，總碳含量占混料后粉末的質(zhì)量百分百控制在0. 3-0. 8%。2、球磨時(shí)粉末及研磨球的總量不高于球磨罐體積的1/3，球磨速率為70r/min。3、燒結(jié)時(shí)燒結(jié)氣氛為氨分解氣氛，氣氛露點(diǎn)不高于_20°C，且露點(diǎn)的降低有利于合金強(qiáng)韌性的提高。4、燒結(jié)時(shí)壓坯的升溫速度控制在10-20°C /min,此外應(yīng)在700°C下保溫20-30min 以達(dá)到脫脂的目的。比較例1 將本發(fā)明制備的合金與其他合金1和其他合金2進(jìn)行對(duì)比。下表為本發(fā)明制備的合金與其他合金的成分及工藝對(duì)比。如圖1所示，本法明制備得到的合金同時(shí)具有高強(qiáng)度和高韌性，且與其他合金2相比，本發(fā)明制備的鐵基粉末冶金中含有更少的昂
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)高韌鐵基粉末冶金合金，其特征在于，包括粒徑小于100目的擴(kuò)散合金化粉末Fe-L 75Ν -0. 5Mo_l. 5Cu、粒徑小于200目的高碳鉻鐵粉末、粒徑小于200目的高碳錳鐵粉末、粒徑小于200目的二氧化鈰粉末、粒徑小于300目的石墨粉及粒徑小于100目的潤(rùn)滑劑粉末，所述擴(kuò)散合金化粉末Fe-L 75Ν -0. 5Mo_l. 5Cu為粒徑小于100 目的普通市購(gòu)商用粉末，所述高碳鉻鐵粉末、高碳錳鐵粉末、二氧化鈰粉末、石墨粉末及潤(rùn)滑劑粉末的添加量為擴(kuò)散合金化粉末I^e-L 75Ν -0. 5Mo_l. 5Cu質(zhì)量的1-5^^1-4%, 0. 1-0. 8%,0. 1-0. 7%,0. 4-0. 9%，所加入的高碳鉻鐵粉末中的碳、鉻及鐵之間的質(zhì)量比為 1:7-8: 2-3，所加入的高碳錳鐵粉末中的碳、錳及鐵之間的質(zhì)量比為1 9-10 4_5，所述潤(rùn)滑劑粉末為硬脂酸鋅，所述高強(qiáng)高韌鐵基粉末冶金合金的密度為6. 9-7. 2g/cm3,屈服強(qiáng)度為520-566MPa、抗拉強(qiáng)度為900_953MPa、硬度為94-101HRB、沖擊韌性為27-31J。
2.一種高強(qiáng)高韌鐵基粉末冶金合金的制備方法，其特征在于將粒徑小于100目的擴(kuò)散合金化粉末i^e-l. 75Ν -0. 5Mo_l. 5Cu、粒徑小于200目的高碳鉻鐵粉末、粒徑小于200目的高碳錳鐵粉末、粒徑小于200目的二氧化鈰粉末、粒徑小于300 目的石墨粉及粒徑小于100目的潤(rùn)滑劑粉末置于球磨混料機(jī)上混料1小時(shí)，再壓制成型，得到生坯，并將生坯密度控制在6. 9-7. 2g/cm3，最后在1200-1260°C下燒結(jié)1小時(shí)，最終得到鐵基粉末冶金合金，所述高碳鉻鐵粉末、高碳錳鐵粉末、二氧化鈰粉末、石墨粉末及潤(rùn)滑劑粉末的添加量為擴(kuò)散合金化粉末 Fe-L 75Ν -0. 5Mo_l. 5Cu 質(zhì)量的 1-5 %、1-4%、0· 1-0. 8 %、0· 1-0. 7 %、 0.4-0. 8%，所加入的高碳鉻鐵粉末中的碳、鉻及鐵之間的質(zhì)量比為1 7-8 2-3，所加入的高碳錳鐵粉末中的碳、錳及鐵之間的質(zhì)量比為1 9-10 4-5。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述潤(rùn)滑劑粉末為硬脂酸鋅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)高韌鐵基粉末冶金合金及其制備方法，將擴(kuò)散合金化粉末Fe-1.75Ni-0.5Mo-1.5Cu、高碳鉻鐵粉、高碳錳鐵粉、二氧化鈰粉、石墨粉及硬脂酸鋅粉置于球磨混料機(jī)上混料1小時(shí)，再壓制成型，最后在1200-1260℃燒結(jié)1小時(shí)，得到鐵基粉末冶金合金。所述高碳鉻鐵粉、高碳錳鐵粉、二氧化鈰粉、石墨粉及潤(rùn)滑劑粉的添加量為擴(kuò)散合金化粉末Fe-1.75Ni-0.5Mo-1.5Cu質(zhì)量的1-5％、1-4％、0.1-0.8％、0.1-0.7％和0.4-0.9％，所加入的高碳鉻鐵粉中的碳、鉻及鐵的質(zhì)量比為1∶7-8∶2-3，所加入的高碳錳鐵粉中的碳、錳及鐵的質(zhì)量比為1∶9-10∶4-5。
文檔編號(hào)C22C33/02GK102433510SQ201110403980
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者吳建全, 潘冶, 王春官, 申承秀 申請(qǐng)人:東南大學(xué)