專利名稱：粉末冶金用的水霧化鐵粉及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用水的噴霧法制造的所謂水霧化的粉末冶金用的鐵粉及其制造方法。
一般，水霧化鐵粉的制造工序包括用高壓水將為了得到所需要的組成而經(jīng)過調(diào)整的鋼液霧化的工序、退火軟化處理由噴霧工序形成的淬火組織并把顆粒表面的氧化膜還原去除的退火軟化、還原工序、以及把由上述的工序凝聚了的粉末破碎粉化的破碎工序，因此，成本降低就有限。
用這種鐵粉制造燒結(jié)霧件時，還包括把潤滑劑和添加的合金成分的粉末加到鐵粉里之后進行加壓成形的工序、在高溫下燒結(jié)成形體的工序、調(diào)整尺寸的精壓加工工序，因而使整個制造工藝過程變得更長。
在這種制造工序中必須降低成本，例如為了削減汽車零件的制造成本，正在進行多方面的努力。
但是，那種把基本的工序省略的、尤其是省略退火軟化、還原工序的方案，由于有淬火組織使鐵粉變硬而難于成形，而且在燒結(jié)原料鐵粉中會帶入相當量的氧，一般認為氧對燒結(jié)零件是有害的，因此這種方案行不通。
例如，日本專利公報特開昭51-20760號公開了一種把轉(zhuǎn)爐和真空脫碳裝置用在鋼液的熔煉中的鐵粉制造方法，其中還包含在水霧化、干燥后的粉末退火、還原工序。
另外，在日本專利公報特公昭56-45963號里公開了一種通過在經(jīng)過退火、還原工序的所謂精制粉末里混入未經(jīng)過退火、還原工序的霧化生鐵粉來改進鐵粉特性的方法。這個發(fā)明試圖使用未經(jīng)過積極地退火、還原工序處理的霧化生鐵粉，但結(jié)果表明單純用未經(jīng)過退火、還原工序處理的霧化生鐵粉不能得到規(guī)定的特性。
日本專利公報特開昭63-157804號公開的發(fā)明試圖通過把乙醇等添加到噴霧水里來盡量抑制噴霧時的氧化和滲碳，把霧化鐵粉的制造工序簡化，盡管所制得的鐵粉的含氧量較低，但碳含量在0.01%以上，水霧化產(chǎn)生的冷卻速度容易引起淬火效應(yīng)，用這樣原封不動的鐵粉不能進行金屬模成形加工，因而退火軟化工序是不可缺少的。
另一方面，在用鐵粉制造燒結(jié)零件的工序中，必須使制造過程中的尺寸變化保持一定，或者盡可能地減小尺寸變化。
如果不需要精壓加工即可確保尺寸變化精度，那么由于工序省略的結(jié)果而帶來成本的下降，為此也在朝這個方向進行努力。
例如，日本專利公報特公昭56-12304號公開了一種利用粉末粒度分布來提高尺寸精度的技術(shù)；在日本專利公報特開平3-142342號里提出了一種由粉末的形狀來預(yù)測及控制燒結(jié)時的尺寸變化的技術(shù)。
但是，粉末冶金用的鐵粉一般都要添加銅粉、石墨粉等潤滑劑，由于調(diào)換容器時的移送操作或輸送等作業(yè)，使添加的銅粉、石墨粉發(fā)生偏析，因而容易發(fā)生成分不均勻。由于這些原因會引起燒結(jié)時尺寸變化不能保持一定，因而作為后處理的精壓加工工序是必不可少的。
本發(fā)明的第一個目的是要克服上述的現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種既能省略鐵粉制造過程中的某些工序、又能供給便宜的燒結(jié)用鐵粉的技術(shù)。本發(fā)明的第二個目的是一面確保壓縮性(成形性)，一面使鐵粉的制造成本下降。本發(fā)明的第三個目的是在降低原料粉末的制造成本的同時，制造出燒結(jié)時尺寸變化穩(wěn)定、尤其是由石墨的不均勻而引起的尺寸不均勻比較小的粉末冶金用的鐵粉。
因而，本發(fā)明是關(guān)于粉末冶金用的水霧化鐵粉，它是用水噴霧制成，在干燥的狀態(tài)下顆粒斷面的硬度為Hv80以上、250以下，而且顆粒表面覆蓋有可以在燒結(jié)氣氛下還原的氧化物，氧的含量為1.0%(重量)以下。
另外，上述鐵粉是這樣一種粉末冶金用的水霧化鐵粉，即顆粒直徑在75μm以上、106μm以下的顆粒中，用顆粒斷面形狀的周長的平方除以顆粒斷面面積與4π的乘積所得到的值表示的顆粒斷面形狀系數(shù)在2.5以下的顆粒占10%以上，而且不到45μm的顆粒占20%以上。
此外，本發(fā)明是一種含有0.003～0.5%(重量)的比鐵易氧化的元素、顆粒表面被在燒結(jié)氣氛下不能還原的氧化物覆蓋的粉末冶金用水霧化鐵粉。
本發(fā)明還是制造上述這種鐵粉的制造方法。
本發(fā)明的其他特征可由權(quán)利要求和本發(fā)明的詳細說明清楚地知道。


圖1表示霧化制成的生鐵粉的硬度和鐵粉中碳的含量間的關(guān)系。
圖2表示鐵粉中氧的含量和鋁的含量間的關(guān)系。
本發(fā)明人在對現(xiàn)有技術(shù)進行研究之后，發(fā)現(xiàn)在一定條件下軟化退火、還原工序不一定需要，并在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。
以前，進行軟化退火、還原工序的理由有兩個，其中一個是由于水霧化狀態(tài)的生鐵粉的硬度高，這種原料的成形性(壓縮性)差，不能用于粉末冶金，因而要通過退火，使水霧化時產(chǎn)生的淬火組織軟化。
所謂壓縮性指的是在某一固定的成形壓力下成形時所得到的壓坯密度，它是粉末冶金領(lǐng)域里經(jīng)常使用的評價壓坯特性的指數(shù)，這一指數(shù)越大越好。
另一個理由是在水霧化的狀態(tài)下，鐵粉顆粒被FeO等氧化膜覆蓋，致使成形性惡化，并引起燒結(jié)體強度降低，因此必須將其除去。這里所說的成形性是用磨耗值表示的壓坯強度，與壓縮性一樣，它也是粉末冶金領(lǐng)域里常用的評價壓坯特性的指數(shù)。順便說一下，磨耗值小一些比較好。
但是，根據(jù)本發(fā)明人的研究結(jié)果可得知，若滿足下面所述的條件，可以得到壓縮性成形性和燒結(jié)性都能充分滿足的鐵粉。
即，首先明白了在霧化的生鐵粉狀態(tài)下，為確保壓縮性，最好使顆粒的硬度降低。例如把由碳0.007%(重量)、錳0.005%(重量)、鎳0.03%(重量)、鉻0.017%(重量)、硅0.008%(重量)、磷0.003%(重量)、硫0.002%(重量)、余量實質(zhì)上是鐵構(gòu)成的生鐵粉的維氏硬度Hv(100)降低成107，通過在該粉末里添加1.0%(重量)的硬脂酸鋅粉末作為潤滑劑并進行混合后，用金屬模在5噸/cm2的成形壓力下成形就能得到6.81g/cm3那樣優(yōu)良的壓坯密度值。顆粒斷面硬度、壓坯密度中的任一特性都能得到與現(xiàn)有技術(shù)的經(jīng)過軟化退火、還原工序處理的鐵粉同樣優(yōu)良的值。
在對硬度和壓縮性的關(guān)系進行考察后，發(fā)現(xiàn)在鐵粉顆粒斷面硬度為Hv250的條件下能得到具有足夠的壓坯密度的壓坯。顆粒斷面硬度越低，對壓縮性的影響越好。但是，在工業(yè)生產(chǎn)上要想使顆粒斷面硬度達到Hv80以下，會白白增加鋼液的精煉成本，反而不合算。
因此，本發(fā)明把鐵粉顆粒斷面硬度定為Hv80～250。
通過盡量減少鐵粉中碳等成分的含量就能得到這樣的鐵粉顆粒斷面硬度。例如，如圖1所示，若把鐵粉中的碳含量降低，就能使硬度降低，接近于經(jīng)過退火、還原工序的精制鐵粉的硬度。
對鋼液成分與硬度的關(guān)系進行考察的結(jié)果如下所述。
如果碳含量在0.01%(重量)以下，即使采用水霧化也不會出現(xiàn)淬火組織，當碳含量超過0.01%(重量)時，粉末的硬度就會上升。碳含量最好是取0.005%(重量)以下。
Mn、Ni、Cr對壓縮性影響較大。碳含量在0.01%(重量)以下范圍的條件下，使Mn、Ni和Cr均在0.40%(重量)以下的范圍內(nèi)變化，進行水霧化，測定噴霧和干燥后的生鐵粉的硬度。結(jié)果是當Mn、Ni、Cr均超過0.30%(重量)時，生鐵粉的硬度Hv(100)超過250，在金屬模中加壓成形變得很困難，而且不能得到足夠的壓坯密度。這些元素含量最好是在0.1%(重量)以下，但從煉鋼技術(shù)的角度上來看，這種降低會帶來成本的增加。
希望盡可能降低P、S的含量，這兩種元素合計在0.05%以下就不會有壞影響。
以前對氧的存在限制較嚴，因而采用還原工序?qū)⑵涑ケ景l(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果不超過一定范圍，氧的存在在進行任何一種燒結(jié)時都不會有害處。即氧的含量如果不超過1.0%(重量)，便不會降低鐵粉的壓縮性和成形性。在這種情況下，氧元素一般以FeO的形式存在，若在上述范圍里，在燒結(jié)工序中的還原氣氛下可以被還原成鐵，而且，在燒結(jié)工序上不會帶來什么問題，因而是容許的。容許氧元素的存在這一點是本發(fā)明的一個特征。另外，把在燒結(jié)工序中可以被還原的氧化物中的氧含量定為0.5%(重量)以下對于成形性特別有利。
在本發(fā)明中還可適當?shù)靥砑覯o或/和Nb，這是因為它們都能起提高壓縮性的作用。
Mo的含量在0.05%～5.0%(重量)之間時壓縮性較好，而且能促進燒結(jié)、提高燒結(jié)體強度。其含量超過5.0%(重量)時，壓縮性急劇下降，因此不可取。
同樣，當添加0.005～0.2%(重量)的Nb時壓縮性較好，但添加超過0.2%(重量)時，就會使壓縮性急劇地下降。
本發(fā)明中，基本上根據(jù)鐵粉顆粒的硬度和氧元素含量就能得到滿意的燒結(jié)用鐵粉，但在水霧化的狀態(tài)下，由于局部淬火組織的生成以及由于急冷而產(chǎn)生的應(yīng)變，會使其硬度比經(jīng)過一般的退火軟化、還原工序的鐵粉的硬度(Hv:80～120)要高，因此，為了得到更好的壓縮性，最好還對構(gòu)成鐵粉的顆粒的形狀加以考慮。
本發(fā)明中用顆粒形狀系數(shù)表示顆粒形狀。顆粒形狀系數(shù)是用顆粒斷面的周長的平方除以斷面面積與4π的乘積所得的值表示的，當斷面是圓形時對該系數(shù)就是1。
根據(jù)本發(fā)明人的實驗結(jié)果，當顆粒直徑為75μm以上、106μm以下的顆粒中含有10%以上顆粒斷面形狀系數(shù)在2.5以下的顆粒時，即使是在顆粒斷面硬度超過Hv200的情況下，用Fe-1.0%(重量)固體潤滑劑的配合，在5噸/cm2的成形壓力下仍能得到6.70g/cm3的壓坯密度。這是以往人們沒有預(yù)料到的。
之所以對顆粒直徑在75μm以上、106μm以下的顆粒的形狀進行考察，是因為75μm以上的粗粉對壓縮性較有利，這是因為除去細微粉末的75μm以上的顆粒在粉末冶金中的通常篩分時構(gòu)成重量的最大部分。
另一方面，當顆粒形狀成為球形時，往往容易使燒結(jié)體強度降低。這個問題通過使-325#(45μm以下)的細微顆粒存在20%以上可以得到解決。
例如，在Fe-2.0%(重量)Cu-0.8%(重量)石墨中摻入固體潤滑劑，壓粉成形后，在1130℃下、N2氣氛中燒結(jié)20分鐘后得到的燒結(jié)密度為6.8g/cm3的燒結(jié)體中，能得到25kgf/cm2以上的拉伸強度。但是，當-325#(45μm以下)的顆粒超過50%(重量)時，壓縮性下降，因而不可取。
這樣，通過顆粒直徑在75μm以上、106μm以下的顆粒的形狀和-325#(45μm以下)的顆粒量就能控制本發(fā)明的生鐵粉的壓坯密度和燒結(jié)體強度。這樣的顆粒形狀和粒度分布在鋼液的噴霧水流噴射壓力為40kgf/cm2以上、200kgf/cm2以下及水和鋼液的比在5～15范圍就可得到。
水霧化后的生鐵粉的干燥最好和通常的制造水霧化鐵粉時一樣在100～200℃的范圍內(nèi)、在非氧化性氣氛中進行。
在使用鐵粉制造燒結(jié)體時，還要求提高尺寸精度。對這個問題，本發(fā)明人進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使在燒結(jié)工序的氣氛下不能被還原的氧化物以一定量存在于鐵粉顆粒的表面上就能顯著地提高燒結(jié)制品的尺寸精度。
即，發(fā)現(xiàn)了在鋼液中添加比鐵容易氧化的元素(Si、Al、V、Ti、Zr等，以下稱作易氧化元素)時，可抑制在噴霧時氧化生成FeO，從而得到具有在表面上生成這些易氧化元素的氧化物的特有表面結(jié)構(gòu)的鐵粉。據(jù)認為，這是由于鐵粉中的各種易氧化元素被選擇性地氧化、在鐵粉表面上形成氧化膜、起到保護膜的作用的結(jié)果。
通過使這些易氧化元素的氧化物存在于鐵粉表面來改善尺寸精度的道理還不十分清楚，但可如下地加以考慮。
即，當鐵粉表面上有上述的氧化物存在時，抑制了在燒結(jié)時碳元素從添加的石墨向鐵粉顆粒中的擴散，滲入、擴散到鐵粉中的碳量與添加的石墨量和粒度變化無關(guān)，大致保持一定，結(jié)果使所謂的銅膨脹量保持穩(wěn)定而得到改善。
由此，能把對石墨粉的不均勻較敏感的Fe-Cu-C系的尺寸變化的不均一控制得較少。
這些易氧化元素添加的同時又造成以FeO形式存在的氧量降低，由此就能使鐵粉的成形性進一步地提高。如圖2所示的熔存在鋼液中的Al量和水霧化鐵粉的氧量間的關(guān)系就是一個例子。
這里所說的易氧化元素，有代表性的是Si、Al、V、Ti、Zr，這些元素可以單獨添加，也可復(fù)合添加。在多個元素單獨添加時，合適的范圍分別如下Si:0.01～0.1%(重量)Al:0.003～0.05%(重量)V:0.008～0.5%(重量)Ti:0.003～0.1%(重量)Zr:0.008～0.1%(重量)在添加易氧化元素時，它們的添加總量以0.003%(重量)以上、0.5%(重量)以下為宜。這是因為，易氧化元素不足0.003%(重量)時，實質(zhì)上沒有降低氧含量的效果；反之，當超過0.5%(重量)時，會使氧含量增加，從而引起燒結(jié)體強度的急劇降低。
為了達到上述的提高尺寸精度的效果，所含的易氧化元素的氧化比例必須在20%(重量)以上。這是因為，不足20%(重量)時，減少燒結(jié)時尺寸變化的變動幅度的效果比較小，這種變動幅度是和添加的石墨量的不均勻?qū)?yīng)的。
即使在這種情況下，鐵粉中氧的含量被限制在1%以下，最好在0.5%以下，這是因為這樣可維持成形性。
如上所述，為了把易氧化元素(Si、Al、V、Ti、Zr)添加到鋼液里，使鐵粉表面上生成適當氧化膜，可在氧濃度為5.0%(體積)以下的非氧化性氣氛中，用水噴霧，然后在氫氣、氮氣或真空中進行干燥。
下面，說明本發(fā)明的實施例。
實施例1通過在轉(zhuǎn)爐里精煉鋼液、用真空脫碳裝置進行脫碳，熔煉含C0.002%(重量)、Mn:0.002%(重量)、Ni:0.006%(重量)、Cr:0.013%(重量)、Si:0.005%(重量)、P:0.002%(重量)、S:0.002%(重量)的鋼液。在水壓為75kgf/cm2和水/鋼液比為10的條件下將該鋼液水霧化，將所制得的粉末在N2氣氛中、在125℃下進行干燥后，不進行退火、還原就分成1000μm以下等級。
粉末硬度用載荷100g的維氏硬度計測定粉末斷面得到，顆粒斷面的形狀系數(shù)用圖像處理裝置測定。壓坯密度是把1.0%(重量)的硬脂酸鋅添加混合到生鐵粉里，在5噸/cm2的壓力下壓制成直徑為11.3mm的圓片后測定的。燒結(jié)體強度是把生鐵粉、Cu粉、石墨粉和固體潤滑劑的粉末混合物加工成形后，在1130℃下和丙烷轉(zhuǎn)化氣體的氣氛中燒結(jié)20分鐘所得到的燒結(jié)密度為6.80Mg/m3、組成為Fe-2.0 Cu-0.8C的條件下，用拉伸強度測定的。
比較例1是用市售的經(jīng)過還原退火的粉末冶金用水霧化鐵粉進行和上述一樣的處理。表1-1列出鐵粉的化學(xué)成分，表1-2列出粉末硬度與燒結(jié)體強度等。
盡管實施例1沒有進行退火、還原，但粉末硬度、壓坯密度、燒結(jié)體特性等方面都能得到與比較例1的現(xiàn)有技術(shù)的鐵粉幾乎同等的特性。
實施例2～11、比較例2～9在轉(zhuǎn)爐或電爐里進行精煉后，用真空脫氣裝置熔煉含C:0.002～0.04%(重量)、Mn:0.4%(重量)以下、Ni:0.4%(重量)以下、Cr:0.4%(重量)以下、Si:0.005～0.03%(重量)、P:0.002～0.025%(重量)、S:0.002～0.03%(重量)的鋼液。在水壓為30～250kgf/cm2、水/鋼液的比為10的條件下將該鋼液水霧化，除比較例7以外，把制得的粉末在N2氣氛中及125℃下進行干燥，比較例7是在大氣中和125℃下進行干燥。對所有的生鐵粉都不進行退火、還原就分成1000μm以下的等級。
顆粒硬度、生鐵粉顆粒斷面的形狀系數(shù)、壓坯密度、燒結(jié)體強度等都用與實施例1相同的方法進行測定。
表2-1列出了實施例2～11和比較例2～9的生鐵粉的化學(xué)成分，表2-2列出粉末硬度、噴霧水壓、顆粒直徑為75μm～106μm的顆粒中形狀系數(shù)在2.5以下的顆粒的比例、-325#(45μm以下)的顆粒的比例和沒進行精制還原的壓坯密度和燒結(jié)體強度。
實施例2～11中任何一個都顯示出滿足實用要求的壓坯密度、燒結(jié)體強度。而比較例2～7由于生鐵粉成分超出合適范圍，顆粒硬度變成Hv(100)250以上，在5噸/cm2的成形壓力下不能得到6.70Mg/m3以上的壓坯密度。比較例8由于噴霧壓力超出合適范圍，顆粒直徑為75～106μm的顆粒中形狀系數(shù)在2.5以下的顆粒的比例變成10%以下，用5噸/cm2的成形壓力不能得到6.70Mg/m3以上的壓坯密度。比較例9由于噴霧壓力超出合適的范圍，-325#顆粒的比例變成20%以下，在6.80Mg/m3的燒結(jié)體密度條件不能得到300MPa的燒結(jié)體強度。
實施例12～24、比較例10～19在轉(zhuǎn)爐或電爐里進行精煉后，用真空脫氣裝置熔煉含C:0.002～0.03%(重量)、Mn:0.4%(重量)以下、Ni:0.4%(重量)以下、Cr:0.4%(重量)以下、Si:0.005～0.03%(重量)、P:0.002～0.025%(重量)、S:0.002～0.03%(重量)、Mo:6.0%(重量)以下、Nb:0.3%(重量)的鋼液。在水壓為30-250kgf/cm2、水/鋼液的比為10的條件下將該鋼液水霧化。除比較例19以外，把所制得的粉末在N2氣氛中及125℃下進行干燥。比較例19是在大氣中和125℃下進行干燥。所有的生鐵粉都不進行退火、還原就分成1000μm以下的等級。
顆粒的硬度、生鐵粉顆粒斷面的形狀系數(shù)、壓坯密度、燒結(jié)體強度都用與實施例1相同的方法進行測定。
表3-1、表3-2示出實施例12～24、比較例10～19的生鐵粉的化學(xué)成分、粉末硬度、噴霧壓力、顆粒直徑為75～106μm的顆粒中形狀系數(shù)在2.5以下的顆粒的比例、-325#(45μm以下)的顆粒的比例、壓坯密度和燒結(jié)體強度。
實施例12～24中任意一個都顯示出滿足實用要求的壓坯密度、燒結(jié)體強度。而比較例10～16由于生鐵粉成分超出合適的范圍，顆粒硬度成為250以上，因而用5噸/cm2的成形壓力不能得到6.70Mg/m3以上的壓坯密度。比較例17由于噴霧壓力超出合適的范圍，顆粒直徑為75～106μm的顆粒中形狀系數(shù)在2.5以下的顆粒的比例成為10%以下，因而用5噸/cm2的成形壓力得不到6.70Mg/m3以上的壓坯密度。比較例18由于噴霧壓力超出合適的范圍，-325#的顆粒的比例成為20%以下，因而在6.80Mg/m3的燒結(jié)體密度下得不到300MPa的燒結(jié)體強度。比較例19由于干燥條件不適當、生鐵粉氧含量超出合適的范圍，因而不能得到6.70Mg/m3以上的壓坯密度或者300MPa的燒結(jié)體強度。
實施例25～29、比較例20～22在轉(zhuǎn)爐或電爐里進行精煉后，用真空脫氣裝置熔煉含C:0.1(重量)、Mn:0.1%(重量)以下、Ni:0.1%(重量)、Cr:0.1%(重量)以下、Si:0.02%(重量)、P:0.02%(重量)以下、S:0.02%(重量)以下、Al:0.1%(重量)以下的鋼液。在水壓為120kgf/cm2和水/鋼液比為10的條件下將該鋼液水霧化。把制得的生鐵粉在N2氣氛中及125℃下進行干燥，所有的生鐵粉都不進行退火、還原就分成250μm以下的等級。表4列出顆粒硬度、鐵粉的化學(xué)成分、壓坯密度、磨耗值、拉伸強度、沖擊值。由于實施例25～29中任何一個都含有適量的Al，氧含量成為0.4%以下，因而其結(jié)果就顯示出具有6.7g/cm3以上的壓坯密度、40kgf/cm2以上的燒結(jié)體強度和1.5%以下的磨耗值；而比較例20、22雖然壓坯密度在6.7g/cm3以上，但由于Al量超出合適的范圍，因而磨耗值成為1.5%以上，致使成形性降低。另外，比較例21由于硬度超過250，因而壓坯密度成為6.5g/cm3實施例30～36、比較例23～26在轉(zhuǎn)爐或電爐里精煉后，用真空脫氣裝置熔煉含C:0.01%(重量)以下、Mn:0.1%(重量)以下、Ni:0.1%(重量)以下、Cr:0.1%(重量)以下、Si:0.023%(重量)以下、P:0.02%(重量)以下、S:0.02%(重量)以下、Si+Ti+Zr:0.2%(重量)以下的鋼液。在130kgf/cm2的水壓下將該鋼液水霧化，把制得的生鐵粉在N2氣氛中及125℃下進行干燥，對所有的生鐵粉都不進行退火、還原就分成250μm以下的等級。
表5列出顆粒硬度、鐵粉的化學(xué)成分、壓坯密度、磨耗值、拉伸強度、沖擊值。
由于實施例30～36中任何一個都含有適量的Si、Ti、Zr，氧含量變成0.5%以下，因而其結(jié)果就顯示出具有40kgf/mm2以上的燒結(jié)體強度和1.5%以下的磨耗值。比較例23由于Si、Ti、Zr量不到合適范圍的下限，因而磨耗值為1.5%以上，致使成形性下降。比較例24由于顆粒硬度超過250，壓坯密度變成6.5g/cm3以下。另外，Si、Ti、Zr量超出合適范圍的比較例25和比較例26，燒結(jié)體強度都下降了。
實施例37、比較27通過在轉(zhuǎn)爐精煉鋼液，并用真空脫碳裝置進行脫碳，熔煉含C:0.004%(重量)、Mn:0.03%(重量)、Ni:0.005%(重量)、Cr:0.01%(重量)、Si:0.006%(重量)、P:0.008%(重量)、S:0.006%(重量)、Al:0.004%(重量)的鋼液，用水壓為70kgf/cm2的水射流在氧濃度為0.5%的N2氣氛中進行水霧化，把制得的粉末在H2氣氛中和180℃下進行干燥后，不進行退火、還原就分成250μm以下的等級。
在生鐵粉里添加混合1.0%(重量)的硬脂酸鋅，在5噸/cm2壓力下壓制成形為直徑為11.3mm的圓片后測定壓坯密度。燒結(jié)體強度是把生鐵粉、Cu粉、石墨粉和作為潤滑劑的硬脂酸鋅的混合粉末做成JSPM標準拉伸試片之后，在丙烷轉(zhuǎn)化的氣體氣氛中、在1130℃下燒結(jié)20分鐘所制得的燒結(jié)體(燒結(jié)密度是6.8Mg/m3、Fe-2.0 Cu-0.8C組成)，測定其拉伸強度。對Fe-2.0% Cu-0.8%石墨和Fe-2.0% Cu-1.0%石墨的兩個水準的石墨量，考察了燒結(jié)時的尺寸變化，把各個燒結(jié)尺寸變化的差作為「尺寸變化變動幅度」。這時的試樣形狀做成外徑是60mm、內(nèi)徑是25mm、高度是10mm的環(huán)狀、壓坯密度是6.85g/cm3，在1130℃下、在丙烷轉(zhuǎn)化的氣體氣氛中燒結(jié)20分鐘。
比較例27是用市售的經(jīng)過退火還原處理的粉末冶金用水霧化鐵粉進行與上述相同的處理。表6-1列出鐵粉的化學(xué)成分、易氧化元素的氧化比例，表6-2列出顆粒斷面硬度、壓坯密度和燒結(jié)體強度及尺寸變化的變動幅度。盡管實施例37沒進行退火、還原，但不僅壓坯密度幾乎與比較例27的現(xiàn)有技術(shù)鐵粉相等，而且尺寸變化的變動幅度也優(yōu)于比較例27。
實施例38～50、比較例28～33在轉(zhuǎn)爐或電爐里精煉后，用真空脫氣裝置熔煉含C:0.01%(重量)以下、Mn:0.1%(重量)以下、Ni:0.1%(重量)以下、Cr:0.1%(重量)以下、Si:0.02%(重量)以下、P:0.02%(重量)以下、S:0.02%(重量)以下、Si+Al+Ti+V:0.6%(重量)以下的鋼液，在氧濃度為10%以下的N2氣氛中，用100kgf/cm2的水壓將該鋼液水霧化，把制得的生鐵粉在H2、N2或真空中及100～300℃下干燥60分鐘后，不進行退火、還原處理就分成250μm以下的等級。
用與實施例37相同的方法測定壓坯密度、燒結(jié)體強度、燒結(jié)體尺寸變化的變動幅度。表7中列出了實施例38～50和比較例28～33的生鐵粉的化學(xué)成分、易氧化元素的氧化比例、顆粒斷面硬度、壓坯密度、燒結(jié)體強度和尺寸變化的變動幅度。
實施例38～50中任何一個都顯示出符合實用要求的壓坯密度、燒結(jié)體強度，而且顯示出尺寸變化的變動幅度為0.1%以下的良好的尺寸精度。
相比之下，雖然比較例能得到壓坯密度為6.7g/cm3以上的壓縮性，但比較例28由于Si+Al+Ti+V的量不到合適范圍的下限，比較例29由于易氧化元素的氧化比例為20%以下，因而尺寸變化的變動幅度較大，比較例30～33由于Si+Al+Ti+V的量超出合適的范圍，只能得到低的燒結(jié)體強度。
實施例51～66、比較例34～40
在轉(zhuǎn)爐或者電爐里精煉后，用真空脫氣裝置熔煉含C:0.02%(重量)以下、Mn、Ni、Cr:0.3%(重量)以下(？？)、P:0.002～0.02%(重量)、S:0.002～0.02%(重量)、Mo:6.0%(重量)以下、Nb:0.3%(重量)以下、Si+V+Al+Ti+Zr:1.5%(重量)以下的鋼液。把該鋼液在氧(O2)濃度為10%(體積)以下的氣氛中，用水壓為80～160kgf/cm2的水進行霧化，然后在氫氣、氮氣或真空中及100～300℃下進行干燥，對所有的生鐵粉均不進行退火、還原就分成250μm以下的等級。
用與實施例37相同的方法測定壓坯密度、燒結(jié)體強度、燒結(jié)尺寸變化的變動幅度。
表8-1中列出實施例51～66和比較例34～40的生鐵粉的化學(xué)成分，表8-2中列出噴霧條件、干燥條件、易氧化元素的氧化比例、粉末硬度、顆粒直徑為75～106μm的顆粒中形狀系數(shù)在2.5以下的顆粒的比例、-325#(45μm以下)的顆粒的比例、以及沒經(jīng)過還原處理工序的壓坯密度和燒結(jié)體強度及尺寸變化的變動幅度。
實施例51～66中任何一個都顯示出符合實用要求的壓坯密度、燒結(jié)體強度。而且實施例51～64還顯示出尺寸變化的變動幅度為0.1%以下的良好的尺寸精度。
相比之下，由于比較例超出了本發(fā)明所述的合適范圍，只能得到較低的壓坯密度或燒結(jié)體強度。
與以往的粉末冶金用的水霧化鐵粉相比，本發(fā)明的粉末冶金用的鐵粉在水霧化后可以不進行退火、還原工序，在生鐵粉狀態(tài)下直接進行金屬模壓成形。另外，與以往的粉末冶金用的鐵粉相比，本發(fā)明的粉末冶金用鐵粉在添加Cu、石墨條件下進行燒結(jié)時，與石墨添加量的不均勻相對應(yīng)的燒結(jié)尺寸變化的變動幅度較小，能制造具有良好尺寸精度的燒結(jié)體，因而可以省掉精壓加工工序。由于有這些優(yōu)點，使用本發(fā)明的鐵粉能縮短燒結(jié)零件的制造過程，能在不損害燒結(jié)零件特性的前提下降低燒結(jié)零件的制造成本，從而更經(jīng)濟地進行燒結(jié)零件的制造。













權(quán)利要求
1.一種粉末冶金用的水霧化鐵粉，其特征在于，在用水噴霧、干燥的狀態(tài)下，顆粒斷面的硬度為Hv80以上、250以下，而且顆粒表面被可在燒結(jié)氣氛中還原的氧化物所覆蓋，氧的含量為1.0%(重量)以下。
2.權(quán)利要求1所述的粉末冶金用的水霧化鐵粉，其特征在于，顆粒直徑在75μm以上、106μm以下的顆粒中，用顆粒斷面形狀的周長的平方除以斷面面積與4π的乘積所得到的值表示的顆粒斷面形狀系數(shù)為2.5以下的顆粒，以個數(shù)計算含有10%以上，而且45μm以下的顆粒以重量計算含有20%以上。
3.權(quán)利要求1或2所述的粉末冶金用的水霧化鐵粉，其特征在于，作為雜質(zhì)含有C0.01%(重量)以下、Mn0.30%(重量)以下、Ni0.30%(重量)以下、Cr0.30%(重量)以下、P和S合計0.05%(重量)以下，剩余部分實質(zhì)上由Fe構(gòu)成。
4.權(quán)利要求3所述的粉末冶金用的水霧化鐵粉，其特征在于，它還含有Mo5.0%(重量)以下、Nb0.20%(重量)以下。
5.權(quán)利要求1～4中任一項所述的粉末冶金用的水霧化鐵粉，其特征在于，它含有比鐵容易氧化的元素，顆粒表面被在燒結(jié)氣氛中不能還原的氧化物所覆蓋。
6.權(quán)利要求5所述的粉末冶金用的水霧化鐵粉，其特征在于，它含有一種或兩種以上下列的比鐵容易氧化的元素(重量%)Si:0.01～0.1%Al:0.03～0.05%V:0.008～0.5%Ti:0.003～0.1%Zr:0.008～0.1%而且顆粒表面是被在燒結(jié)氣氛中不能還原的氧化物所覆蓋。
7.權(quán)利要求6所述的粉末冶金用的水霧化鐵粉，其特征在于，上述的比鐵容易氧化的元素的合計量為0.03%以上、0.5%以下。
8.一種制造粉末冶金用的水霧化鐵粉的方法，其特征在于，用壓力為40kgf/cm2以上、200kgf/cm2以下的水射流將由C0.02%(重量)以下、Mn0.30%(重量)以下、Ni0.30%(重量)以下、Cr0.30%(重量)以下、其他雜質(zhì)的合計量0.50%(重量)以下、余量為鐵構(gòu)成的鋼液噴霧，然后進行干燥，將這樣的粉末原封不動地供粉末冶金使用。
9.權(quán)利要求8所述的制造粉末冶金用的水霧化鐵粉的方法，其特征在于，它在氧濃度為5.0%(體積)以下的非氧化性氣氛中用水進行霧化后，把所得到的鐵粉在非氧化性氣氛或者氫氣氛或真空中，在100～300℃的溫度下進行干燥處理。
10.權(quán)利要求8所述的制造粉末冶金用的水霧化鐵粉的方法，其特征在于，所用的鋼液含有總量為0.003～0.5%(重量)的比鐵容易氧化的元素。
11.權(quán)利要求8所述的制造粉末冶金用的水霧化鐵粉的方法，其特征在于，其中所述的比鐵容易氧化的元素選自Si、Ti、V、Al、Zr中的一種或兩種以上的元素。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種粉末冶金用的水霧化鐵粉及其制造方法。在該方法中，將熔煉的鋼液水霧化后得到的鐵粉不經(jīng)退火、還原處理，而在生鐵粉狀態(tài)下直接進行金屬模壓成型。根據(jù)本發(fā)明方法燒結(jié)時，可制造具有良好尺寸精度的燒結(jié)體，因而可以省掉精壓加工工序。使用本發(fā)明的鐵粉能縮短燒結(jié)零件的制造過程，并在不損害燒結(jié)零件特性的前提下降低燒結(jié)零件的制造成本。
文檔編號B22F1/00GK1104570SQ94105538
公開日1995年7月5日 申請日期1994年5月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月18日
發(fā)明者小倉邦明, 石川博之, 前田義昭, 駒村宏一 申請人:川崎制鐵株式會社