[发明专利]粉末冶金用含Mn混合钢粉及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金用含Mn混合钢粉及制备方法，属于粉末冶金技术领域。

背景技术

粉末冶金技术因其具有节能、节材、近净成形的优势，在工业生产中被广泛用来进行金属部件的制备，其中铁基粉末冶金材料占绝大部分。因工业应用的需要，简单的采用水雾化纯铁粉作为铁基粉末冶金材料的生产原料无法达到最终的性能要求，因此通常以机械混合或预合金的方式向水雾化纯铁粉中添加合金元素以改善其性能。水雾化纯铁粉中含有少量的Mn，Mn由铁矿石中带入，其含量一般不高于0.15%，由于含量少，不足以对铁基体起到强化效果，因此需要额外添加合金元素。传统的合金元素如Cu、Ni、Mo等，存在价格高，回收利用困难或有潜在毒害性等不足，含有新型合金元素的铁基粉末冶金材料成为开发和应用的方向。Mn价格便宜、容易获取，当Mn含量超过0.35%后，其对铁基体的强化效果变得明显，且锰含量越高其对铁的强化作用越强，因此近年来含Mn铁基粉末冶金材料的开发、应用越来越广泛。

Mn加入铁基粉末体系的方式对最终压制和烧结材料的性能有很大影响。若采用熔炼水雾化法使Mn和铁形成预合金粉，将在熔炼工序促使Mn元素在含Mn水雾化预合金钢粉基体中充分扩散，因此Mn元素在基体中无偏析、均匀分布，这对烧结后制品的力学性能有积极贡献。但该方法也存在以下问题：Mn元素在熔炼水雾化制备工序中易与氧结合，Mn含量高时导致含Mn水雾化预合金钢粉氧含量高，并且由于Mn元素对预合金钢粉的强化作用导致含Mn水雾化预合金钢粉硬度高、压制性能低于相同成分的含Mn机械混合粉，即达到与含Mn机械混合粉相同的压制密度需要更大的压制压力，这对压机及压制模具要求更高，增加生产成本。Mn含量越高，这些负面影响越大。因此目前工业上可用的含Mn水雾化预合金钢粉中Mn的最高质量百分含量不超过2%。若采用机械混合的方式将Mn以FeMn合金（Mn质量百分含量30-70%）或电解锰粉的形式加入到水雾化纯铁粉中，其压制性能好，与水雾化纯铁粉相当。但在工业生产条件下，由于烧结气氛露点较高（-30℃～-25℃），FeMn合金或电解锰粉活性较高，有研究报道，当Mn的质量百分含量超过2%时，机械混合粉压制成的压坯内部FeMn合金或电解锰粉所在位置在高温烧结前的脱脂升温过程中Mn蒸发、氧化沉积到近邻的铁基粉末颗粒上，易连接形成含Mn氧化物网络，含Mn氧化物网络一旦形成，在后续的高温烧结过程中，烧结气氛无法渗透扩散到氧化物网络内部发挥对内部氧化物的还原作用，导致最终所得烧结产品氧含量高，高氧含量对烧结致密化和制品的力学性能均存在负面影响，严重时含Mn氧化物可割裂基体，承载时脆断，造成不可估量的严重后果。因此含Mn机械混合钢粉中Mn的质量百分含量一般控制在2%以内。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理、Mn含量较高的粉末冶金用含Mn混合钢粉及制备方法；本发明所制备的含Mn混合钢粉具有压制性能好，烧结成品密度高、氧含量低的优势。

本发明一种粉末冶金用含Mn混合钢粉，其组分以质量百分比计为：

水雾化纯铁粉28.13-58.21%；

含Mn水雾化预合金钢粉40-70%；

FeMn合金粉0.43-3.6%；

石墨粉0.5-2%；

润滑剂0.5-0.8%；

本发明一种粉末冶金用含Mn混合钢粉，所述水雾化纯铁粉的粒径为100-200μm，优选为100-150μm，水雾化纯铁粉中氧的质量百分含量小于等于0.15%。

本发明一种粉末冶金用含Mn混合钢粉，所述含Mn水雾化预合金钢粉中Mn的质量百分含量为1-3%，粉末平均粒径为100-200μm，优选为100-150μm，含Mn预合金钢粉中氧的质量百分含量小于等于0.44%。

本发明一种粉末冶金用含Mn混合钢粉，所述FeMn合金中Mn的质量百分含量为30-70%，优选为45-70%，氧的质量百分含量小于等于1.5%，铁锰之外的其它元素的总质量百分含量控制在3%以下；FeMn合金粉的粒径范围为10-30μm，优选为10-20μm。

本发明一种粉末冶金用含Mn混合钢粉，所述石墨粉的粒径范围为10-40μm，优选为10-20μm。

本发明一种粉末冶金用含Mn混合钢粉，所述润滑剂为硬脂酸锌或硬脂酸锂。