[发明专利]一种低温烧结钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金新材料制造关键技术领域，特别涉及一种以电解锰、Cu-Sn合金粉、混合稀土为合金添加剂，既可用于制造粉末冶金结构零件制造，也可用于减磨零件制造的粉末冶金低温烧结钢及其制备方法。

背景技术

粉末冶金是制取金属粉末或以金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金材料具有独特的化学组成和机械、物理性能，运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承/轴瓦等减磨件、齿轮/轮毂等结构件，是一种少无切削工艺，因而烧结钢及其零件的制造是粉末冶金技术的巨大贡献的重要组成部分。

影响粉末冶金烧结材料与零件最终性能的主要因素为合金成分及成形与烧结工艺条件。为了降低互换性要求较高、结构要求紧凑、批量大的机械零部件的制造成本，铁基粉末冶金件成为机械工程师们的重要选项。一直以来，工程师们大多采用Fe-Cu-C 或Fe-C系烧结材料制造减磨零件。此类烧结材料的原材料成本、模具制造费用与烧结温度（一般为1050～1100℃）都较低，但其强度等力学性能较差，一般不适合结构件的制造。由于烧结结构件的强度等力学性能要求较高，工程师们通常在Fe-Cu-C 或Fe-C系烧结材料中添加Mo、Ni等元素，但金属Mo、Ni 粉末价格昂贵，导致原材料成本直接攀升；另外，Fe-Mo-Ni-C系烧结材料的烧结温度较高（一般为1150～1200℃），从而使得铁基结构烧结合金的制造成本大幅上升。

在既要确保烧结零件的力学性能又要能降低制造成本的市场需求驱动下，优化烧结合金钢体系与制备工艺已成为研究热点，低温烧结结构钢合金体系、低成本原材料组合与低能耗制备工艺方案无疑已成为学者与企业家的共同努力方向。

发明内容

为解决上述现有技术中粉末冶金烧结钢材质与制备工艺存在的问题与缺陷，本发明提供了一种低温烧结钢，该烧结钢以电解锰粉、Cu-Sn合金粉、混合稀土为合金添加剂，原材料成本低、烧结温度低，既可用于制造粉末冶金结构零件制造，也可用于减磨零件制造。

此外，还提供了一种低温烧结钢的制备方法。

为实现以上技术目的，本发明采用的技术方案为：一种低温烧结钢，其特征在于，其合金体系为Fe-Mn-Cu-Sn-Ce-C，原料包括电解锰粉、Cu-Sn合金粉、混合稀土粉、胶体石墨粉、铁粉：以上各组分以质量分数计分别为电解锰粉1.1%～1.5%、Cu-Sn合金粉4%～6%、混合稀土粉 0.3%～0.7%、胶体石墨粉0.4%～0.6%、余量铁粉。

较佳实施情况下，所述电解锰粉，其纯度为99.9%、粒度为≤75um。

较佳实施情况下，所述Cu-Sn合金粉，其Cu：Sn质量比为7：3，粒度为≤75um。

较佳实施情况下，所述混合稀土粉为富铈混合稀土粉末，其粒度≤75um。

所述的任意一种低温烧结钢，其是实质上不含有镍、钼的无Ni-Mo廉价烧结钢。

一种低温烧结钢的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

1）Cu-Sn合金粉末的制备：以电解紫铜板和高纯锡锭为原材料制备Cu-Sn合金粉末，使其Cu：Sn质量比7：3、粒度≤75um；

2）配粉与混料：将电解锰粉、Cu-Sn合金粉、混合稀土粉、胶体石墨粉、铁粉分别按照质量分数为1.1%～1.5%、4.0%～6.0%、0.3%～0.7%、0.4%～0.6%、余量铁粉混合均匀后备用；

3）成形：取步骤2）获得的均质混合粉，使混合粉末按特定制品技术要求成形为规定形状与尺寸的压坯；

4）低温烧结：将步骤3）获得的压坯放入具有保护气氛的粉末冶金烧结炉中实施低温烧结，烧结温度为950～1050℃、保温时间30～45min。

较佳实施情况下，所述步骤1）中采用高纯氮气喷雾法制备Cu-Sn合金粉末。

较佳实施情况下，所述步骤3）成形工序为温压成形，具体操作为取步骤2）获得的均质混合粉，在按特定制品技术要求设计制造的刚性成形模中温压成形，获得温压压坯，主要工艺参数为混合粉预热温度130～150℃、成形模具温度130～180℃、成形压力300～600MPa、保压时间5～15s。

较佳实施情况下，所述步骤4）低温烧结中保护气氛为氮基保护气氛，其具体制备方法为向氨燃烧发生器送入氨气与压缩空气的混合气体，经燃烧、冷冻脱水、吸附净化工序通过调节氨气与压缩空气的混合比获得露点为-35℃、含氢体积分数为3%～5%的氮基保护气氛。