[发明专利]一种铁基粉末冶金零件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，尤其涉及一种铁基粉末冶金零件的制备方法。

背景技术

粉末冶金是一门制造金属粉末或以金属粉末(包括混入非金属粉末)为原料，以成形—烧结的基本方法制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的技术学科。广义上讲，它还包括以氧化物、氮化物、碳化物等非金属化合物粉末为原料的，以成形—烧结方法制造材料或制品的技术。粉末冶金工艺是将原料粉末加入一定模腔后加压成形，再经一定条件下烧结，或在特定的模具中烧结以得到制品的技术过程。

随着工业的发展，对零件的要求越来越高，例如成本、交货周期和噪音等方面机械加工的零件往往难以满足要求，而粉末冶金是一项能制造机械零件的先进技术，具有高效、优质、精密、低耗、节能等优点，非常适合大批量生产各种机械零部件，如汽车零件，尤其是采用铸、锻、机加工等常规方法难以成形或无法成形，以及虽能成形但极不经济的复杂形状零件。采用粉末冶金工艺生产零件，不仅可使零件达到高精度、高性能，而且可以保证流水线上生产的精度和性能的稳定一致，从而带来巨大的技术经济效果。

镍是铁基粉末冶金零件中除铜之外最重要合金元素，其中镍的良好作用在于强化铁基粉末烧结体的同时，还具有提高铁基粉末烧结体塑形的特点，对铁基粉末冶金材料的强韧化十分有利。通常，粉末冶金钢中添加镍元素可促使材料在烧结过程中发生收缩，提高材料的强度、抗冲击性、耐磨性和抗疲劳性。然而，在工业化生产的条件下，含镍的粉末冶金钢，烧结后均存在非均匀组织，即富镍区和贫镍区，富镍区通常位于铁粉颗粒表面、烧结颈、孔隙表面。这是因为镍向铁的扩散度比其他合金元素要慢，例如碳、铜、钼，同时还有研究者表面：烧结过程中碳与镍之间的强烈互斥作用也是造成镍分布不均匀的的原因，而添加碳和钼则有利于镍的均匀分布。

合金元素对粉末冶金钢的性能的影响，不仅与添加的合金元素的种类、数量有关，还与其添加的方式有关，通常粉末冶金合金元素的添加方式为合金元素粉混合，扩散合金化及完全预合金。镍作为合金元素，添加到铁基粉末冶金零件中，一般有三种方式，其一，采用雾化法，即直接按照需求配置合金成分，熔炼后制粉压制，一般采用此方式镍含量不会超过3％；其二，将羰基镍粉直接添加到铁粉中混合；其三，镍粉与铁粉高温扩散退火，形成部分合金化的母粉。上述镍元素的添加方法中，第一种方法，由于镍与铁完全合金化，会造成粉末压制性降低，镍含量越高压制性越低；对于第二种方法，由于镍粉颗粒很细，在混合中以及混合后容易偏析，造成烧结后存在大片的富镍奥氏体，使镍的强化作用降低；第三种方法，可以很好地解决了压制性和偏析问题，但烧结后仍然存在富镍奥氏体，尤其对于高镍的粉末，此外还增加了成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术而提供一种烧结后组织均匀、烧结性能良好的铁基粉末冶金零件的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

(1)设计材料组成：根据需要设计材料组成，除Fe外，还至少包括C或和Ni两种元素，C含量为0.02～1.5％，Ni含量为0.1～10％，其中Fe元素的添加或采用元素粉末形式或采用母合金粉形式或采用部分元素粉部分母合金粉，Ni元素的添加全部或部分采用羧基铁镍粉形式；

(2)混料：按步骤(1)中设计的材料组成进行混合，混合时添加不超过1％(质量)的粉末成形润滑剂；

(3)成型：将设计好的模具安装至粉末冶金成型压机上，并将上述已混合粉末进行压制，得到生坯；

(4)烧结：对上述生坯进行烧结，烧结温度为1000℃～1300℃，烧结时间为5～150min，烧结气氛为氮氢气氛。

作为优选，所述羧基铁镍粉的质量百分比组成为：C 0～1％，Ni 20～50％，Fe余量，不可避免杂质不超过2％。

上述方法中，作为优选，所述羧基铁镍粉的松装密度为1.50～2.50g/cm³，从而保证与铁基粉的松装密度相近，混合后松装没有大的变化，因为松装发生变化会引起零件高度或成形压力发生变化。

粒度及粒度分布与生坯密度、烧结扩散等关系密切，也与烧结后的材料性能密切相关，因此上述方法中，作为优选，所述羧基铁镍粉的D₅₀小于10μm，D₉₉小于50μm。

上述方法中，作为优选，所述氮氢气氛的氢含量为10vol％。