[发明专利]生产烧结-硬化部件的方法

说明书

本发明涉及由含铬的金属粉末生产烧结-硬化部件的方法，所述金属粉末尤其被预合金化，所述方法包括下述步骤：压实粉末，形成生压坯(green compact)，然后在还原性烧结氛围内，在超过1100℃的烧结温度下烧结生压坯，本发明还涉及至少部分包括来自于金属烧结粉末的含铬和碳的烧结材料的部件，和铬含量选自下限0.5wt％至上限7wt％的范围和碳含量为至少0.1wt％。 

使用高强度的烧结合金和生产它们用于在机动车工业中的部件的方法长期以来是已知的。例如，专利说明书EP0835329B公开了使用粉末冶金术生产部件的方法，该方法牵涉下述步骤：混合0.8-2.0wt％石墨和具有预合金化的粉末的润滑剂与含0.5-3.0wt％钼的铁基础材料，所述混合物不含任何元素铁，挤压预备的混合物，以便在单一挤压步骤中成型，然后在高温下，在还原性氛围内烧结挤压部件，以便获得密度大于7.4g/cm³的烧结部件，从奥氏体相中快速冷却烧结部件，并加热该部件实际上到温度A₁，以便球化碳化物和最小化它们沿着晶界分离。混合石墨与生压坯的起始粉末还意味着通过这一方法生产的部件在其整个截面上具有至少几乎恒定的碳比例。具有高碳含量的这种钢具有高的硬度，但这些材料的动态特征值无法满足对高性能材料，例如在最新一代的发动机中使用的那些材料的要求。 

因此，本发明的目的是提出生产烧结-硬化部件的方法以及由其生产的部件，该方法容易实施。 

通过以上列出的方法，借此含碳的气体加到烧结氛围内并通过至少在部件表面的区域内提供碳含量的梯度的部件，从而实现这一目的。优点是不需要额外的步骤掺入碳载体到金属粉末内，这是因为在正在实施的实际的烧结过程中，可同时进行在部件或生压坯内碳浓度的增加。这一方法的结果是，还可简单地通过溶解含碳气体的用量或者调节流速来调节碳含量，这取决于要求，以便生产生压坯的预备步骤保持未受影响，且原则上，可生产不同硬度的粉末冶金部件，来适应于各种要求。优点还在于下述事实：通过本发明提出的方法还使得能生产在其表面或接近于表面的区域内含有比在部件的整个基础物料内碳的比例高的部件。关于这一点，自然还可使用已经含有一定比例碳的预合金化的金属粉末，尤其含铬的钢粉。在部件本身内碳元素的这一梯度的结果是，可赋予表面区域内高的硬度，而在底下的层内硬度较低。这使得能生产具有高动态特征的粉末金属部件，尤其具有改进的交替(alternating)弯曲应力值的部件。因此，可生产其磨损性能完美地良好但还能较好地耐受交替弯曲应力的部件。若在烧结之后，在至少2℃/s的冷却速度下冷却部件，则也是有利的，和这一流速冷却(快速地冷却)的结果是，可冷冻构图结构，于是使得能在部件表面处在具有压力张力的结构内产生内张力曲线。

在本发明的一个实施方案中，在烧结氛围内含碳气体的比例在下限50Nl/h至上限300Nl/h的范围内选择。已发现，在这些范围内，接近于表面的部件区域在足够高的速度下渗碳，以便这一方法没有延长或者仅仅在可以忽略的程度上延长。关于这一点，在每一情况下待选择的用量尤其取决于所使用的渗碳气体，即含碳气体，另一方面，还改变所选择的用量，适合于实际烧结烘箱的截面。例如，加入到还原性烧结氛围内的流速对于丙烷可以是5Nl/h至约25N1/h，和对于甲烷可以是50N1/h-300Nl/h。特别地，添加量取决于在渗碳气体本身上碳的比例。在5Nl/h以下，渗碳通常太慢和不充分。在300Nl/h以上，没有观察到该方法的改进。 

Nl/h(标准升/小时)以1bar(abs.)的压力和20℃的温度为基础。 

在烧结粉末内铬的比例有助于该部件的可硬性。形成Cr-碳化物赋予该部件高的表面硬度，这也会增加耐水性。 

对于含碳气体，即渗碳气体来说，优选从含甲烷、丙烷或乙炔的组中选择气体。这些气体的特定优点是，它们具有高的碳含量且易于操纵，和若使用乙炔，则由于还原烧结氛围导致在烧结过程中不存在 问题。 

然而，应当注意，在本发明的范围内，其他含碳气体可用于这一目的，优选不含氧气或任何氧化元素的气体。 

对于还原烧结氛围来说，可以以根据现有技术已知的方式使用氮气和氢气的混合物，在这一情况下，从下限为80∶20到上限为95∶5的范围中选择N₂与H₂之比。高比例的氮气于是有助于产生还原性烧结氛围。