[发明专利]一种高性能粉末冶金材料及其制成方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金制造领域，尤其是一种高性能粉末冶金材料及其制成方法。

背景技术

近年来，粉末冶金工业发展迅速。铁粉，特别是合金铁粉的需求量随着汽车工业的发展而不断增加，人们对铁基烧结结构零件的性能要求也越来越高，对进、排气门座、凸轮轴等重要零件的耐热、耐磨等性能提出了更高的要求，因而开发高密度、高强度、高塑性粉末冶金结构钢，拓宽粉末冶金钢的应用领域是粉末冶金目前的研究发展方向。

铁基烧结结构钢是粉末冶金工业中产量最大、应用面最广的一类产品，其成分大致有几种:一是以Fe-C为主的铁基粉末冶金烧结钢，这类钢的机械性能相当于普通铸铁，抗拉强度只有150-200MPa，而且制造出的零件形状简单。二是铁粉中添加了铜、镍等合金元素，组成Fe-C-Ni, Fe-C-Cu等系列合金，烧结钢的机械性能达到了可锻铸铁的水平，抗拉强度达到400MPa。三是在镍、铜基础上添加了钥，组成Fe-Ni-Cu-Mo的烧结钢，其抗拉强度可达到600MPa。这几种成分的烧结钢普遍强度不高，而且塑性很低，延伸率一般在2%-3%,因此极大地限制了其应用范围，而且Ni, Mo等合金元素的价格较高，所以制备的零件成本也较高。

铬是锻钢中常用的合金元素，是提高钢的淬透性、强度等性能最佳的元素，尤其是中高强度的结构钢通常采用铬进行合金化，而且价格远低于Ni, Mo。但是传统的铁基粉末钢中，通常都不含有铬元素，主要有几个原因:一是铬与氧的亲和力大，很容易被氧化，所以铬很难以单质存在;二是铬是强碳化物形成元素，在钢中很容易形成碳化物，所以单质铬粉末添加到烧结钢后，组织中极易形成C和Cr的偏析，影响钢的组织均匀性。因而，尽管铬对钢性能的改善有很好的作用，但是在粉末烧结钢中很少被使用。目前烧结钢主要以镍、钼等合金化元素提高钢的性能，其价格较高，而且也存在均匀化的问题。

发明内容

为了克服以上缺陷，本发明要解决的技术问题是：克服常规材料的烧结钢强度低、塑形差、价格高等缺点，提出一种高强度、低成本、高温力学性能强的粉末冶金材料及其制作方法。

本发明所采用的技术方案为：一种高性能粉末冶金材料，该粉末冶金材料的成分为铁粉、铝粉、铬铁、硬脂酸锌、石墨粉。

根据本发明的另外一个实施例，一种高性能粉末冶金材料进一步包括所述粉末冶金材料的主要成分为铁粉、铝粉，所述铁粉、铝粉之间重量的百分比为铁粉80-70%，铝粉20-30%。

根据本发明的另外一个实施例，一种高性能粉末冶金材料进一步包括所述粉末冶金材料还包括成分的重量百分比为铬铁0.5-2%，硬脂酸锌0.08-0.5%，石墨粉0.05%。

根据本发明的另外一个实施例，一种高性能粉末冶金材料进一步包括所述铬铁为微碳铬铁，其中铬的含量为50%，含碳量为0.06%，其余为铁。

本发明还涉及一种高性能粉末冶金材料制成方法，该方法是首先将铬铁经高能球磨至颗粒直径在0.3-1um范围内，然后按成分配比与其它粉末均匀混合，再在高能球磨机中球磨5-15min，球磨介质为无水有机液体。

根据本发明的另外一个实施例，一种高性能粉末冶金材料制成方法进一步包括该方法是将按照比例混合球磨后的粉末进行冷压，压强为600MPa，加压速度150mm/min，粉体在600MPa下成型后保持2min;烧结是在分解氨保护气氛下进行，温度为1120℃，烧结时间40min。

根据本发明的另外一个实施例，一种高性能粉末冶金材料制成方法进一步包括所述无水有机液体为无水乙醇或石油醚。

根据本发明的另外一个实施例，一种高性能粉末冶金材料制成方法进一步包括高能球磨机为振动式球磨机、行星式球磨机或搅拌式球磨机。

本发明的有益效果是：在主要成分中加入了Al，提高了该粉末冶金材料的性能，其室内弯曲强度可达2500MPa,相对密度大于99.9%；

充分利用铬对钢的合金化作用，细小的铬铁粉与铁粉、铝粉、硬脂酸锌、石墨粉混合可保证烧结过程中铬等合金元素的均匀扩散;其中硬脂酸锌起着润滑剂的作用；

冷压(预压)保持一定时间可以得到较大的压制密度;高效润滑剂可以保证较高的烧结密度，与常规冷压烧结钢相比，制备的烧结钢组织均匀、具有高强度和塑性，性能优异，且价格低廉。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。