[发明专利]铁钒粉末合金

说明书

技术领域

本发明涉及基本不含铬、钼和镍的铁基含钒粉末，以及含有该粉末和 其它添加剂的粉末组合物，和由该粉末组合物制成的粉末锻造的部件。该 粉末和粉末组合物意在用于成本有效地制造粉末烧结或锻造的部件。

背景技术

在工业上，通过压制和烧结金属粉末组合物的金属产品制造法的应用 日益广泛。生产了形状和厚度各异的许多不同产品，不断提高质量要求， 同时希望降低成本。由于净形部件或近净形部件需要极少机械加工即可达 到最终形状，它们通过铁粉组合物的压制和烧结而获得，兼具高的材料利 用程度，因此这种技术与用于形成金属部件的传统技术(例如模制或由棒 料或锻件机械加工)相比具有巨大的优势。

但是，与压制和烧结法相关的一个问题在于，烧结部件含有一定量的 孔隙，这降低了部件强度。基本上有两种方式克服由部件多孔性造成的对 机械性质的不利影响。1)可以通过引入合金化元素，例如碳、铜、镍、钼 等，来提高烧结部件的强度。2)可以通过提高粉末组合物的可压缩性，和 /或为较高生坯密度而提高压制压力，或提高烧结过程中的部件收缩，由此 降低烧结部件的多孔性。在实践中，采用通过添加合金化元素来增强部件 和将多孔性减至最小的组合。

铬用于通过固溶硬化来增强基质，提高烧结体的可淬硬性、抗氧化性 和抗磨性。但是，含铬的铁粉难以烧结，因为它们常常需要高温和受控良 好的气氛。

本发明涉及不包括铬、即没有有意的铬含量的合金。这导致对烧结炉 设备和气氛控制的要求低于烧结含铬材料时。

粉末锻造包括使用锻打使烧结预成型坯快速致密化。结果得到适合高 性能用途的完全致密的净形部件或近净形部件。通常，已经由与铜和石墨 混合的铁粉制造粉末锻造的制品。所推荐的其它类型的材料包括与镍和钼 和少量锰预合金化的铁粉，以提高铁可淬硬性而不产生稳定的氧化物。还 常常加入机械加工性能增强剂，例如MnS。

最终部件中的碳提高强度和硬度。铜在达到烧结温度之前熔融，由此 提高扩散速率和促进形成烧结颈。铜的添加改进强度、硬度和可淬硬性。

已通过粉末锻造技术成功制造内燃机连杆。当使用粉末锻造制造连杆 时，通常对压实和烧结部件的大端施以裂解加工操作。将大端螺栓的孔和 螺纹机械加工。内燃机中的连杆的一个基本性质是高压缩屈服强度，因为 这种连杆受到拉伸载荷的三倍高的压缩载荷。另一基本材料性质是适当的 可机械加工性，因为必须机械加工孔和螺纹，以在安装后连接分开的大端。 但是，连杆制造是具有严格的性能、设计和耐久性要求的大规模的价格敏 感用途。因此提供较低成本的材料或方法是高度合意的。

US 3,901,661、US 4,069,044、US 4,266,974、US 5,605,559、US 6,348,080 和WO 03/106079描述了含钼粉末。当使用与钼预合金的粉末制造压制和 烧结部件时，容易在烧结部件中形成贝氏体。特别地，当使用具有低钼含 量的粉末时，形成的贝氏体是粗糙的以致损害可机械加工性，这对需要良 好可机械加工性的连杆而言特别成问题。钼作为合金化元素也非常昂贵。

在US 5,605,559中，已通过使Mn保持非常低来用Mo合金粉末获得 细珠光体微结构。但是，保持低Mn含量是成本高昂的，特别是在生产中 使用廉价钢屑时，因为钢屑常常含有0.1重量％和更高的Mn。此外，Mo 是昂贵的合金化元素。因此，由于低Mn含量和Mo的成本，制成的粉末 相应地比较昂贵。

US 2003/0033904、US 2003/0196511和US2006/086204描述了可用于 制造粉末锻造的连杆的粉末。该粉末含有与铜粉和石墨混合的预合金铁基、 含锰和硫的粉末。US 2006/086204描述了由铁粉、石墨、硫化锰和铜粉的 混合物制成的连杆。具有3重量％Cu和0.7重量％石墨的材料获得最高压 缩屈服强度值775MPa。相应的硬度值为34.7HRC，这相当于大约340 HV1。铜和碳含量的降低也造成降低的压缩屈服强度和硬度。

US 5,571,305描述了具有优异可机械加工性的粉末。主动使用硫和铬 作为合金化元素。

发明目的

本发明的一个目的是提供合金化的铁基含钒粉末，其基本不含铬、钼 和镍，并适合制造烧结态的(as-sintered)和任选地粉末锻造的部件，例 如连杆。