[发明专利]用于耐磨和耐热应用的粉末金属组合物及其生产方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月15日提交的序列号为13/837,549的美国申请的优先权，其内容整体通过引用合并于此。

技术领域

本发明大体涉及粉末金属组合物，以及由铁基合金生产粉末金属组合物的方法。

背景技术

高硬度的预合金的铁基粉末，如工具钢级的粉末，既可以在制造各种制品的粉末冶金生产中单独使用，也可以与其他粉末金属组合物混合使用。工具钢中含有诸如铬，钒，钼和钨的元素，这些元素与碳结合形成各种碳化物，例如M₆C，MC，M₃C，M₇C₃和M₂₃C₆。这些碳化物非常坚硬，有利于工具钢的耐磨性。

粉末金属加工的应用允许颗粒完全由合金化的熔化的金属形成，以使得每个颗粒具有整批熔化的金属的完全合金化的化学组成。该粉末金属加工还允许熔化的金属快速凝固成小颗粒，从而消除通常与铸件相关联的宏观偏析。在高合金化的钢(如工具钢)中，碳化物的均匀分布可以在每个颗粒内部实现，从而形成非常硬且耐磨的粉末材料。

通常通过雾化来产生粉末。在工具钢和含有大量易于氧化的铬和/或钒的其他合金中，通常使用气体雾化，其中，熔化的合金流通过喷嘴注入到防护性腔室中并利用高压惰性气体(诸如氮气)的气流将熔化的金属流分散为液滴。惰性气体防止合金元素在雾化过程中发生氧化，气雾化的粉末具有典型的平滑的圆形形状。

水雾化也常用来生产粉末金属。它与气体雾化类似，不同的是高压水被用来代替氮气气体作为雾化流体。水可以是更有效的淬火剂，从而与传统气体雾化相比可具有更高的凝固速率。水雾化的颗粒通常具有更不规则的形状，其更适合于随后压实粉末以使得粉末金属压实体达到更高的生坯强度。但是，在工具钢和含有大量铬和/或钒的其他钢中，作为雾化流体作用的水将导致合金元素在雾化过程中发生氧化，并且这些合金元素的聚集使得它们无法与碳反应形成碳化物。因此，如果使用水雾化，它可能需要接下来进行单独的氧化还原和/或退火循环，其中，在存在还原剂(诸如粉状石墨，或其它碳源，或其它还原剂，或通过另一还原过程)的情况下，粉末被加热并保持在高温下一段很长的时间(近似几小时或几天)。石墨的碳会与氧结合以释放合金元素，使他们在固结粉末形成生压坯的随后的烧结和退火阶段中可用于形成碳化物。应当理解，额外的退火/还原步骤和石墨粉末的添加将增加通过水雾化形成高合金粉末的成本和复杂性。

发明内容

本发明的一个方面提供一种生产粉末金属组合物的方法，其包括以下步骤：提供熔融的铁基合金，该铁基合金包括3.0-7.0重量％的碳，10.0-25.0重量％的铬，1.0-5.0重量％的钨，3.5-7.0重量％的钒，1.0-5.0重量％的钼，不超过0.5重量％的氧，以及至少40.0重量％的铁；以及雾化熔融的铁基合金以提供铁基合金的雾化液滴。

本发明的另一个方面提供一种生产烧结制品的方法，其包括以下步骤：提供熔融的铁基合金，该铁基合金包括3.0-7.0重量％的碳，10.0-25.0重量％的铬，1.0-5.0重量％的钨，3.5-7.0重量％的钒，1.0-5.0重量％的钼，不超过0.5重量％的氧，以及至少40.0重量％的铁；以及雾化熔融的铁基合金以提供铁基合金的雾化液滴，被称为粉末金属组合物。该方法接下来包括将粉末金属组合物与另一粉末金属混合；压制混合物以形成预成型件；以及烧结该预成型件。

本发明的另一个方面提供一种粉末金属组合物，包括：3.0-7.0重量％的碳，10.0-25.0重量％的铬，1.0-5.0重量％的钨，3.5-7.0重量％的钒，1.0-5.0重量％的钼，不超过0.5重量％的氧，以及至少40.0重量％的铁，基于粉末金属组合物的总重量。

本发明的另一个方面提供一种烧结的粉末金属组合物，包括：3.0-7.0重量％的碳，10.0-25.0重量％的铬，1.0-5.0重量％的钨，3.5-7.0重量％的钒，1.0-5.0重量％的钼，不超过0.5重量％的氧，以及至少40.0重量％的铁，基于烧结的粉末金属组合物的总重量。

附图说明

对于本领域技术人员来说，结合详细描述和示意性地示出了生产粉末的工艺的附图，本发明的这些和其它特征以及优点将变得更加明显。

图1是生产粉末金属组合物的工艺的示意图。

图2是硬度与碳含量的关系的曲线图。

具体实施方式