[发明专利]使用粉末冶金工序制备铁合金制品的方法

说明书

相关技术的交叉引用

本发明为一部分继续申请(Continuation-In-Part)，其要求美国专利(于2013年10月24日申请，申请号为No.:14/061,845)的权益。

技术领域

本发明大体涉及合金铁的制备方法，尤其涉及一种使用粉末冶金工序制备高韧度马氏体(martensitic)铁合金的制备方法。

背景技术

飞行器起落架是一至关重要的部件，其在使用中高度受压且受到多种恶劣环境条件的影响。钢合金，例如为AISI4340以及300M合金，由于这些合金可以被调质(quenchedandtempered)从而可提供非常高的强度(至少280ksi的极限抗张强度)以及至少50ksi√in的断裂韧度(K_Ic)，所以这些合金用于制备飞机起落架已经很长时间。因而，还需要在起落架部件上电镀耐腐蚀性金属，例如镉。镉是一种高毒性且致癌的金属，使用这些合金制备及维修飞机起落架及其他部件，将造成巨大的环境风险。

一种现有的合金(以注册商标FERRIUMS53销售)被开发用以提供与4340以及300M合金类似的强度以及韧度，并同样可以提供耐腐蚀性。为了克服使用电镀铬从而为由4340合金或300M合金制造出的飞机起落架提供足够的耐腐蚀性的相关问题，FERRIUMS53合金被设计出。然而，FERRIUMS53合金包括加入大量的钴，这是一种非常稀有，故而昂贵的元素。为了避免在起落架应用中使用FERRIUMS53合金所造成的高成本，已尝试开发出一种调质合金，其可以在不加入昂贵的钴的情况下，提供与FERRIUMS53合金相当的强度、韧度以及耐腐蚀性。

如美国专利8,071,017以及美国专利8,361,247所描述的，不使用钴的马氏体钢合金可被调质从而提供与FERRIUMS53合金相当的强度、韧度，并可提供耐腐蚀性。然而，却发现通过这些钢合金所提供的耐腐蚀性，尚有提高的空间。对于飞机起落架来说，由于其需暴露在多种不同的的腐蚀环境中，且一些环境相较另一些环境更能引起钢的腐蚀，因而提高耐腐蚀性是非常重要的。相应地，需要提供一种钢合金，其对于起落架的应用所需，可以提供非常高的强度以及韧度，且相较已知的耐腐蚀性的调质钢，可提供更好的耐腐蚀性，且相较含有大量钴的钢，其生产所需费用减少。

另外，已知的马氏体钢合金通常使用传统的装置，包括真空感应熔炼(VIM)，以及VIM/真空电弧熔炼(VAR)来熔炼。而后，已知的合金，被浇铸成金属锭的形式，并通过轧制或锻造而获得最终所需的产品，产品可以是方钢(billet)或条钢(bar)。然而，在用于近净成型工序(nearnetshapeprocessing)的航天工业中，需要在相较传统工序(例如使用条钢或粗锻坯(roughforgedbillet))而言，更少的机械加工以及更低的金属浪费的情形下，制备零件。

发明内容

为了解决以上这些缺陷中的一些，公开了一种制备铁合金制品的方法。通过将铁合金组合物熔炼成液态，将液体雾化并固化为粉末颗粒，脱气以去除粉末颗粒表面的氧气，并将粉末颗粒致密化为整块的制品来提供铁合金制品。

具体实施方式

本发明提供了一种合金，其具有改进的，期望的金属特性，例如为耐磨性，耐腐蚀性，强度以及韧度。

根据本发明的铁合金包括选自碳(C)，锰(Mn)，硅(Si)，铬(Cr)，镍(Ni)，钼(Mo)，铜(Cu)，钴(Co)，钒(V)，和铁(Fe)的基本组分。然而，基本组分也可能包括钨(W)，钒(V)，钛(Ti)，铌(Nb)，钽(Ta)，铝(Al)，氮(N)，铈(Ce)和镧(La)。

特别地，在本发明的一典型实施例中，铁合金包括标称的组合物，其具有的比例为：0.2-0.5wt.％的C,0.1-1.0wt.％的Mn,0.1-1.2wt.％的Si,9-14.5wt.％的Cr,3.0-5.5wt.％的Ni,1-2wt.％的Mo,0-1.0wt.％的Cu,1-4wt.％的Co,最多为0.2wt.％的W,0.1-1.0wt.％的V,最高至0.5wt.％的Ti,0-0.5wt.％的Nb,0-0.5wt.％的Ta,0-0.25wt.％的Al,最多为0.05wt.％的N,0-0.01wt.％的Ce,0-0.01wt.％的La,以及余量的Fe从而形成完整的组合物。

如表1所示，铁合金可能具有如下所示比例(wt.％)的组合物。

表1

典型钢合金组合物