[发明专利]具有高拉伸强度的含锰材料

说明书

本发明涉及一种通过压实和烧结生产部件的铁基粉末。具体地，本发明涉及基本不含镍的粉末组合物，烧结时，得到具有有价值的性能的部件，如高的拉伸强度。这种部件可以用于汽车工业中。本发明还涉及这种粉末的粉末冶金生产的部件以及用粉末冶金生产这样的部件的方法。

在粉末冶金领域中，镍是铁基粉末组合物中较为常见的合金元素。一般认为镍可以改进用最多含有8％镍的铁粉制备的烧结部件的拉伸强度。此外，镍可以促进烧结、增大淬透性能，并且同时对延伸率有好的影响。

目前市场上的粉末，其应用得到了具有类似于用根据本发明的产品得到的性质的产品，是DistaloyAE，其中含有4wt％的镍。

但是对于不含镍的粉末有不断增长的需求，因为镍是昂贵的，在粉末的加工过程中产生粉尘，少量的镍就会产生过敏反应。从环境的观点来看，应该避免使用镍。

因此，本发明的一个目的是提供不含镍的组合物，至少在某些方面，具有与含镍组合物相同的性能。

第二个目的是提供低成本的、环境上可以接受的材料。

第三个目的是提供烧结的产品，在低温和和高温烧结后，所说的烧结的产品具有优于用Dista1oyAE得到的拉伸强度值。

根据本发明，除了铁以外，含有0.25-2.0wt％的Mo、1.2-3.5wt％的Mn和0.5-1.75wt％的Si、0.2～1.0wt％的碳和2wt％的杂质的金属粉末表现出非常有趣的性能。因此，在根据本发明的金属粉末压实，然后在高温下烧结时，可以得到最大为1200MPa的拉伸强度。

优选的根据本发明的铁基粉末含有0.5-2wt％的Mo、1.2-3.wt％的Mn和0.5-1.5wt％的Si、0.3-0.9wt％的C和少于2wt％的杂质，其中包括少于0.25％的Cu。除了Cu以外，所说的杂质可以由Cr、Ni、Al、P、S、O、N、Be、B等组成。其含量分别小于0.5wt％。

Mo可以用作金属粉末，与铁部分预合金化或与铁预合金化。在把Mo加入的铁粉中时，压制的材料的淬透性能增大，推荐的是Mo的含量至少为0.25wt％。但是，随着Mo含量的增加，会导致压缩性降低，因此密度降低，Mo的量优选的是应该小于2.0wt％。此外，太高含量的Mo特别是与高含量的C组合时，使烧结的材料变硬变脆，材料的强度会降低。

Mo优选的是以预合金的基体粉末的形式加入，使在烧结的材料中得到由贝氏体和马氏体组成的更均匀的微观结构。

根据本发明的一个特别优选的实施方案，以Astaloy Mo或Astaloy 85 Mo(来自HSgans AB，Sweden的)的形式加入Mo，其中分别含有1.5和0.85wt％的Mo。

Mn和Si可以改进淬透性能。这些元素的合适的加入量分别为1.2和0.5wt％以上。但是，太高含量的Mn和Si，如分别为3.5和1.75wt％以上，会导致压缩性的降低，并会产生氧化问题。在预合金的基体粉末中高含量的Mn和Si具有强的固溶硬化作用，而以元素形式加入的这些元素对氧具有强的亲和性。

然而，如果，这些元素以母合金的形式加入，则会降低它们对氧的亲和性，它们对氧化的敏感性就会降低。因此，根据本发明的一个优选的实施方案，Mn和Si以Fe-Mn-Si母合金的形式加入，所说的母合金的组成为10～30wt％的Si、20～70wt％的Mn、其余为Fe，Mn/Si的重量比在1～3之间。这样的母合金主要由(Fe,Mn)₃Si和(Fe,Mn)₅Si₃组成，在EP97 737中提出了这样的母合金。由于在烧结过程中，所说的Fe-Mn-Si母合金形成过渡液相，加速烧结、促进扩散、增加马氏体的量并使气孔变园，所以，所说的母合金可以改进压缩性，烧结材料的微观结构变得更均匀。使用这种母合金，可能避免由硅引起的大的收缩，得到接近于零的尺寸变化。另外，Mn和Si可以以铁-锰和铁-硅的形式加入。

如果通常以石墨粉的形式加入的C的量小于0.2％，所说的拉伸强度将会太低，如果C的量在1.0％以上，烧结部件将会太脆。用根据本发明的组合物制备的部件，其中的C含量较低，表现出良好的延展性、可以接受的拉伸强度，而用较高C含量的组合物制备的制品具有较低的延展性和较大的拉伸强度。石墨添加必须根据烧结的气氛而定。气氛中的氢气越多，由于更大的脱碳作用，需要添加的石墨越多。由于一些碳在烧结过程中不见了，所以，烧结制品的碳含量比所说的铁基粉末的碳含量稍低。因此，烧结制品的碳含量通常在0.15-0.70wt％之间。