CN1332055C - 一种不锈钢粉末复合材料及其温压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可沉淀硬化的不锈钢粉末复合材料及其温压方法。粉末材料的组份及其质量百分比含量范围如下：0.02～0.07%的碳，15.0～17.5%的铬，3.0～5.0%的镍，3.0～5.0%的铜，0～0.6%的锰，0.15～0.45%的铌，0～0.1%的钼，其余为铁和不可避免的杂质元素；另添加按上述组份总质量计5～10%的碳化铌颗粒和0.1～0.3%的润滑剂。本法采用静电喷涂将EBS蜡粉喷涂于模具内腔以作为模壁润滑，涂层厚度为0.01～0.1mm。温压成形的生坯密度比冷压提高0.15～0.25g/cm3，生坯强度比冷压提高6.2～15%。本发明具有高密度、低成本、操作易控、生坯不易出现层裂的特点，可实现不锈钢粉末复合材料零件生坯密度和强度的较大幅度提高，能广泛适用于工程机械、汽车、化工等行业的零件制造。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术，具体是指一种制造高密度高强度粉末冶金零件用不锈钢粉末复合材料及其温压方法。
背景技术
用传统粉末冶金方法生产不锈钢零件的优点是能以较低的成本生产终形或近终形粉末冶金零件，可实现少无切削加工，而缺点是零件密度不高，耐腐蚀性能和力学性能相对较低。采用等静压压制和注射成形零件虽然密度较高，但由于工艺复杂，成本昂贵从而使其应用大受限制。二十世纪九十年代开发成功并已经工业化生产的温压技术，既克服了零件密度低的缺点，又具备低成本的优点，是最新发展起来的粉末冶金先进技术。目前，与粉末温压有关的技术较多，主要有瑞典HOEGANAES公司、美国NORTH AMERICAHOEGANAES公司和加拿大QMP METAL POWDERS公司等。然而，上述粉末温压主要是以纯铁粉或部分预合金粉或铁基粉末为基础，而对于不锈钢粉末的温压方法，肖志瑜等人曾在Transaction of Nonferrous Metals Society ofChina(中国有色金属学报会刊)，2004，14(4)第756～761页“Warm compactingbehavior of stainless steel powders(不锈钢粉末的温压行为)”一文中研究了304L、316L、410L、430L不锈钢的温压，仅限于铁素体、奥氏体和马氏体型不锈钢。关于沉淀硬化型不锈钢粉末复合材料的温压未见任何报道。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足之处，特别是针对传统冷压压制沉淀硬化不锈钢及其复合材料粉末的成形性较差、生坯密度较低、生坯强度差的缺点，提供一种高密度、高生坯强度、低成本、操作易控、生坯不易出现层裂的沉淀硬化不锈钢粉末复合材料及其温压方法。
本发明的目的可以通过如下措施来实现：
一种可沉淀硬化型不锈钢粉末的复合材料组份及其质量百分比含量范围如下：0.02～0.07％的碳，15.0～17.5％的铬，3.0～5.0％的镍，3.0～5.0％的铜，0～0.6％的锰，0.15～0.45％的铌，0～0.1％的钼，其余为铁和不可避免的杂质元素；另添加按上述组份总质量计5～10％、粒度为1～3μm的碳化铌和0.1～0.3％润滑剂，润滑剂是指硬脂酸锂、长链脂肪酸酰胺或它们的混合物。
上述不锈钢粉末复合材料的温压，包括混粉、加热、压制工艺，其特征在于，按下列组分及其质量百分比含量范围配料：0.02～0.07％的碳，15.0～17.5％的铬，3.0～5.0％的镍，3.0～5.0％的铜，0～0.6％的锰，0.15～0.45％的铌，0～0.1％的钼，其余为铁和不可避免的杂质元素；另添加按上述组份总质量计5～10％、粒度为1～3μm的碳化铌和0.1～0.3％润滑剂；复合材料的温压采用了模壁润滑工艺，具体是采用静电喷涂法将EBS蜡粉喷涂于模具内腔，涂层厚度为0.01～0.1mm；粉末加热温度为80～130℃，模具加热温度为80～110℃。
本发明与现有技术相比具有如下突出的优点：
1、本发明将粉末冶金温压工艺成功地应用于沉淀硬化不锈钢粉末及其复合材料粉末的成形，实现了沉淀硬化不锈钢粉末及其复合材料粉末的低成本高密度成形。
2、本发明将润滑剂均匀喷涂于模具内壁面，可以减少粉末中润滑剂的添加量，从而能有效地提高粉末冶金零件的生坯密度和生坯强度，减少了不锈钢零件因密度低而造成搬运过程中废品率的增加。
3、本发明首次将温压工艺用于可沉淀硬化的不锈钢粉末复合材料的成形，解决了不锈钢粉末复合材料的成形性和压缩性差的问题。不锈钢粉末复合材料在500～800MPa压力下温压，生坯密度比常规冷压生坯密度高0.15～0.25g/cm3，生坯强度比冷压提高6.2～15％，同时生坯不出现层裂。
4、本发明能实现沉淀硬化不锈钢粉末及其复合材料零件的近终高密度成形，工艺简单，实用性好，可用于制造机械、汽车、化工等行业的高性能、耐腐蚀结构零件，具有良好而广阔的工业化生产前景。
具体实施方式
通过如下实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
沉淀硬化不锈钢粉末的组份及其质量百分比含量范围如下：0.038％的碳，16.2％的铬，4.6％的镍，4.6％的铜，0.55％的锰，0.30％的铌，0.09％的钼，73.62％的铁和不可避免的杂质元素组成。不锈钢粉末的粒度为≤74μm。
另外再添加按上述组份总质量计0.2％的润滑剂，润滑剂为长链脂肪酸酰胺。将含有润滑剂的不锈钢粉末在V型混料机上混合15分钟，并预热到100℃。采用静电喷涂将EBS蜡喷涂于模具内腔，涂层厚度为0.05mm，并将模具加热到80℃。然后将粉末装填于模具中并在不同的单位压力下温压即可获得如下结果：500MPa下温压生坯密度5.97g/cm3，比传统冷压提高0.20g/cm3；600MPa下温压生坯密度6.18g/cm3，比传统冷压提高0.21g/cm3；700MPa下温压生坯密度6.38g/cm3，比传统冷压提高0.22g/cm3；800MPa下温压生坯密度6.56g/cm3，比传统冷压提高0.22g/cm3；500MPa下温压生坯强度13.7MPa，比传统冷压提高15％；600MPa下温压生坯强度19.4MPa，比传统冷压提高8％；700MPa下温压生坯强度23.8MPa，比传统冷压提高9.2％；800MPa下温压生坯强度27.3MPa，比传统冷压提高6.2％。
实施例2
不锈钢粉末复合材料的组份及其质量百分比含量范围如下：0.047％的碳，17.03％的铬，4.02％镍，3.97％的铜，0.37％的铌，74.56％的铁；不锈钢粉末的粒度为≤74μm。另添加按上述组份总质量计10％、粒度为2.5μm的碳化铌和0.3％的润滑剂。润滑剂是按硬脂酸锂∶长链脂肪酸酰胺＝20∶80(质量比)的配比制备的混合物。将含有润滑剂的不锈钢复合材料粉末在V型混料机上混合50分钟，并预热到130℃。采用静电喷涂将EBS蜡喷涂于模具内腔，涂层厚度为0.03mm，并将模具加热到110℃。然后将粉末装填于模具中并在不同的单位压力下温压，即可获得如下结果：500MPa下温压生坯密度5.90g/cm3，比传统冷压提高0.15g/cm3；600MPa下温压生坯密度6.12g/cm3，比传统冷压提高0.17g/cm3；700MPa下温压生坯密度6.32g/cm3，比传统冷压提高0.19g/cm3；800MPa下温压生坯密度6.52g/cm3，比传统冷压提高0.20g/cm3；500MPa下温压生坯强度12.SMPa，比传统冷压提高12％；600MPa下温压生坯强度14.3Mpa，比传统冷压提高7.2％；700MPa下温压生坯强度18.5Mpa，比传统冷压提高7.0％；800MPa下温压生坯强度22.6MPa，比传统冷压提高6.5％。
实施例3
不锈钢粉末复合材料的组份及其质量百分比含量范围如下：0.047％的碳，17.03％的铬，4.02％镍，3.97％的铜，0.37％的铌，74.56％的铁；不锈钢粉末的粒度为≤74μm。另添加按上述组份总质量计5％、粒度为3μm的碳化铌颗粒和0.1％的润滑剂。润滑剂为硬脂酸锂。将含有润滑剂的不锈钢粉末复合材料在V型混料机上混合60分钟，并预热到80℃。采用静电喷涂将EBS蜡喷涂于模具内腔，涂层厚度为0.1mm，并将模具加热到100℃。然后将粉末装填于模具中并在不同的单位压力下温压，即可获得如下结果：500MPa下温压生坯密度5.94g/cm3，比传统冷压提高0.18g/cm3；600MPa下温压生坯密度6.15g/cm3，比传统冷压提高0.20g/cm3；700MPa下温压生坯密度6.35g/cm3，比传统冷压提高0.21g/cm3；800MPa下温压生坯密度6.54g/cm3，比传统冷压提高0.21g/cm3；500MPa下温压生坯强度13.0MPa，比传统冷压提高13％；600MPa下温压生坯强度16.2MPa，比传统冷压提高7.6％；700MPa下温压生坯强度19.8Mpa，比传统冷压提高8.2％；800MPa下温压生坯强度24.5MPa，比传统冷压提高6.4％。
Claims (2)
1、一种不锈钢粉末复合材料，其特征在于，可沉淀硬化型不锈钢粉末的复合材料组份及其质量百分比含量范围如下：0.02～0.07％的碳，15.0～17.5％的铬，3.0～5.0％的镍，3.0～5.0％的铜，0～0.6％的锰，0.15～0.45％的铌，0～0.1％的钼，其余为铁和不可避免的杂质元素；另添加按上述组份总质量计5～10％、粒度为1～3μm的碳化铌和0.1～0.3％润滑剂，润滑剂是指硬脂酸锂、长链脂肪酸酰胺或它们的混合物。
2、一种不锈钢粉末复合材料的温压方法，包括混粉、加热、压制工艺，其特征在于，按下列组分及其质量百分比含量范围配料：0.02～0.07％的碳，15.0～17.5％的铬，3.0～5.0％的镍，3.0～5.0％的铜，0～0.6％的锰，0.15～0.45％的铌，0～0.1％的钼，其余为铁和不可避免的杂质元素；另添加按上述组份总质量计5～10％、粒度为1～3μm的碳化铌和0.1～0.3％润滑剂；复合材料的温压采用了模壁润滑工艺，具体是采用静电喷涂法将EBS蜡粉喷涂于模具内腔，涂层厚度为0.01～0.1mm；粉末加热温度为80～130℃，模具加热温度为80～110℃。
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