KR20100108407A - Low alloyed steel powder - Google Patents
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Abstract
본 발명은 0.4 내지 2.0중량%의 Cr, 0.1 내지 0.8중량%의 Mn, 0.1중량% 미만의 V, 0.1중량% 미만의 Mo, 0.1중량% 미만의 Ni, 0.2중량% 미만의 Cu, 0.1중량% 미만의 C, 0.25중량% 미만의 O, 0.5중량% 미만의 불가피한 불순물, 및 나머지 성분의 철을 포함하는 물 분무된 분무합금 철-기반 스틸 분말을 개시하고 있다.The present invention is 0.4 to 2.0% by weight Cr, 0.1 to 0.8% by weight Mn, less than 0.1% by weight V, less than 0.1% by weight Mo, less than 0.1% by weight Ni, less than 0.2% by weight Cu, 0.1% by weight A water sprayed spray alloy iron-based steel powder is disclosed comprising less than C, less than 0.25 weight percent O, less than 0.5 weight percent unavoidable impurities, and iron of the remaining components.
Description
본 발명은 저합금 철 기재 분말, 그러한 분말과 다른 첨가제를 함유하는 분말 조성물, 및 상기 저합금강 분말을 함유하는 철-기반 분말 조성물을 압축하고 소결함으로써 제조되는 부품에 관한 것이다. 본 발명의 분말로부터 제조된 부품의 기계적 성질은 더 고도로 합금되고 더 많은 비용으로 확산 결합된 분말로부터의 부품의 기계적인 성질에 비견된다.The present invention relates to low alloy iron based powders, powder compositions containing such powders and other additives, and parts produced by compacting and sintering iron-based powder compositions containing such low alloy steel powders. The mechanical properties of parts made from the powders of the present invention are comparable to the mechanical properties of parts from powders that are more alloyed and more costly bonded.
산업에서, 금속 분말 조성물을 압축하고 소결함으로써 제조되는 금속 제품의 사용이 점점 광범위해지고 있다. 모양과 두께를 달리하는 많은 상이한 제품이 생산되고 있고, 품질 요건이 계속해서 상승되고 있으며, 그와 동시에, 비용을 감소시키는 것이 요구되고 있다. 최종 마감된 모양에 도달하기 위해서 최소의 가공이 요구되는 정형(net shape) 부품 또는 준정형(near net shape) 부품이 고도의 재료 이용과 함께 철 분말 조성물의 압축 및 소결에 의해서 얻어지기 때문에, 이러한 기술은, 바 스톡(bar stock) 또는 단조품(forgings)으로부터 모울딩 또는 가공과 같은, 금속 부품을 형성시키는 통상의 기술에 비해서 아주 유리하다.In the industry, the use of metal products produced by compacting and sintering metal powder compositions is becoming increasingly widespread. Many different products of varying shapes and thicknesses are being produced, and quality requirements continue to rise, and at the same time, there is a need to reduce costs. This is because net shape parts or near net shape parts that require minimal processing to reach the final finished shape are obtained by compression and sintering of the iron powder composition with high material utilization. The technique is very advantageous over conventional techniques for forming metal parts, such as molding or machining from bar stock or forgings.
그러나, 압축 및 소결 방법과 연관된 한 가지 문제는 소결된 부품이 부품의 강도를 감소시키는 어떠한 양의 기공을 함유한다는 것이다. 기본적으로는 부품의 다공성에 의해서 야기되는 기계적 성질에 대한 부정적인 효과를 극복하는 두 가지 방법이 있다. 1) 소결된 부품의 강도는 합금 원소, 예컨대, 탄소, 구리, 니켈, 몰리브덴 등을 도입함으로써 증가될 수 있다. 2) 소결된 부품의 다공성은 분말 조성물의 압축성을 증가시킴으로써 및/또는 더 높은 그린 밀도(green density)를 위해서 압축 압력을 증가시키거나, 소결 동안 부품의 수축을 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 실시상, 합금 원소를 첨가함으로써 부품을 강화시키고 다공성을 최소로 하는 조합이 적용된다. 따라서, 높은 강도 및 경도를 나타내는 PM 부품의 생산을 위한 저합금강 분말의 다양한 조성물, 및 이들 분말의 압축을 위한 방법이 공지되어 있다. 그러나, PM 부품의 특성은 연강 재료(wrought steel material)에 비해서 상대적으로 낮은 인성(toughness)이다. "고도로" 합금됨에도 불구하고 비교적 높은 압축성을 지니는 소위 확산 합금된 철 기반 분말은 분무 합금된 분말에 비한 높은 강도와 함께 높은 인성과 높은 신장율을 지니는 압축되고 소결된 바디를 생산하기 위한 가능성을 제공한다.However, one problem associated with the compression and sintering methods is that the sintered part contains some amount of pores that reduce the strength of the part. Basically, there are two ways to overcome the negative effects on the mechanical properties caused by the porosity of the part. 1) The strength of the sintered parts can be increased by introducing alloying elements such as carbon, copper, nickel, molybdenum and the like. 2) The porosity of the sintered part can be reduced by increasing the compressibility of the powder composition and / or by increasing the compression pressure for higher green density, or by increasing the shrinkage of the part during sintering. In practice, combinations are applied that reinforce the part and minimize porosity by adding alloying elements. Accordingly, various compositions of low alloyed steel powders for the production of PM parts exhibiting high strength and hardness, and methods for compacting these powders are known. However, the properties of PM components are relatively low toughness compared to wrought steel materials. So-called diffusion alloyed iron-based powders, which have relatively high compressibility despite being "highly" alloyed, offer the potential to produce compacted and sintered bodies with high toughness and high elongation with high strength compared to spray alloyed powders. .
그러나, 현재 사용중인 확산 합금된 분말과 관련된 단점은 이들의 비교적 높은 함량의 고가의 합금 원소, 예컨대, 몰리브덴 및 니켈이다. 합금원소 크롬과 망간의 조합에 대한 신중한 선택에 의해서, 신장율 및 강도와 관련하여, 더 고도로 합금된 확산 결합된 분말을 사용함으로써 얻을 수 있는 값과 동일하거나 유사한 수준의 압축되고 소결된 보디의 기계적 성질을 나타내는 분무 합금된 분말이 얻어짐을 예상치 못하게 발견하였다.However, disadvantages associated with diffusion alloyed powders currently in use are their relatively high content of expensive alloying elements such as molybdenum and nickel. By careful selection of the alloying elements chromium and manganese, the mechanical properties of the compacted and sintered bodies at the same or similar levels as those obtained by using more alloyed diffusion bonded powders in terms of elongation and strength It was unexpectedly found that a spray alloyed powder was obtained.
US 4 266 974호는 의도적으로 첨가된 합금 원소로서 단지 망간과 크롬만을 함유하는 청구된 범위를 벗어난 합금 분말의 예를 기재하고 있다. 그러한 예는 0.24%의 망간과 함께 2.92%의 크롬, 0.21중량%의 망간과 함께 4.79%의 크롬 또는 0.89중량%의 망간과 함께 0.55%의 크롬을 함유한다.US 4 266 974 describes examples of alloy powders outside the claimed range that contain only manganese and chromium as intentionally added alloying elements. Such examples contain 2.92% chromium with 0.24% manganese, 4.79% chromium with 0.21% manganese or 0.55% chromium with 0.89% manganese.
일본국 특허 공보 번호 JP59173201호에서는, 크롬, 망간 및 몰리브덴을 함유하는 저합금강 분말을 환원 어닐링하는 방법을 개시하고 있으며, 한 가지 예로 유일하게 의도적으로 첨가된 합금원소로서 1.14중량%의 크롬 함량과 1.44중량%의 망간 함량을 지니는 분말을 나타내고 있다.Japanese Patent Publication No. JP59173201 discloses a method for reducing annealing low alloy steel powders containing chromium, manganese and molybdenum. Powders with a manganese content by weight are shown.
크롬, 망간 및 몰리브덴 기반 분무 합금된 스틸 분말이 US 6 348 080호에 기재되어 있다. WO03/106079호는 US 6 348 080호에 기재된 스틸 분말에 비해서 더 낮은 함량의 합금 원소를 지니는 크롬, 망간 및 몰리브덴 합금된 스틸 분말을 교시하고 있다. 그러한 분말은 약 0.4중량% 초과의 탄소 함량에서 베이나이트 구조(bainitic structure)를 형성시키는데 적합하다.Chrome, manganese and molybdenum based spray alloyed steel powders are described in US Pat. No. 6,348,080. WO03 / 106079 teaches chromium, manganese and molybdenum alloyed steel powders having a lower content of alloying elements as compared to the steel powders described in US Pat. No. 6,348,080. Such powders are suitable for forming bainitic structures at carbon contents greater than about 0.4% by weight.
본 발명의 목적은 압축되고 소결된 부품을 생산하기에 적합하고 고가의 합금 원소, 예컨대, 몰리브덴 및 니켈이 본질적으로 없는 합금된 철-기재 분말을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an alloyed iron-based powder suitable for producing compacted and sintered parts and essentially free of expensive alloying elements such as molybdenum and nickel.
본 발명의 또 다른 목적은 양호한 신장율, 인장 강도 및 항복 강도를 지니는 압축되고 소결된 부품을 형성시킬 수 있는 분말을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a powder capable of forming compressed and sintered parts having good elongation, tensile and yield strength.
본 발명의 또 다른 목적은 상기된 성질을 지니는 소결된 부품을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a sintered part having the above-described properties.
발명의 요약Summary of the Invention
이러한 목적들중 하나 이상은,One or more of these purposes are
- 0.4 내지 2.0중량%의 Cr, 0.1 내지 0.8중량%의 Mn, 0.1중량% 미만의 V, 0.1중량% 미만의 Mo, 0.1중량% 미만의 Ni, 0.2중량% 미만 Cu, 0.1중량% 미만의 C, 0.25중량% 미만의 O, 0.5중량% 미만의 불가피한 불순물, 및 나머지 성분의 철을 포함하는 물 분무된 분무 합금 철-기반 스틸 분말,0.4 to 2.0 weight percent Cr, 0.1 to 0.8 weight percent Mn, less than 0.1 weight percent V, less than 0.1 weight percent Mo, less than 0.1 weight percent Ni, less than 0.2 weight percent Cu, less than 0.1 weight percent C A water sprayed spray alloy iron-based steel powder comprising less than 0.25 weight percent O, less than 0.5 weight percent unavoidable impurities, and iron of the remaining components,
- 상기 스틸 분말을 기초로 한 철-기반 분말 조성물로서, 조성물의 0.35 내지 1 중량%의 그라파이트, 조성물의 0.05 내지 2중량%의 윤활제, 임의로 3중량% 이하의 구리, 경질 상 재료(hard phase material) 및 가공성 향상제와 혼합된 철-기반 분말 조성물,An iron-based powder composition based on said steel powder, wherein 0.35 to 1 wt% graphite of the composition, 0.05 to 2 wt% lubricant of the composition, optionally up to 3 wt% copper, hard phase material ) And iron-based powder compositions mixed with processability enhancers,
- 소결된 부품을 생산하는 방법으로서, a) 상기 스틸 분말을 기초로 한 철-기반 스틸 분말 조성물을 제조하는 단계, b) 조성물을 400 내지 2000MPa의 압축에 가하는 단계, c) 얻은 그린 부품(green component)을 환원 대기중 1000 내지 1400℃의 온도에서 소결하는 단계, 및 d) 임의로 가열된 부품을 500℃ 초과의 온도에서 단조하거나 얻은 소결된 부품을 열처리 또는 경화 단계에 가하는 단계를 포함하는 방법, 및 A process for producing sintered parts, comprising: a) preparing an iron-based steel powder composition based on said steel powder, b) subjecting the composition to a compression of 400 to 2000 MPa, c) green parts obtained sintering the component at a temperature of 1000 to 1400 ° C. in a reducing atmosphere, and d) optionally forging the heated part at a temperature above 500 ° C. or subjecting the resulting sintered part to a heat treatment or curing step, And
- 펄라이트/페라이트 미세구조(pearlitic/ferritic microstructure)를 지니는 상기 방법에 의해서 생산된 소결된 부품에 의해서 달성된다.Achieved by a sintered part produced by the method with a pearlitic / ferritic microstructure.
스틸 분말은 낮은 규정된 함량의 크롬 및 망간을 지니며, 몰리브덴, 니켈 및 바나듐이 본질적으로 없다.Steel powders have a low defined content of chromium and manganese and are essentially free of molybdenum, nickel and vanadium.
발명의 상세한 설명Detailed description of the invention
철-기반 합금 스틸 분말의 제조Preparation of Iron-Based Alloy Steel Powders
스틸 분말은 규정된 양의 합금 원소를 함유하는 스틸 용융물의 물 분무에 의해서 생성된다. 분무된 분말은 본원에서 참조로 포함되는 미국특허 제6 027 544호에 기재된 바와 같이 환원 어닐링 공정(reduction annealing process)에 추가로 주어진다. 스틸 분말의 입자 크기는 압축 및 소결 또는 분말 단조 공정과 조화될 수 있는 한 어떠한 크기도 가능할 수 있다. 적합한 입자 크기의 예는 약 10중량%가 150㎛초과이고 약 20중량%가 45㎛ 미만인 스웨덴의 회가내스 아베(Hoeganaes AB)로부터 얻을 수 있는 공지된 분말 ABC100.30의 입자 크기이다. Steel powder is produced by water spraying of a steel melt containing a specified amount of alloying elements. Sprayed powders are further given to a reduction annealing process as described in US Pat. No. 6 027 544, which is incorporated herein by reference. The particle size of the steel powder can be of any size as long as it can be combined with a compaction and sintering or powder forging process. An example of a suitable particle size is the particle size of the known powder ABC100.30 which can be obtained from Hoeganaes AB, Sweden, where about 10% by weight is greater than 150 μm and about 20% by weight is less than 45 μm.
스틸 분말의 함량Content of steel powder
크롬은 고용체 경화(solid solution hardening)에 의해서 매트릭스를 강화시키는 작용을 한다. 추가로, 크롬은 소결체의 경화성, 산화 내성, 및 마멸 내성을 증가시킬 것이다. 그러나, 2.0 중량% 초과의 크롬 함량은 스틸 분말의 압축성을 감소시킬 것이며, 페라이트/펄라이트 미세구조의 형성을 더 어렵게 할 것이다. 바람직하게는, 압축성을 관점에서, 최대 함량은 약 1.8중량%, 더욱 바람직하게는 1.5중량%이다. 0.4중량% 미만의 Cr 함량은 요구된 성질에 대해서 미미한 효과를 나타낼 것이다. 바람직하게는, 크롬 함량은 0.5중량% 이상이다.Chromium acts to strengthen the matrix by solid solution hardening. In addition, chromium will increase the hardenability, oxidation resistance, and abrasion resistance of the sintered body. However, a chromium content of more than 2.0% by weight will reduce the compressibility of the steel powder and make the formation of ferrite / pearlite microstructures more difficult. Preferably, in view of compressibility, the maximum content is about 1.8% by weight, more preferably 1.5% by weight. Cr content of less than 0.4% by weight will have a minor effect on the required properties. Preferably, the chromium content is at least 0.5% by weight.
망간은, 크롬과 같이, 스틸 분말의 강도, 경도 및 경화성을 증가시킬 것이다. 0.8중량% 초과의 함량은 스틸 분말중에 망간 함유 함유물의 형성을 증가시킬 것이고, 또한 고용체 경화 및 증가된 페라이트 경도로 인해서 압축성에 부정적인 영향을 나타낼 것이다. 바람직하게는, 망간 함량은 0.7중량% 미만이고, 더욱 바람직하게는, 망간 함량은 0.6중량% 미만이다. 망간 함량이 0.1중량% 미만이면, 요구된 성질이 얻어질 수 없으며, 추가로 스틸 제조과정 동안의 환원을 위한 특별한 처리가 수행되지 않는 한, 재생 스크랩을 사용하는 것이 가능하지 않을 것이다. 이들 이유로 인해서, 망간 함량은 바람직하게는 0.2중량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.3중량% 이상이다. 따라서, 망간 함량은 0.1 내지 0.8중량%, 바람직하게는 0.2 내지 0.7중량%, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 0.6중량% 이어야 한다.Manganese, like chromium, will increase the strength, hardness and hardenability of the steel powder. A content above 0.8% by weight will increase the formation of manganese containing inclusions in the steel powder and will also negatively affect compressibility due to solid solution hardening and increased ferrite hardness. Preferably, the manganese content is less than 0.7% by weight, more preferably the manganese content is less than 0.6% by weight. If the manganese content is less than 0.1% by weight, the required properties cannot be obtained and further it will not be possible to use recycled scrap unless special treatment for reduction during the steel manufacturing process is carried out. For these reasons, the manganese content is preferably at least 0.2% by weight, more preferably at least 0.3% by weight. Therefore, the manganese content should be 0.1 to 0.8% by weight, preferably 0.2 to 0.7% by weight, more preferably 0.3 to 0.6% by weight.
또한, 충분히 높은 압축성을 얻기 위해서, 일정한 범위로 서로 교체될 수 있는 크롬과 망간의 전체 양은 2.5중량%를 초과하지 않아야 하며, 바람직하게는 2.3중량%를 초과하지 않아야 하고, 가장 바람직하게는 2.0중량%를 초과하지 않아야 한다는 것이 밝혀졌다.In addition, in order to obtain sufficiently high compressibility, the total amount of chromium and manganese which can be interchanged with each other in a certain range should not exceed 2.5% by weight, preferably not more than 2.3% by weight, most preferably 2.0% by weight. It was found that it should not exceed%.
0.4 내지 0.6중량% Cr의 범위의 낮은 크롬 함량을 지니는 한 가지 구체예에서, 낮은 크롬 함량은 0.6 내지 0.8중량%, 바람직하게는 0.7 내지 0.8중량% 범위의 비교적 높은 망간 함량에 의해서 보상된다. 이러한 구체예는 망간이 크롬에 비해서 덜 비싸기 때문에 유리하다.In one embodiment having a low chromium content in the range of 0.4 to 0.6% Cr, the low chromium content is compensated by the relatively high manganese content in the range of 0.6 to 0.8% by weight, preferably 0.7 to 0.8% by weight. This embodiment is advantageous because manganese is less expensive than chromium.
또 다른 구체예에서, 크롬 함량이 0.7중량% 이상이면, 망간 함량은 0.5중량% 이하이고, 크롬 함량이 1.0중량% 이상이면, 망간 함량은 0.4중량% 이하, 바람직하게는 0.3중량% 이하이다. 높은 크롬 함량을 취함으로써, 망간 함량은 더 낮게 유지될 수 있으며, 그에 따라서, 스틸 분말중의 망간 함유 함유물의 어떠한 형성을 최소화할 수 있다.In another embodiment, if the chromium content is at least 0.7% by weight, the manganese content is at most 0.5% by weight, and if the chromium content is at least 1.0% by weight, the manganese content is at most 0.4% by weight, preferably at most 0.3% by weight. By taking a high chromium content, the manganese content can be kept lower, thus minimizing any formation of manganese containing inclusions in the steel powder.
산소는 적합하게는 분말의 강도 및 압축성을 손상시키는 크롬 및 망간과의 옥사이드의 형성을 방지하기 위해서 0.25중량% 이하이다. 이들 이유로 인해서, 산소는 바람직하게는 0.18중량% 이하이다. Oxygen is suitably 0.25% by weight or less to prevent the formation of oxides with chromium and manganese which impairs the strength and compressibility of the powder. For these reasons, the oxygen is preferably 0.18% by weight or less.
바나듐 및 니켈은 0.1중량% 미만이어야 하고, 구리는 0.2중량% 미만이어야 한다. 이들 원소의 너무 높은 함량은 압축성에 부정적인 효과를 나타내고, 비용을 증가시킬 수 있다. 또한, 니켈의 존재는 페라이드(ferrite) 형성을 억제하여 매짐성 펄라이트/베이나이트 구조를 촉진할 것이다. 몰리브덴은 0.1중량% 미만이어서, 베이나이트가 형성되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 비용을 낮게 유지해야 하는데, 그 이유는 몰리브덴이 아주 고가의 합금 원소이기 때문이다.Vanadium and nickel should be less than 0.1 weight percent and copper should be less than 0.2 weight percent. Too high content of these elements has a negative effect on compressibility and can increase cost. In addition, the presence of nickel will inhibit ferrite formation and promote bubbling pearlite / bainite structure. Molybdenum is less than 0.1% by weight, which not only prevents the formation of bainite, but also keeps the cost low because molybdenum is a very expensive alloying element.
스틸 분말중의 탄소는 0.1중량% 이하이어야 하고, 산소는 0.25중량%이어야 한다. 더 높은 함량은 분말의 압축성을 허용 불가능하게 감소시킬 것이다. 동일한 이유로 인해서, 질소는 0.1중량% 미만으로 유지되어야 한다.The carbon in the steel powder should be 0.1 weight percent or less and oxygen should be 0.25 weight percent. Higher content will unacceptably reduce the compressibility of the powder. For the same reason, nitrogen should be kept below 0.1% by weight.
부수적인 불순물의 전체 양은 스틸 분말의 압축성을 손상시키지 유해 함유물의 형성제로서 작용하지 않도록 0.5중량% 미만이어야 한다.The total amount of incidental impurities should be less than 0.5% by weight so as not to impair the compressibility of the steel powder and to not act as a formation agent of harmful inclusions.
철-기반 분말 조성물Iron-based powder composition
압축 전에, 철-기반 스틸 분말은 그라파이트 및 윤활제와 혼합된다. 그라파이트는 조성물의 0.35 내지 1.0중량%의 양으로 첨가되고, 윤활제는 조성물의 0.05 내지 2.0중량%의 양으로 첨가된다. 특정의 구체예에서, 구리 분말 형태의 구리는 3중량% 이하의 양으로 첨가될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 추가의 구리 분말과 함께 또는 그러한 구리 분말 없이 5중량% 이하의 니켈 분말이 혼합에 의해서 조성물에 첨가될 수 있다.Prior to compression, the iron-based steel powder is mixed with graphite and lubricant. Graphite is added in an amount of 0.35 to 1.0% by weight of the composition and the lubricant is added in an amount of 0.05 to 2.0% by weight of the composition. In certain embodiments, copper in the form of copper powder may be added in amounts up to 3% by weight. In yet another embodiment, up to 5% by weight nickel powder with or without additional copper powder may be added to the composition by mixing.
그라파이트의Graphite 양 amount
소결된 부품의 강도 및 경도를 향상시키기 위해서, 탄소가 매트릭스에 도입된다. 탄소는 조성물의 0.35 내지 1.0중량%의 양으로 그라파이트로서 첨가된다. 0.35중량% 미만의 양은 강도를 너무 저하시키고, 1.0중량% 초과의 양은 너무 높은 경도를 생성시키는 과도한 카바이드의 형성을 초래하고, 신장율을 불충분하게 하고 가공성을 손상시킬 것이다. 소결 또는 단조 후에, 부품이 침탄을 포함한 열처리 공정에 따라서 열처리 되는 경우, 첨가된 그라파이트의 양은 0.35중량% 미만일 수 있다. In order to improve the strength and hardness of the sintered parts, carbon is introduced into the matrix. Carbon is added as graphite in an amount of 0.35 to 1.0% by weight of the composition. An amount of less than 0.35% by weight will degrade the strength too much, and an amount greater than 1.0% by weight will result in the formation of excessive carbides that produce too high hardness, insufficient elongation and impair processability. After sintering or forging, when the part is heat treated according to a heat treatment process including carburization, the amount of graphite added may be less than 0.35% by weight.
구리의 양Quantity of copper
구리는 분말 야금술에서 일반적으로 사용되는 합금 원소이다. 구리는 고용체 경화를 통해서 강도 및 경도를 향상시킬 것이다. 구리는 또한 소결 온도가 도달되기 전에 구리 용융물로서 소결 동안에 소결 넥(sintering neck)의 형성을 용이하게 하여 고형 상태에서의 소결보다 더 빠른 소위 액상 소결을 제공할 것이다. 특정의 구체예에서, 구리는 3중량% 이하의 양으로 첨가될 수 있다.Copper is an alloying element commonly used in powder metallurgy. Copper will improve strength and hardness through solid solution hardening. Copper will also facilitate the formation of a sintering neck during sintering as a copper melt before the sintering temperature is reached to provide so-called liquid phase sintering that is faster than sintering in the solid state. In certain embodiments, copper may be added in amounts up to 3% by weight.
니켈의 양Amount of nickel
니켈은 분말 야금술에서 일반적으로 사용되는 합금 원소이다. 니켈은 고용체 경화를 통해서 강도 및 경도를 향상시킬 것이다. 니켈은 또한 소결동안 소결 넥을 강화시킬 것이다. 특정의 구체예에서, 니켈은 5중량% 이하의 양으로 사용될 수 있다.Nickel is an alloying element commonly used in powder metallurgy. Nickel will improve strength and hardness through solid solution hardening. Nickel will also strengthen the sintered neck during sintering. In certain embodiments, nickel may be used in amounts up to 5% by weight.
윤활제의 양Amount of grease
윤활제는 압축 부품의 압축(compaction) 및 사출을 용이하게 하기 위해서 조성물에 첨가된다. 조성물의 0.05중량% 미만의 윤활제의 첨가는 미미한 효과를 나타낼 것이고, 조성물의 2중량% 초과의 첨가는 압축체(compacted body)의 밀도를 너무 낮게 할 것이다. 윤활제는 금속 스테아레이트, 왁스, 지방산 및 이의 유도체, 올리고머, 폴리머 및 윤활 효과가 있는 그 밖의 유기 물질의 군으로부터 선택될 수 있다.Lubricants are added to the composition to facilitate compression and injection of the compression part. The addition of less than 0.05% by weight of lubricant in the composition will have a slight effect and the addition of more than 2% by weight of the composition will make the density of the compacted body too low. The lubricant may be selected from the group of metal stearates, waxes, fatty acids and derivatives thereof, oligomers, polymers and other organic materials with lubricating effects.
그 밖의 물질Other substances
그 밖의 물질, 예컨대, 경질 상 재료 및 가공성 향상제, 예컨대, MnS, MoS2, CaF2, 및 상이한 유형의 무기물 등이 첨가될 수 있다.Other materials may be added, such as hard phase materials and workability enhancers such as MnS, MoS 2 , CaF 2 , and different types of inorganics.
소결Sintered
철-기반 분말 조성물은 모울드내로 전달되고 약 400 내지 2000MPa의 압축 압력에 주어져서 약 6.75g/cm3 초과의 그린 밀도(green density)가 된다. 얻은 그린 부품은 환원 대기중에서 약 1000 내지 1400℃, 바람직하게는 1100 내지 1300℃의 온도에서 소결된다. The iron-based powder composition is delivered into the mold and subjected to a compression pressure of about 400-2000 MPa to a green density of greater than about 6.75 g / cm 3 . The obtained green part is sintered at a temperature of about 1000 to 1400 ° C., preferably 1100 to 1300 ° C. in a reducing atmosphere.
소결 후의 처리Treatment after sintering
소결 부품은 요구된 미세구조를 얻기 위해서 제어된 냉각 속도에서의 냉각을 포함한 열처리를 통한 경화 공정에 주어질 수 있다. 경화 공정은 공지된 공정, 예컨대, 표면 경화(case hardening), 질화법(nitriding), 고주파 경화(induction hardening) 등을 포함할 수 있다. 열처리가 침탄을 포함하는 경우에 첨가된 그라파이트의 양은 0.35중량% 미만일 수 있다.Sintered parts can be given to a curing process through heat treatment, including cooling at a controlled cooling rate, to obtain the required microstructure. Curing processes may include known processes, such as case hardening, nitriding, induction hardening, and the like. If the heat treatment comprises carburization, the amount of graphite added may be less than 0.35% by weight.
대안적으로, 소결된 부품은 완전한 밀도에 도달되게 하기 위해서 단조 작업에 주어질 수 있다. 단조 작업은 부품의 온도가 약 500 내지 1400℃인 때의 소결 작업 직후에, 또는 소결된 부품을 냉각시키고 냉각된 부품을 단조 작업 전에 약 500 내지 1400℃의 온도로 재가열한 후에 수행될 수 있다. Alternatively, the sintered part can be given to a forging operation in order to reach full density. The forging operation may be performed immediately after the sintering operation when the temperature of the part is about 500 to 1400 ° C, or after cooling the sintered part and reheating the cooled part to a temperature of about 500 to 1400 ° C before the forging operation.
그 밖의 유형의 소결 후의 처리, 예컨대, 피로 수명(fatigue life)을 향상시키는 압축성 잔류 응력을 도입하는 쇼트 피닝(shot peening) 또는 표면 롤링이 이용될 수 있다.Other types of post sintering treatment may be used, such as shot peening or surface rolling, which introduce compressive residual stresses that improve fatigue life.
마감된 부품의 성질Properties of Finished Parts
본 발명은 더 많은 전체 양의 합금 원소, 및 더 고가의 합금원소, 예컨대, 니켈 및 몰리브덴을 함유하는 확산 결합된 분말로부터 얻은 대응하는 값과 비견되는 인장 강도 및 신장율을 지니는 소결 부품의 제조를 위한 신규의 철-기반 분무 합금 분말을 제공한다. 특히, 본 발명은 크롬 및 망간 분무 합금 철-기반 분말, 그러한 분말을 함유하는 조성물, 및 그러한 분말 조성물로부터 제조된 압축 및 소결된 부품을 제공한다. 압축 및 소결된 부품은 약 500 MPa의 항복 강도와 함께 2% 초과의 신장율 값을 나타낸다. 미세구조는 펄라이트 또는 펄라이트/페라이트 구조이다.The present invention provides for the production of sintered parts having tensile strength and elongation comparable to corresponding values obtained from diffusion-bonded powders containing higher total amounts of alloying elements and more expensive alloying elements such as nickel and molybdenum. Provides a novel iron-based spray alloy powder. In particular, the present invention provides chromium and manganese spray alloy iron-based powders, compositions containing such powders, and compressed and sintered parts made from such powder compositions. Compressed and sintered parts exhibit elongation values greater than 2% with a yield strength of about 500 MPa. The microstructures are pearlite or pearlite / ferrite structures.
실시예Example
다양한 분무합금 철-기반 스틸 분말 1-5가 스틸 용융물의 물 분무에 의해서 생성되었다. 얻은 원료 분말을 1160℃의 수소 대기 중에서 추가로 어닐링한 다음, 소결된 분말 케이크를 붕괴시키기 위해서 약한 그라인딩 공정을 수행하였다. 분말의 입자 크기는 150㎛미만이었다. 표 1은 상이한 분말의 화학적 조성을 나타낸다. 분말 6은 스웨덴의 회가내스 아베로부터 얻을 수 있으며 고순도 분무 분말 ASC100.29(플레인 철(plain iron))을 기초로 하는 시판중의 확산-분무 분말인 DISTALOY AB였다.Various spray alloy iron-based steel powders 1-5 were produced by water spraying of the steel melt. The raw powder obtained was further annealed in a hydrogen atmosphere at 1160 ° C. and then subjected to a weak grinding process to collapse the sintered powder cake. The particle size of the powder was less than 150 μm. Table 1 shows the chemical compositions of the different powders. Powder 6 was DISTALOY AB, a commercially available diffusion-spray powder based on high purity spray powder ASC100.29 (plain iron), obtained from Hoganas Abbe, Sweden.
표 1TABLE 1
표 1은 본 발명에 따른 스틸 분말과 참조 물질의 화학적 조성을 나타낸다.Table 1 shows the chemical compositions of the steel powder and the reference material according to the invention.
얻은 스틸 분말 1-5를 각각, 독일의 크롭프뮤엘레(Kropfmuehle)로부터 얻을 수 있는, 조성물의 0.5중량% 및 0.7중량%의 그라파이트 UF4 및 스웨덴의 회가내스 아베로부터 얻을 수 있는 0.8%의 아미드 왁스 PM(Amide Wax PM)과 혼합하였다.The obtained steel powders 1-5 were obtained from 0.5% and 0.7% by weight of graphite UF4 and 0.8% amide wax from Sweden, respectively, from Kropfmuehle, Germany. Mixed with PM (Amide Wax PM).
분말 4는 본 발명의 경계를 벗어나서 0.11중량%의 바나듐과 합금되며 0.03중량%의 망간 함량을 지녔다. 분말 5는 본 발명의 경계 미만의 망간 함량 및 크롬 함량 둘 모두를 지녔다.Powder 4 was alloyed with 0.11% by weight vanadium outside the boundaries of the present invention and had a manganese content of 0.03% by weight. Powder 5 had both a manganese content and a chromium content below the boundary of the present invention.
DISTALOY AB를 기초로 한 참조 혼합물(분말 6)이 또한 제조되었다. 본 경우에는, 제조된 조성물은 0.5%의 그라파이트와 0.8%의 아미드 왁스 PM를 함유하였다.A reference mixture (powder 6) based on DISTALOY AB was also prepared. In this case, the prepared composition contained 0.5% graphite and 0.8% amide wax PM.
얻은 분말 조성물을 다이에 옮기고, 600MPa의 압축 압력에서 인장 시험 바(bar)를 형성하도록 압축하였다. 압축된 시험 바를 90%의 질소 및 10%의 수소의 대기중에서 30분 동안 1120℃의 실험실 벨트 노(laboratory belt furnace)에서 추가로 소결시켰다.The powder composition obtained was transferred to a die and pressed to form a tensile test bar at a compression pressure of 600 MPa. Compressed test bars were further sintered in a laboratory belt furnace at 1120 ° C. for 30 minutes in an atmosphere of 90% nitrogen and 10% hydrogen.
소결된 샘플을 ASTME9-89C에 따른 인장 강도 및 신장율 및 EN ISO6507-1에 따른 경도, HV10에 관하여 시험하였다. 샘플은 또한 탄소 및 산소 함량에 관하여 분석되었다.Sintered samples were tested for tensile strength and elongation according to ASTME9-89C and hardness according to EN ISO6507-1, HV10. Samples were also analyzed for carbon and oxygen content.
충격 에너지를 EN10045-1에 따라서 시험하였다.Impact energy was tested according to EN10045-1.
하기 표 2는 그라파이트의 첨가된 양, 화학적 분석에 의한 결과, 인장 및 경도 시험의 결과를 나타낸다.Table 2 below shows the added amount of graphite, the results by chemical analysis, and the results of the tensile and hardness tests.
표 2TABLE 2
표 2는 조성물에 대한 첨가된 그라파이트의 양 및 생산된 샘플의 분석된 C 및 O 함량뿐만 아니라, 생성된 샘플의 인장 시험 및 경도 시험의 결과를 나타낸다. Table 2 shows the amount of graphite added to the composition and the analyzed C and O contents of the produced samples, as well as the results of tensile and hardness tests of the resulting samples.
0.7% 첨가된 그라파이트에서, 분말 1 및 2를 기초로 한 샘플은 항복 강도, 인장 강도, 신장율, 및 경도에 대해서 0.5% 그라파이트 분말과 혼합된 DISTALOY AB에 견줄만한 값 또는 더 우수한 값을 나타냈다. 충격 에너지는 약간 낮지만 여전히 충분히 양호하고, 분말 2보다는 분말 1의 경우에 약간 더 우수했다.In the 0.7% added graphite, samples based on powders 1 and 2 showed comparable or better values for DISTALOY AB mixed with 0.5% graphite powder in terms of yield strength, tensile strength, elongation, and hardness. The impact energy was slightly lower but still good enough, slightly better for powder 1 than for powder 2.
또한, 0.5% 첨가된 그라파이트에서, 분말 3을 기초로 한 샘플은 항복 강도, 인장 강도, 신장율에 대해서 0.5% 그라파이트 분말과 혼합된 DISTALOY AB에 견줄만한 값 또는 더 우수한 값을 나타냈다. 또한, 충격 에너지 및 경도는 DISTALOY AB와 대등하다.In addition, with 0.5% added graphite, the sample based on Powder 3 showed comparable or better value than DISTALOY AB mixed with 0.5% graphite powder in terms of yield strength, tensile strength and elongation. In addition, impact energy and hardness are comparable with DISTALOY AB.
분말 4를 기초로 한 샘플의 경우, 신장율 및 충격 에너지는 비견되는 인장 강도에서 DISTALOY AB의 값보다 훨씬 낮다, 분말 5를 기초로 한 샘플의 경우, 충격 에너지와 신장율이 탄소 함량이 증가하면서 감소함을 알 수 있으며, DISTALOY AB와 비견되는 수준으로 인장 강도를 증가시키기 위해서 훨씬 더 많은 그라파이트 첨가가 적용되면 그러한 충격 에너지와 신장율은 훨씬 더 낮을 것임을 알 수 있다.For samples based on powder 4, elongation and impact energy are much lower than the value of DISTALOY AB at comparable tensile strengths. For samples based on powder 5, impact energy and elongation decrease with increasing carbon content. It can be seen that the impact energy and elongation will be much lower if much more graphite is applied to increase the tensile strength to a level comparable to DISTALOY AB.
Claims (12)
a) 제 10항에 청구된 조성물을 지니는 철-기반 스틸 분말 혼합물을 제조하는 단계,
b) 조성물을 400 내지 2000 MPa에서 압축시키는 단계,
c) 생성된 그린 부품을 환원 대기중 1000 내지 1400℃의 온도에서 소결하는 단계,
d) 임의로 가열된 부품을 500℃ 초과의 온도에서 단조 처리하거나 생성된 소결 부품을 열처리 또는 경화 단계에 가하는 단계를 포함하는 방법.As a method of manufacturing a sintered part,
a) preparing an iron-based steel powder mixture having the composition as claimed in claim 10,
b) compressing the composition at 400 to 2000 MPa,
c) sintering the resulting green part at a temperature of 1000 to 1400 ° C. in a reducing atmosphere,
d) optionally forging the heated part at a temperature above 500 ° C. or subjecting the resulting sintered part to a heat treatment or curing step.
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| J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL NUMBER: 2016101005075; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20160829 Effective date: 20181031 |