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CN105886929A - 一种铁基镶件材料及制备方法 - Google Patents

一种铁基镶件材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁基镶件材料及制备方法,镶件材料原料的组成比例为:Fe:92.5‑98.5%,C:0.5‑0.8%,Cu:1.5‑2.0%,Sn:0.01‑0.05%,Si:0.03‑0.15%,Mn:0.1‑0.3%,S:0.02‑0.03%,Mo:0.3‑0.5%,Cr:0.3‑2.5%,B:0.05‑0.3%,RE:0.5‑3%,EBS:0.3‑0.5%,通过预制、成型、淬火、回火等工序,硬度达到HRB85‑95,本发明通过增加特定强化元素和稀土元素,抗氧化性和成形性都优于普通产品,同时也提高了基体和碳化物的硬度,产品可以满足镶件对强度和硬度的要求。

Description

一种铁基镶件材料及制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域,具体涉及一种铁基镶件材料及制备方法。
背景技术
粉末冶金广泛应用于农业机械、汽车、机床、仪表、纺织、轻工等领域,高温熔点金属其熔炼温度相当高,传统铸造有困难, 而实用粉末冶金方法可以显著的降低其烧结活化能(如钨、锆、铬、钼等金属),从而以较低的温度烧结成型,此外,粉末冶金因为采用粉末烧结,其材料本身具备一定的孔径,所以在制备多孔材料方面有着天然的优势,由于粉末冶金技术的优点,它在新材料的发展中起着举足轻重的作用,但是随着时代的发展及对产品综合性能及经济性的不断提升,现有产品已经远不能满足人们的需求,所以抗氧化性强、成形性好,同时兼具耐磨性、韧性多种性能的合金产品研发和升级已经迫在眉睫。
镍在烧结过程不容易扩散均匀,形成富镍奥氏体区,在对基体固溶强化的同时能提高材料的冲击韧性,铜在烧结温度下为液相烧结,对铁基有时效强化作用,易扩散均匀,导致基体尺寸膨胀,需要按比例加入碳和镍元素减小尺寸膨胀,钼可形成固溶强化并能形成碳化物,增加材料强度,提高回火的稳定性和淬透性,各元素迁移原理主要是扩散,各元素在基体中分布不均匀,通过加入部分预扩散合金可有效提高粉末冶金铁基结构材料的强度和韧性,最后通过热处理能较好的提升材料的强度。
稀土元素加入合金能有效吸收球磨过程中和烧结时合金元素表面结合的氧,减少脱碳提高化合碳含量,稀土最后以氧化物形式存在,形成弥散强化效应,增加基体强度,但是碳含量的提高导致合金液相烧结形成的液膜对其它合金元素扩散有一定阻碍作用,使材料冲击韧性有所下降。
发明内容
为了解决上述存在的问题,本发明提供了一种铁基镶件材料及制备方法,具体步骤和工艺参数如下:
(1)原料制备:根据铁基镶件材料强度和硬度要求,根据组成比例称取如下组分材料:
Fe:92.5-98.5%,C:0.5-0.8%,Cu:1.5-2.0%,Sn:0.01-0.05%,Si:0.03-0.15%,Mn:0.1-0.3%,S:0.02-0.03%,Mo:0.3-0.5%,Cr:0.3-2.5%,B:0.05-0.3%,RE:0.5-3%,EBS:0.3-0.5%;
(2)原料处理:根据各组分的物理性质,将Fe、Cu、Sn、Si、Mn、Mo、Cr粉末分别在80-200摄氏度的洁净烘箱中烘干2-5小时,将B、C、RE、S粉末在50-80摄氏度的洁净烘箱中烘干2-24小时;
(3)组分混合:将上述烘干过的粉末全部加入粉料混合机,并进行充分搅拌混合,搅拌时间为1-3小时,然后加入0.3-0.5%的EBS,继续进行搅拌混合1-3小时;
(4)预成型:将模具在100-150摄氏度下预热1.5-2.5小时,将混合均匀的粉末倒入预压模具,然后在50吨成型机进行压制,压力控制在500-650兆帕,压制时间2-4小时;
(5)高温成型:将预成型的压制品从模具取出,将其置入带气体保护氛围的铁基烧结炉中进行烧结成型,同时在温度达到450-550摄氏度保温1.5-2.5小时,温度在650-750摄氏度保温1.5-2.5小时,最后将温度控制在1150-1280摄氏度,烧结2.5-4小时;
(6)热处理:将烧结后的产品进行热处理,在820-850摄氏度,在0.6%-0.8%的碳势保护氛围中加热0.5-1小时,进行淬火,然后在180-260摄氏度回火0.5-1小时。
本发明的优益之处在于:
(1)本发明添加的适量稀土元素能够增加铁基粉末冶金的珠光体含量,同时组织晶粒进一步长大,起到细化晶粒的作用,从而有效提升金属零件的淬火硬度和抗拉强度;
(2)合理添加新型有机相变类润滑剂,使生产过程添加量少、润滑性能好,高压下产生相度,由固态转变为液态,沿着粉末的缝隙流向模壁表面,并在模壁表面形成一层膜层,使得润滑剂由内润滑剂转变为模壁润滑功能,大大提高了制品的模坯密度和强度;
(3)高温成型后,通过特定的淬火、回火处理,有效提升产品的强度、硬度、耐磨性及疲劳强度等性能。
具体实施方式
实施例1
(1)原料制备:根据铁基镶件材料强度和硬度要求,根据组成比例称取如下组分材料:
Fe:96.39%,C:0.5%,Cu:1.5%,Sn:0.01%,Si:0.03%,Mn:0.1%,S:0.02%,Mo:0.3%,Cr:0.3%,B:0.05%,RE:0.5%,EBS:0.3%,其中RE为稀土元素La;
(2)原料处理:根据各组分的物理性质,将Fe、Cu、Sn、Si、Mn、Mo、Cr粉末分别在80摄氏度的洁净烘箱中烘干2小时,将B、C、RE、S粉末在50摄氏度的洁净烘箱中烘干2小时;
(3)组分混合:将上述烘干过的粉末全部加入粉料混合机,并进行充分搅拌混合,搅拌时间为1小时,然后加入0.3%的EBS,继续进行搅拌混合1小时;
(4)预成型:将模具在100摄氏度下预热1.5小时,将混合均匀的粉末倒入预压模具,然后在50吨成型机进行压制,压力控制在500兆帕,压制时间2小时;
(5)高温成型:将预成型的压制品从模具取出,将其置入带气体保护氛围的铁基烧结炉中进行烧结成型,同时在温度达到450摄氏度保温1.5小时,温度在650摄氏度保温1.5小时,最后将温度控制在1150摄氏度,烧结2.5小时;
(6)热处理:将烧结后的产品进行热处理,在820摄氏度,在0.6%的碳势保护氛围中加热0.5小时,进行淬火,然后在180摄氏度回火0.5小时。
实施例2
(1)原料制备:根据铁基镶件材料强度和硬度要求,根据组成比例称取如下组分材料:
Fe:92.57%,C:0.8%,Cu:2.0%,Sn:0.05%,Si:0.15%,Mn:0.3%,S:0.03%,Mo:0.5%,Cr:2.5%,B:0.3%,RE:0.5%,EBS:0.3%,其中RE为Y;
(2)原料处理:根据各组分的物理性质,将Fe、Cu、Sn、Si、Mn、Mo、Cr粉末分别在80摄氏度的洁净烘箱中烘干2小时,将B、C、RE、S粉末在60摄氏度的洁净烘箱中烘干10小时;
(3)组分混合:将上述烘干过的粉末全部加入粉料混合机,并进行充分搅拌混合,搅拌时间为1小时,然后加入0.3%的EBS,继续进行搅拌混合2小时;
(4)预成型:将模具在120摄氏度下预热1.5小时,将混合均匀的粉末倒入预压模具,然后在50吨成型机进行压制,压力控制在550兆帕,压制时间2.5小时;
(5)高温成型:将预成型的压制品从模具取出,将其置入带气体保护氛围的铁基烧结炉中进行烧结成型,同时在温度达到450摄氏度保温1.5小时,温度在650摄氏度保温1.5小时,最后将温度控制在1150摄氏度,烧结2.5小时;
(6)热处理:将烧结后的产品进行热处理,在850摄氏度,在0.8%的碳势保护氛围中加热0.5-1小时,进行淬火,然后在180摄氏度回火0.5小时。
实施例3
(1)原料制备:根据铁基镶件材料强度和硬度要求,根据组成比例称取如下组分材料:
Fe:95.58%,C:0.66%,Cu:1.5%,Sn:0.02%,Si:0.03%,Mn:0.1%,S:0.02%,Mo:0.4%,Cr:0.4%,B:0.06%,RE:0.8%,EBS:0.4%,其中RE为Ce;
(2)原料处理:根据各组分的物理性质,将Fe、Cu、Sn、Si、Mn、Mo、Cr粉末分别在90摄氏度的洁净烘箱中烘干5小时,将B、C、RE、S粉末在70摄氏度的洁净烘箱中烘干5小时;
(3)组分混合:将上述烘干过的粉末全部加入粉料混合机,并进行充分搅拌混合,搅拌时间为2小时,然后加入0.4%的EBS,继续进行搅拌混合1.5小时;
(4)预成型:将模具在130摄氏度下预热2.5小时,将混合均匀的粉末倒入预压模具,然后在50吨成型机进行压制,压力控制在650兆帕,压制时间4小时;
(5)高温成型:将预成型的压制品从模具取出,将其置入带气体保护氛围的铁基烧结炉中进行烧结成型,同时在温度达到550摄氏度保温2.5小时,温度在750摄氏度保温2.5小时,最后将温度控制在1250摄氏度,烧结4小时;
(6)热处理:将烧结后的产品进行热处理,在850摄氏度,在0.8%的碳势保护氛围中加热1小时,进行淬火,然后在180摄氏度回火0.5小时。

Claims (2)

1.一种铁基镶件材料及制备方法,其特征在于,镶件材料原料的组成比例为:Fe:92.5-98.5%,C:0.5-0.8%,Cu:1.5-2.0%,Sn:0.01-0.05%,Si:0.03-0.15%,Mn:0.1-0.3%,S:0.02-0.03%,Mo:0.3-0.5%,Cr:0.3-2.5%,B:0.05-0.3%,RE:0.5-3%,EBS:0.3-0.5%。
2.根据权利要求1所述的铁基镶件材料及制备方法,其特征在于,主要的制备步骤及工艺参数如下:
(1)原料制备:根据铁基镶件材料强度和硬度要求,根据组成比例称取如下组分材料:
Fe:92.5-98.5%,C:0.5-0.8%,Cu:1.5-2.0%,Sn:0.01-0.05%,Si:0.03-0.15%,Mn:0.1-0.3%,S:0.02-0.03%,Mo:0.3-0.5%,Cr:0.3-2.5%,B:0.05-0.3%,RE:0.5-3%,EBS:0.3-0.5%;
(2)原料处理:根据各组分的物理性质,将Fe、Cu、Sn、Si、Mn、Mo、Cr粉末分别在80-200摄氏度的洁净烘箱中烘干2-5小时,将B、C、RE、S粉末在50-80摄氏度的洁净烘箱中烘干2-24小时;
(3)组分混合:将上述烘干过的粉末全部加入粉料混合机,并进行充分搅拌混合,搅拌时间为1-3小时,然后加入0.3-0.5%的EBS,继续进行搅拌混合1-3小时;
(4)预成型:将模具在100-150摄氏度下预热1.5-2.5小时,将混合均匀的粉末倒入预压模具,然后在50吨成型机进行压制,压力控制在500-650兆帕,压制时间2-4小时;
(5)高温成型:将预成型的压制品从模具取出,将其置入带气体保护氛围的铁基烧结炉中进行烧结成型,同时在温度达到450-550摄氏度保温1.5-2.5小时,温度在650-750摄氏度保温1.5-2.5小时,最后将温度控制在1150-1280摄氏度,烧结2.5-4小时;
(6)热处理:将烧结后的产品进行热处理,在820-850摄氏度,在0.6%-0.8%的碳势保护氛围中加热0.5-1小时,进行淬火,然后在180-260摄氏度回火0.5-1小时。
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