[发明专利]烧结硬化粉末及其烧结体

说明书

技术领域

本发明是有关于一种烧结硬化粉末及其烧结体，且特别是有关于一种 烧结硬化型粉末的组成。

背景技术

一般粉末冶金零件为符合其应用的需求通常需具备良好的机械性质， 因此零件常必须施以淬火、回火的硬化热处理以达到优良的机械性质。然 而淬火时由于冷却速率快，零件易产生变形、尺寸不稳定、淬裂等问题，且 热处理亦增加生产成本，故近年来已有烧结硬化型的粉末出现，在粉末中 添加Mo、Ni、Mn、Cr等高硬化能合金元素，使在以传统压结方式压出胚体 后，将生胚烧结即可得到HRC 30以上的硬度，例如Hoeganaes公司的 Ancorsteel 737SH(Fe-0.42Mn-1.40Ni-1.25Mo-C)或Quebec公司的ATOMET 4701(Fe-0.45Mn-0.90Ni-1.00Mo-0.45Cr-C)等。这些材料所制成的零件在 烧结炉内以每分钟约30℃以上的冷却速率冷却，可产生麻田散铁及变韧铁。 虽然这些粉末经一般业者所常用的1120℃烧结30-40分钟后其合金元素成 分仍不易均质化，但在相同密度及烧结处理条件下，不需施以淬火硬化处 理其烧结后的机械性质已比一般非烧结硬化型的合金为佳。烧结硬化型合 金虽节省烧结后热处理成本，不过为符合快速冷却速率的要求，仍需在原有 烧结炉改装，增加特殊设计的高冷却速率设备，甚至改用全新的烧结炉，此 方式仍造成额外的设备成本。此外，此制程的冷却速率虽远较淬火慢，但仍 相当快，零件仍易有变形、尺寸不稳定、淬裂等缺点。又如美国专利 US5682588乃将该专利的粉末以传统压结方式压出生胚后于1130-1230℃之 间烧结，然后以5-20℃/分的冷却速率冷却，即可达到烧结硬化效果，改进 了以往约30℃/分以上的高冷却速率，但该专利揭露的机械性质仍不佳，特 别是韧性方面。

以干压成形制程而言，美国粉末冶金协会在2003年版的标准中已有烧 结硬化型合金，其中机械性质较佳者为FLNC-4408(1.0-3.0％Ni，0.65-0.95％ Mo，1.0-3.0％Cu，0.6-0.9％C，余铁)及FLC2-4808(1.2-1.6％Ni，1.1-1.4％ Mo，1.0-3.0％Cu，0.3-0.5％Mn，0.6-0.9％C，余铁)，后者在烧结硬化并 回火后于7.2g/cm³的密度下的拉伸强度可达1070MPa，硬度可达HRC 40， 但延性不佳，低于1.0％。这些干压型合金虽为烧结硬化型，但机械性质仍 不理想，且所需的冷却速率仍相当快。

就粉末冶金技术领域来说，除了干压成形烧结的制程外，金属射出成 形也是另一种方法，此制程所使用的粉末较传统粉末冶金制程(干压与烧 结)细，粒径约在30μm以下，而干压用粉末粒径约在150μm以下，由于细 粉对合金元素而言扩散距离短，所以可以使添加的合金元素均匀扩散于基 材中，因此以细粉烧结的零件比传统干压成形烧结零件具有较佳的机械性 质。目前金属粉末射出成形常用合金为Fe-Ni-Mo-C系列合金，例如美国粉 末冶金协会(Metal Powder Industrie s Federation)所公布的标准中机械 性质最佳的MIM-4605(1.5-2.5％Ni，0.2-0.5％Mo，0.4-0.6％C，＜1.0％Si，余 铁)，此合金在烧结后的拉伸强度可达415MPa，硬度可达HRB62，伸长率为 15％，若要达到此材料的最佳机械性质则必须将烧结后的产品施以淬火、回 火等烧结后热处理，其拉伸强度可达1655MPa，硬度可达HRC48，伸长率为 2.0％。虽然目前金属射出成形工件已可藉烧结后热处理而得到优良的机械 性质，但就金属射出成形工件而言，其热处理成本仍占其制造成本相当大 的比例，如何降低其热处理成本为一重要课题，且由美国粉末冶金协会所 示资料及各研究报导显示，目前尚无应用于金属粉末射出成形的烧结硬化 型合金。

如上所述，金属射出成形工件使用细粉，所以可改善合金元素的均质 化，提高工件的机械性质，但细粉亦可用于传统干压制程，只是细粉流动 性不佳，在成形时无法顺利填充入模穴中，因此无法以自动成形机成形，但 此问题可藉造粒制程使粉末聚集成较大粒径且成球形而予以克服，因此细 粉仍可使用于干压成形制程。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种烧结硬化粉，其在烧结后于一般 的降温速率(3-20℃/min)在传统烧结炉中冷却，即可得到良好的机械性质。