[发明专利]一种金属零件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从团聚的球形金属粉末制造金属零件的方法。

背景技术

众所周知，粉末金属技术在近净形(near net shape)产品的制造中显示出了显著的优点，所谓近净形产品即从粉末直接得到的产品，是一种以最少的材料和能耗实现最终成本低于传统的锻造、浇铸和/或机械加工零件的产品。在很多情况下，所述粉末金属产品的性能是优越的。

由于钢粉全密度(full density)烧结的经济性和节能性，这种方法获得了越来越多的关注。这种方法通常要求高的烧结温度，除非所述钢粉与低熔点添加剂混合，这样的低熔点添加剂作为更多的高熔点的粉末的胶粘剂。两种典型的低熔点添加剂是铜和硼。然而，这些添加剂对于钢产品的一些特性具有不良效果，如焊接和腐蚀，当由钢粉制造的全致密零件需要满足锻钢要求时，这些种类的添加剂是禁用的。

另一种通过烧结制造全致密产品的方式是使用高温以加快烧结速度并达到全密度。

在专利EP 1 047 518中，显示出高速压实方法(HVC方法)与团聚的球形金属粉末一起提供了显著的优点。

在金属注射成型(MIM)中，由于通常被雾化(gas-atomized)的细纯粉末具有高表面活性，因此使用一种通常在20μm左右的极细粉，这种极细粉具有烧结成全密度的可能性。制备这些细粉末非常昂贵，并且通常很难或不可能用于制造较大重量(例如超过50-100g)的产品。

另一种由粉末制造性能等同于或优于锻造产品的全致密产品的方式是对粉末块使用热等静压制(HIP)。所述粉末块然后必须装入“胶囊”中，即一种包埋粉末块抵抗环境压力介质(通常为氩气)的容器。所述通常使用的容器由钢片制成。从实际情况和经济性方面考虑，这使得该技术限制为针对相对较大的零件，通常例如5kg或更重。由于胶囊制备的成本，对于更复杂的形状也具有局限性。

这意味着，目前从约50g直到约5kg这一重要的产品区间由于经济性和实际情况的原因，使用现有技术不能有效的实现。

使用金属粉末的压实时的一种限制是，即使能够达到有利于达到全密度的、非常高的生坯密度，但对于某些合金，高温烧结会带来问题，因为这会导致不同的相或沉淀的形成，所述不同的相或沉淀无法在随后的过程如硬化、回火或软化退火中消除，这是因为，由于是近净形产品，因此不存在对这种结构进一步的破坏。

一个存在改善空间的方面是，在高温、尤其当不同结构的相产生的时候，可能发生临界晶粒的增长，即形成大晶粒，从而进一步削弱机械性能，尤其是冲击性能和延伸率。当材料在烧结之前已经经历了小的冷变形的时候，上述情况尤其可能发生。在这种情况下，更容易发生临界晶粒的增长。

尚未达到全密度的粉末产品在没有封闭容器的情况下不能进行热等静压制(HIP)，因为在粉末产品中互相连通的孔使HIP操作无效。然而，如果压制的产品密度足够高从而达到理论上的全密度，那么在没有胶囊的情况下压制的产品可以进行HIP，因此如果使用正确的参数可以达到全密度。这通常在比高温烧结更低的温度下进行，因此避免了上面提到的、因沉淀和晶粒增长带来的问题。作为一个经验规则，超过95％TD的生坯密度造成了封闭孔，并且因此这些产品能够在没有封装的情况下经历热等静压制达到全密度。

另一个改善的空间与致密化的上限相关。由于专利EP 1 047 518中描述的绝热效应，可能达到非常高的密度，所述方式超过了常规的压制技术。然而，由于需要脱除粘合剂，如水状胶体，有必要在某个上限停止致密化，使粘合剂在这个过程中蒸发。

随着粘合剂的并入，其它现象也可能在极高密度下发生，例如在表面起泡。

在现有技术中，当烧结体在高温烧结后冷却时，碳化物会积累并留存。由于高含量的碳化物形成剂，如钒、钨和铬，这些类型的结构不可能或很难通过低温下的后续热处理移除。在常规的生产中，当将所述铸造结构进一步加工成棒状、片状等的最终产品时，这些类型的结构在后续的轧制、锻造等工艺中被破坏。冲击值的范围通常为50-150J，取决于硬化/回火后的硬度。然而，当想要在没有或仅有较小的后续变形加工的情况下制备净形或近净形产品时，并不存在破坏所述缺陷结构的可能性。

发明内容

本发明的目的是消除现有技术的至少部分缺点并提供一种改善的方法。