[发明专利]用于合并到烧结合金中的硬粒子和耐磨铁基烧结合金及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适于合并到烧结合金中的硬粒子。本发明特别涉及适于提高烧结合金的耐磨性的硬粒子、涉及含有该硬粒子的耐磨铁基烧结合金，还涉及制造这种烧结合金的方法。

背景技术

在例如阀座中传统上使用具有含铁基质的烧结合金。可以将硬粒子合并到烧结合金中以进一步提高烧结合金的耐磨性。硬粒子通常如下合并到烧结合金中。将硬粒子粉末混入具有低合金钢或不锈钢组合物的粉末中以获得混合粉末。用这种混合粉末形成生压坯。然后将该生压坯烧结以制造烧结合金。

日本专利申请公开No.2001-181807(JP 2001-181807A)描述了含有按质量％计Mo:20至60％、C:0.2至3％、Ni:5至40％、Mn:1至15％和Cr:0.1至10％且余量为Fe和不可避免的杂质的硬粒子。其中还指出例如可以将Co添加到这些硬粒子中。

使用这些硬粒子，在制造含铁基质的烧结合金时，可以改进硬粒子与作为基料的含铁基质之间的粘合性。此外，由于在硬粒子处由Mo形成的氧化膜，可以抑制粘着磨损。

通过将Ni添加到JP 2001-181807A中描述的硬粒子中，可以提高固溶在该硬粒子中的Mo量。这有助于改进添加的Mo的氧化特性并由此改进耐磨性。此外，Co具有低堆垛层错能，因此，将Co添加到该硬粒子中可提高该硬粒子的硬度和改进耐磨性。但是，当在压实前已通过添加Co提高硬粒子的硬度时，可能损害模压成生压坯的可模压性。此外，这种Ni和Co比其它元素昂贵，从而造成添加了Ni和/或Co的硬粒子的高原材料成本。

考虑到这些点，例如，铁钼(Fe-Mo-Si)硬粒子具有低成本，因为它们不含钴或镍。在铁钼(Fe-Mo-Si)硬粒子的情况下，由于包含Si，该硬粒子本身具有高硬度。但是，在铁钼合金与作为基质的铁基粉末一起压实并烧结时，形成Si氧化膜。Si氧化膜的形成可能导致随之阻碍烧结过程中硬粒子与含铁基质之间的固溶扩散。然后可能降低硬粒子与含铁基质的粘合强度并可能降低烧结合金的耐磨性。此外，由于Si的氧化抑制了Mo的氧化，硬粒子处的Mo氧化膜的形成受阻。结果，由于在滑动过程中Si氧化膜的破裂而暴露出铁，因此最终促进粘着磨损。

发明概述

本发明提供用于合并到烧结合金中的硬粒子，其可以廉价地提高通过生压坯的烧结提供的烧结合金的耐磨性，同时提高在烧结前模压成生压坯的可模压性。本发明还提供含有该硬粒子的耐磨铁基烧结合金和制造这种烧结合金的方法。

希望提高固溶体中的C量以在不使用Co的情况下提高合并到烧结合金中的硬粒子的硬度。但是，当在硬粒子制造过程中提高固溶体中的C量时，随之与Mo形成碳化物并可能因此抑制Mo氧化物的生成。此外，当压实前硬粒子的硬度太高时，损害了压实过程中的可模压性，因此所得烧结合金的机械强度可能最终降低。

本发明的第一方面涉及用于合并到烧结合金中的硬粒子。作为原材料合并到烧结合金中的硬粒子由下述成分构成：20至60质量％的Mo、3至15质量％的Mn、以及由Fe和不可避免的杂质构成的余量。

由于该硬粒子不含C并且不含Co，本发明的硬粒子比合并到烧结合金中的传统硬粒子软。因此，提高了压实过程中的模压密度并提高了与作为基质原材料的铁基粉末的接触面积，因此提高了铁从含铁基质向硬粒子中的扩散。由此提高了硬粒子与含铁基质的粘合并随之提高了烧结合金的机械强度。

硬粒子中存在的Mo形成Mo碳化物，以致硬粒子的硬度和耐磨性提高。此外，由于Mo碳化物和固溶在硬粒子中的Mo形成Mo氧化膜，Mo有效地提高固体润滑。当Mo的量低于上文指出的下限值时，归因于硬粒子处的Mo氧化膜的固体润滑不足并促进烧结合金的粘着磨损。当超过上文指出的上限值时，在烧结时与含铁基质的粘合降低。这导致烧结合金的机械强度降低。

在烧结过程中，该硬粒子中存在的Mn有效地从硬粒子扩散到烧结合金的基质中并因此有效地改进硬粒子与基质之间的粘合。Mn还使得基质中的奥氏体增加。

当Mn含量比上文指出的下限值低得多时，几乎不扩散到基质中并降低硬粒子与基质之间的粘合。当Mn含量比上文指出的上限值高得多时，烧结合金的密度降低。

本发明的第二方面涉及用于合并到烧结合金中的硬粒子。作为原材料合并到烧结合金中的硬粒子由下述成分构成：20至60质量％的Mo、3至15质量％的Mn、大于0.01至0.5质量％的C、和由Fe和不可避免的杂质构成的余量。

由于将C添加量限制为不多于0.5质量％，在硬粒子中抑制了由C和Mo生成碳化物。因此，甚至不添加Ni也可提高固溶在硬粒子中的Mo量。