[发明专利]低合金钢粉

说明书

本申请是申请号为200880125654.X、申请日为2008年12月18日、发明名称为“低合金钢粉”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及低合金化铁基粉末以及含有该粉末和其它添加剂的粉末组合物，和由该粉末组合物制成的粉末锻造部件。该粉末和粉末组合物计划用于成本有效地制造粉末锻造部件，例如连杆。

背景技术

在工业中，通过压制和烧结金属粉末组合物而制成的金属产品的应用日益广泛。生产具有各种形状和厚度的许多不同产品，并在希望降低成本的同时不断提高质量要求。由于通过铁粉组合物的压制和烧结获得净形部件或只需极少机械加工就可达到最终形状的近净形部件以及高的材料利用程度，该技术大大优于金属部件的传统成形技术，例如由棒料或锻件模制或机械加工。

但是，与压制和烧结法相关的一个问题在于，烧结部件含有一定量的孔隙，以致降低该部件的强度。基本上有两种方式克服由部件多孔性造成的对机械性质的负面影响。1)可以通过引入合金元素，例如碳、铜、镍、钼等，来提高烧结部件的强度。2)通过提高该粉末组合物的可压缩性、和/或提高压制压力以获得更高生坯密度、或提高该部件在烧结过程中的收缩率，可以降低烧结部件的孔隙率。在实践中，采用通过添加合金元素来增强该部件与将孔隙率降至最低的组合。

粉末锻造包括使用锻造冲击使烧结的预成型坯快速致密化。结果获得了完全致密的净形或近净形的适合高性能用途的部件。通常，由与铜和石墨混合的铁粉制造粉末锻造制品。建议的其它类型的材料包括与镍和钼和少量锰预合金化的铁粉，以在不产生稳定氧化物的情况下提高铁可淬硬性。也常加入机械加工性增强剂，例如MnS。

制成部件中的碳会提高强度和硬度。铜在达到烧结温度之间熔融，由此提高扩散速率和促进烧结颈的形成。添加铜会改进强度、硬度和可淬硬性。

已通过粉末锻造技术成功制造内燃机连杆。当使用粉末锻造法制造连杆时，通常对该压制和烧结部件的大端施以裂解(fracture split)操作。对供大端螺栓用的孔和螺纹机械加工。内燃机中连杆的基本性质是高压缩屈服强度，因为这类连杆受到拉伸载荷三倍高的压缩载荷。另一基本的材料性质是适当的可机械加工性，因为必须对孔和螺纹机械加工以在安装后连接裂开的大端。但是，连杆制造是具有严格的性能、设计和耐久性要求的大规模和价格敏感的用途。因此，提供较低成本的材料或方法非常合意。

US 3901661、US 4069044、US 4266974、US 5605559、US 6348080和WO03/106079描述了含钼粉末。当与钼预合金化的粉末用于制造压制和烧结部件时，在烧结部件中容易形成贝氏体。特别地，当使用具有低钼含量的粉末时，所形成的贝氏体粗大以致损害机械加工性，这对需要良好机械加工性的连杆而言特别成问题。钼作为合金元素也非常昂贵。

但是，在US 5605559中，通过使Mn保持非常低，用Mo合金粉末获得了细珠光体微结构。要指出，Mo通过碳化钼的固溶硬化和沉淀硬化等改进钢的强度。但是，当Mo含量小于大约0.1重量％时，其作用小。Mn通过改进其可淬硬性来改进热处理材料的强度。但是，当Mn含量超过大约0.08重量％时，在合金钢粉表面上产生氧化物，以致可压缩性降低和可淬硬性提高超出所需水平。因此，形成粗大的上贝氏体结构并且强度降低。但是，保持低Mn含量是昂贵的，特别是在生产中使用廉价的钢屑时，因为钢屑通常含有0.1重量％和更高的Mn。因此，由于低Mn含量和Mo的成本，制成的粉末因而相当昂贵。

US 2003/0033904、US 2003/0196511和US 2006/086204描述了可用于制造粉末锻造的连杆的粉末。该粉末含有与铜粉和石墨混合的预合金化铁基含锰和硫的粉末。US 2006/086204描述了由铁粉、石墨、硫化锰和铜粉的混合物制成的连杆。具有3重量％Cu和0.7重量％石墨的材料获得了775MPa的最高压缩屈服强度值。相应的硬度值为34.7HRC，这相当于大约340HV1。铜和碳含量的降低也导致降低的压缩屈服强度和硬度。

发明目的

本发明的目的是提供合金化铁基粉末，其适用于制造粉末锻造部件，例如连杆，且基本不含昂贵的合金元素，例如钼和镍。

本发明的另一目的是提供低合金钢粉，其适用于制造具有基本为珠光体/铁素体结构的粉末锻造部件。

本发明的另一目的是提供粉末，其能够形成具有高于820Mpa的高压缩屈服应力CYS以及最多380HV1、优选低于360HV1的维氏硬度的粉末锻造部件，以使该粉末锻造部件在仍足够强韧的情况下容易被机械加工。