[发明专利]用于铝铸件的烧结粉末金属嵌件的粉末金属合金组合物

说明书

粉末金属合金组合物用于生产用于铸造入铝铸件中的烧结粉末金属嵌件。粉末金属合金组合物包含铁粉末金属基底、铜和碳，以使得铜占粉末金属合金组合物的3.5重量％或更高，并且碳含量占粉末金属合金组合物的0.1至1.0重量％。在将粉末金属合金组合物压实并烧结以形成烧结粉末金属嵌件后，该烧结粉末金属嵌件具有铜梯度，所述铜梯度在烧结粉末金属嵌件的表面上提供比烧结粉末金属嵌件晶粒中心更高的铜浓度。嵌件表面处的较高铜浓度能够在铸造期间与铝铸件形成牢固的冶金结合。

相关申请的交叉引用

本申请要求享受2017年11月30日提交的名为《用于铝铸件的烧结粉末金属嵌件的粉末金属合金组合物》的美国临时专利申请号62/592,814的优先权，其通过引用全文纳入本文以用于所有目的。

联邦资助研究或开发的声明

无。

发明领域

本公开涉及一种改进的含铁粉末金属合金组合物，用于形成用于铸造入铝铸件的烧结粉末金属嵌件。

背景技术

在活塞发动机中，凸轮轴用于控制阀门，并且曲轴通过连杆与活塞连接，以便将线性运动转换成随后可以有效利用的旋转运动(例如，驱动车辆运动)。该轴由轴承保持和支撑，所述轴承在发动机运行期间使轴能够旋转。在发动机运转期间，这些轴承和连接到轴承的轴经受相当大的发动机负荷，因此需要在结构上的适当支撑。

虽然需要支撑发动机轴的轴承结构支架，但还存在一些发动机设计考虑(例如，减轻重量以提高燃料经济性、降低材料成本)，这些发动机设计考虑导致许多现代发动机机体(engine block)尽可能地由铝或其合金而不是铁或其合金铸造而成。虽然利用铝有助于减轻重量，但使用铝基发动机机体而不是铁基发动机机体通常需要对容纳轴承的区域进行进一步支撑。

对于铸铝发动机机体，通常将往往由铸铁制成的支撑嵌件铸入铝发动机机体中。当凸轮轴拴住并施加发动机负载时，这些嵌件在轴承支架区域中提供提高的强度和刚性。作为一个具体实例，对于主轴承嵌件(“MBI”)，该嵌件可以由铸铁形成，然后将铝合金(通常为A380铝合金)铸造在铸铁嵌件周围。在铸造期间，将嵌件机械锁定在适当位置，并且使铸造材料在嵌件的几何形状部分周围凝固，以将嵌件保持在适当位置。

发明内容

本文公开了一种用于形成轴承嵌件的改进的粉末金属组合物，其可以在发动机生产中铸造到铝或铝合金中。尽管常规的铸铁嵌件依靠嵌件几何特征中铸造铝或铝合金的机械联锁，但是在所公开的含铁烧结粉末金属轴承嵌件的微观结构中，在烧结粉末金属嵌件表面上的铜优先更高。烧结粉末金属嵌件表面上增加的含铜量使得能够在与铝铸造材料接触时产生冶金结合。为了在嵌件表面处实现铜的增加以在铸造期间形成该冶金结合，可以对含铁嵌件的粉末金属配方进行精心设计，从而在粉末金属嵌件制造期间形成铜梯度，其可以在铸造期间被进一步利用。

根据一个方面，公开了一种粉末金属合金组合物，用于生产用于铸造成铝铸件的烧结粉末金属嵌件。粉末金属合金组合物包含铁粉末金属基底、添加到铁粉末金属基底的铜和碳，以使得铜占粉末金属合金组合物的3.5重量％或更高，并且碳含量占粉末金属合金组合物的0.1至1.0重量％。可以预期，在铁粉末金属基底和/或混合含铜粉末金属中，铜可以作为预合金化铜提供。在将粉末金属合金组合物压实并烧结以形成烧结粉末金属嵌件后，该烧结粉末金属嵌件具有铜梯度，所述铜梯度在烧结粉末金属嵌件的表面上提供比烧结粉末金属嵌件晶粒中心更高的铜浓度。

在组合物的一些形式中，混合含铜粉末金属可以是元素铜粉末金属。该混合含铜粉末金属还可以是非含铁的(意味着在含铁组合物的情况下不可能被描述为预合金化)