[发明专利]改性高速钢颗粒，使用其的粉末冶金方法，和由其得到的烧结部件

说明书

本发明涉及由高速钢(HSS)制备并改性以包含硫化锰分散沉淀物的颗粒(MHSS)，和使用它的粉末冶金(PM)方法。它还涉及使用改性HSS颗粒通过PM方法生产的部件。发现通过形成HSS以及1)Mn或含Mn化合物和2)S或含S化合物的熔体，然后通过雾化方法，可得到包含分散硫化物沉淀物的改性HSS颗粒，所述分散硫化物沉淀物主要包含硫化锰。选择Mn和S的量使得Mn与S的重量比(Mn/S)以颗粒总重量的重量％计为8.0‑1.0，优选5.5‑3.0，例如5.5‑3.5或5.5‑4.1。使用该颗粒通过PM制造方法得到的制品与未加入1)Mn或含Mn化合物和2)S或含S化合物的相应未改性HSS制备的制品相比具有改进的可机加工性。令人惊讶的是，由改性HSS颗粒得到的制品的物理性能与由相应未改性HSS颗粒制备的制品相比未削弱或未明显削弱。

发明领域

本发明涉及由改性以包含硫化锰分散沉淀物(MHSS)的高速钢(HSS)制备的颗粒，和使用其的粉末冶金(PM)方法。本发明还涉及使用改性HSS颗粒通过PM方法生产的部件。

发明背景

高速钢是高度合金化的钢，并且由于其在高温下的高硬度、挠曲强度和耐久性，常规用于多种应用中。HSS合金的典型应用是用于机加工设备的切削设备或用于内燃机的气门座圈(VSI)。

由于其高硬度，HSS本身的机加工(machining)或切削(cutting)是昂贵且磨损密集性的操作。但是，这类操作通常甚至是通过粉末冶金制造的制品所需的，由此得到恰好具有所需尺寸的制品，例如VSI。

进一步已知将改进可机加工性的添加剂加入不同于HSS的合金中。例如，WO 93/19875描述了制造烧结铁基材料的方法，其包括以下步骤：制备铁基粉末的混合物，所述混合物包含含有至少一种来自包含锰和碱土金属系列的组的金属的化合物；至少一种供硫材料；将粉末混合物挤压，和将挤压的混合物烧结以导致在烧结期间通过反应在烧结材料内部形成至少一种稳定金属硫化物。还描述了通过该方法制备的材料和制品。

另一路线由L.G.Roy等人描述于“Prealloyed Mn/S powders for improvedmachinability in P/M parts”,Progress in Powder Metallurgy A.1987年第43卷第489-499页中。作者描述了预合金化Mn/S铁粉MP 37S及其前体MP 36S，不同的是其较高的Mn/S比。在这些材料中，加入Mn和S以形成硫化锰(MnS)夹杂物，从而改进铁粉的可机加工性。这些夹杂物在与工具表面相邻的流动区中在剪切平面中变形，它们贡献于较高的切削速度、较长的工具寿命、机加工部件的良好表面加工、较低的切削力(tool force)。然而，该文件还强调，对于用于PM方法的粉末，需要满足多种其它要求，例如烧结期间粉末的生长特性，以及烧结部件的机械性能。作者因此研究了提高Mn/S比对烧结部件的可机加工性、尺寸变化和强度的影响。由化学分析还发现MP 36S和MP37不仅包含MnS，而且包含MnFeO、SiO2、S和/或FeS。

对于高速钢，需要保持高硬度和强度。因此认为加入改进可机加工性的添加剂，例如MoS₂或MnS可能改进可机加工性，但同时伴随其它性能的削弱，例如硬度和强度的降低。

发明目的

本发明的目的是提供改进高速钢材料的可机加工性的方法，和提供具有改进可机加工性的高速钢基材料。

本发明的另一目的是提供改进高速钢材料的可机加工性而不明显削弱高速钢的物理性能的方法。优选地，高速钢的物理性能，特别是强度与不包括本发明的方法的高速钢相比根本未削弱。

本发明的又一目的是提供适于粉末冶金(PM)制造方法的材料和使用其的PM方法。由PM得到的部件应当适用于在使用之前要求最终机加工的应用，又应当具有经得起苛刻使用条件，例如内燃机中存在的条件的性能。