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我国粉末冶金行业需开发合金元素的廉价高强度钢粉末

发布时间：2015/3/13 0:05:06

将金属粉末烧结部件用于汽车零部件，如叶片泵的转子和同步器毂等，对于汽车的轻量化、降低油耗等都有很好的效果。作为原料金属粉末，通常有钼（Mo）和镍（Ni）作为强化元素。例如，将铁粉、石墨、钼铁粉、润滑剂进行混合，在610MPa的压力下成形，烧结后得到7.5g/cm3以上的高密度，与常规工艺相比，力学性能得到明显改善。另外，在铁粉中加入0.5%Ni，0.5%的Mo和0.2%的Mn，另外含有0.2%的铜和石墨，在600MPa的压力下成形，烧结后热锻，拉伸强度与组合性能都有显着提高。

近年来，由于有些非铁金属的价格上涨，使得含有Mo和Ni烧结部件的制造成本上升，所以行业迫切需要开发合金元素的廉价高强度钢粉末以取代Mo和Ni等。例如，在铁基粉末中添加Fe－Mn粉、Cu粉、石墨粉，Fe－Mn粉的含锰量为60%?90%（质量分数），粒度为45μm 或更小，添加量为0.5%～3.0%，Cu粉的添加量为1.0%～3.0%，石墨粉的添加量为0.3%～1.0% 。

一般来说，为了提高烧结部件的强度，会在铁基零部件中添加石墨等合金元素。这里，采用相对廉价的石墨等取代高价的通过控制特定的添加量、添加形式与工艺，可以提供相对廉价的高强度烧结零部件。元素以Fe－Mn合金的形式加入，与添加纯Mn相比，能够减少在烧结及后续的热处理过程中Mn的氧化。同时添加Cu元素的作用在于，当烧结温度高于Cu的熔点时，Cu溶化后向Fe－Mn合金中扩散，形成Cu－Mn合金，而Cu－Mn合金的熔点低于纯Mn，所以相当于增大了Mn在Fe中的扩散速度，有利于烧结合金的组织均匀化与性能的提高。另外，形成的Cu－Mn合金，能够防止在烧结与热处理过程中的Mn氧化。Mn的添加量一定要适度：添加量过低时不能充分发挥其提高合金强度的作用，添加量相对于Cu元素过高时，未生成Cu－Mn合金的Mn元素会发生氧化，从而导致材料的性能下降。

上述Fe－Mn合金粉末的*佳添加量为0.5%?3.0%。小于0.5%时，难以体现出其提高强度的效果；超过3.0%时，会引起烧结体的密度下降，从而对强度产生不良影响。并且，烧结体可能会发生膨胀，这对控制产品的尺寸精度非常不利。而且，当Fe－Mn合金粉末的粒度大于45μm时，Mn在Fe中的扩散会不充分，影响Mn元素的强化效果。所以为保证制件的精度与强度，希望Fe-Mn合金粉末的粒度为30μm 以下，*好为10μm以下。

使用纯铁粉末作为原料，添加Fe－Mn粉、Cu粉、石墨粉，按照上述配方与工艺，烧结体的拉伸强度都能超过580MPa，实现了不采用昂贵的Mo与Ni，也达到了同等的高强度。