专利名称：一种烧结硬化的铁基粉末冶金复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及粉末冶金技术，具体是指一种烧结硬化直接获得高硬度的铁基粉末冶金复合材料及其制备方法。
现有的铁基粉末冶金复合材料，通常是在铁基粉末中加入Al2O3、TiC等颗粒，通过高温烧结而获得，烧结后的相对密度在95％以下，硬度约为HRC20～40。要获得高硬度(HRC≥58)的铁基粉末冶金复合材料，则必须将烧结(含热压或热等静压工艺)的材料通过淬火热处理来达到，不仅工艺复杂，成本较高，而且产品易产生变形和开裂。
本发明的目的在于克服现有铁基粉末冶金复合材料及其制备方法存在的问题，从研究粉末冶金铁基复合材料的化学组成成分入手，提供一种烧结硬化直接获得高硬度的铁基粉末冶金复合材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过如下措施来实现一种烧结硬化的铁基粉末冶金复合材料，其组分及其质量百分比含量如下Cu:1～4％Ni:1～4％Mo:0.5～2％C: 0.5～1.5％NbC: 5～20％P: 0.3～0.6％其余为铁和不可避免的微量杂质。
一种烧结硬化的铁基粉末冶金复合材料的制备方法，包括采用粉末冶金方法，经配料、混合、压制、高温烧结而成，具体步骤及其工艺条件如下步骤一按下列配比范围内备料成分粒径 质量百分比用量铁粉 ≤147μm 70～85％铜粉 ≤74μm 1～4％
镍粉2～5μm 1～4％钼粉≤74μm 0.5～2％石墨粉 ≤74μm 0.5～1.5％磷铁或磷铜粉≤74μm 2～5％碳化铌粉2-5μm 5～20％阿克腊粉≤38μm 0.6～0.8％步骤二混合按上述配比备料后过GB6003规定的100目筛，然后至少干混20分钟；步骤三压制根据工件需要配粉，并在液压机上以450～600MPa的压力下成形；步骤四烧结将成形的生坯在四段高温烧结炉上烧结，高温烧结时间1.5～2小时，推舟速度20～25分钟/舟，烧结炉各段的温度设置范围如下
即得硬度为HRC≥58的铁基粉末冶金复合材料。
上述的烧结硬化的铁基粉末冶金复合材料的制备方法中，碳化铌粉和铁粉密度差小于0.03。
本发明与现有技术相比，具有如下优点1、本发明首次采用一次压制烧结，直接获得高硬度的粉末冶金铁基复合材料，制备方法简单、省去了热处理工艺及设备，可降低生产成本约30％以上。
2、本发明提供的粉末冶金铁基复合材料的耐磨性比相同含碳量的碳钢高3～5倍，比12CrNi3A合金钢热处理后的耐磨性高1～2倍，适合于制作高硬度耐磨的粉末冶金零件和模具。
3、由于NbC颗粒与Fe粉密度相近，粉末易混合均匀，碳化铌颗粒和铁粉均匀掺杂，能防止偏析。在磷铁粉或磷铜粉的作用下，烧结过程中粉末呈少量液相烧结，能使材料烧结后相对密度达95％以上，硬度为HRC≥58。
通过如下实施例对本发明作进一步说明
实施例1步骤一备料成分 粒径质量百分比用量铁粉 ≤147μm72.6铜粉 ≤74μm 3.1镍粉 2μm1.8钼粉 ≤74 μm1.5石墨粉≤74μm 0.8磷铁粉≤74μm 2.4碳化铌粉 4μm17阿克腊粉 ≤38μm 0.8步骤二混合将上述粉末按配比备料后，在振筛机上过GB6003规定的100目筛，然后在ZF-0.02型三维混料机上干混25分钟；步骤三压制在液压机上以500Mpa压力下压制成形；步骤四烧结在RST-13型四段高温烧结炉上烧结，烧结时间2小时，推舟速度25分钟/舟，烧结炉各段的温度设置范围为
即得烧结硬化的铁基复合材料，该复合材料含有Fe76.6％(质量)，Cu3.0％(质量)，Ni1.8％(质量)，Mo1.4％(质量)，C0.7％(质量)，NbCl6％(质量)，P0.4％(质量)，杂质0.1％(质量)。材料烧结的相对密度为96.5％，硬度HRC61，耐磨性比12CrNi3A热处理态高150％，比相同碳含量的碳钢高400％。
实施例2步骤一备料成分粒径 质量百分比用量铁粉 ≤147μm 78.4铜粉 ≤74μm 2镍粉 3μm 2.5钼粉 ≤74μm 1.0石墨粉 ≤74μm 1.0磷铜粉 ≤74μm 4.5碳化铌粉 2.3μm10阿克腊粉 ≤38μm 0.6步骤二混合将上述粉末按配比备料后在振筛机上过GB6003规定的100目筛，然后在ZF-0.02型三维混料机上混20分钟；步骤三压制在液压机上以600MPa压力下压制成形；步骤四烧结在RSJ-13型四段高温烧结炉上烧结，烧结时间1.5小时，推舟速度20分钟/舟，烧结炉各段的温度设置范围为
即得烧结硬化的铁基复合材料，该复合材料含有Fe83.2％(质量)，Cu1.9％(质量)，Ni2.4％(质量)，Mo1.0％(质量)，C0.9％(质量)，NbC10.0％(质量)，P0.5％(质量)，杂质0.1％(质量)。材料烧结的相对密度为97％，硬度HRC60，耐磨性比12CrNi3A热处理态高100％，比相同碳含量的碳钢高300％。
权利要求
1.一种烧结硬化的铁基粉末冶金复合材料，其特征在于该复合材料的组分及其质量百分比含量如下Cu:1～4％Ni:1～4％Mo:0.5～2％C: 0.5～1.5％NbC: 5～20％P: 0.3～0.6％其余为铁和不可避免的微量杂质。
2.一种烧结硬化的铁基粉末冶金复合材料的制备方法，包括采用粉末冶金方法，经配料、混合、压制、高温烧结而成，其特征在于具体步骤及其工艺条件如下步骤一按下列配比范围内备料成分 粒径 质量百分比用量铁粉≤147μm70～85％铜粉≤74μm 1～4％镍粉2～5μm 1～4％钼粉≤74μm 0.5～2％石墨粉 ≤74μm 0.5～1.5％磷铁或磷铜粉≤74μm 2～5％碳化铌粉2-5μm 5～20％阿克腊粉≤38μm 0.6～0.8％步骤二混合按上述配比备料后过GB6003规定的100目筛，然后至少干混20分钟；步骤三压制根据工件需要配粉，并在液压机上以450～600MPa的压力下成形；步骤四烧结将成形的生坯在四段高温烧结炉上烧结，高温烧结时间1.5～2小时，推舟速度20～25分钟/舟，烧结炉各段的温度设置范围如下
即得高硬度即HRC≥58的铁基粉末冶金复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种烧结硬化铁基粉末冶金复合材料的制备方法，其特征在于碳化铌粉和铁粉密度差小于0.03。
全文摘要
本发明涉及粉末冶金技术,具体是指一种烧结硬化直接获得高硬度的铁基粉末冶金复合材料及其制备方法。本复合材料组分及其质量百分比含量为:1～4%的Cu,1～4%的Ni,0.5～2%的Mo,0.5～1.5%的C,5～20%的NbC,0.3～0.6%的P,其余为铁和不可避免的微量杂质。本法采用粉末冶金工艺,经配料、混合、压制、高温烧结硬化而成,本制备方法简单,省去了热处理工艺及设备,可降低生产成本30%以上,所得高硬度耐磨复合材料相对密度达95%以上,硬度为HRC≥58。
文档编号C22C38/12GK1319679SQ01107549
公开日2001年10月31日 申请日期2001年2月20日 优先权日2001年2月20日
发明者李元元, 肖志瑜, 夏伟, 张文, 温利平, 邱诚, 邵明 申请人:华南理工大学