專利名稱：一種利用含錳還原鐵粉制備鐵基粉末冶金材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種利用含錳還原鐵粉制備鐵基粉末冶金材料的方法；屬于粉末冶 金材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)鐵基粉末冶金材料的制造原料主要有還原鐵粉和霧化鐵粉。密度低于6. Sg/ cm3的鐵基粉末冶金材料通常采用價格較低廉的還原鐵粉作原料。鐵粉企業(yè)通常采用低硅 錳的軋鋼鐵鱗作為還原鐵粉的原料。但隨著工業(yè)領(lǐng)域?qū)︿摰膹姸纫笕沼岣撸阱i是 鋼鐵材料中強化效果最好的合金元素之一與最廉價的金屬合金元素，在高強度鋼中錳是鋼 鐵材料中最常見的合金元素。因此，鋼鐵公司的軋鋼鐵鱗中錳是經(jīng)常存在的元素。采用含 錳的鐵鱗作還原鐵粉的原料會帶來還原鐵粉的壓制性能大幅度降低，進(jìn)而導(dǎo)致最終的鐵基 粉末冶金材料的力學(xué)性能大幅度惡化。而鐵鱗中的錳一般以氧化物形式存在，且較均勻地 分布在鐵氧化物中，即使鐵被還原后，也不可能通過磁選將錳氧化物分離而提高鐵粉純度。 因此，在以軋鋼鐵鱗為原料制取的還原鐵粉中通常含錳量達(dá)到0. 45%左右。采用這樣純度 的還原鐵粉制造的粉末冶金材料密度一般在6. 5g/cm3左右，力學(xué)性能很低，應(yīng)用領(lǐng)域十分 有限。所以，在現(xiàn)有的技術(shù)水平下，由含錳鐵鱗制備的還原鐵粉在粉末冶金材料制造領(lǐng)域沒 有太多的工業(yè)應(yīng)用價值。為了開發(fā)這類含錳鐵鱗的潛在經(jīng)濟(jì)價值和滿足鐵基粉末冶金材料 行業(yè)對還原鐵粉的日益增長的需要，開發(fā)利用含錳還原鐵粉變得極為緊迫。發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種工藝方法簡單，操作方便、成 本低的利用含錳還原鐵粉制備鐵基粉末冶金材料的方法，本發(fā)明不僅可有效利用含錳鐵鱗 中的錳元素，提高含錳鐵鱗制備的鐵基粉末冶金材料強度；而且，使含錳鐵鱗作為鐵基粉末 冶金材料制造原料成為可能。本發(fā)明一種利用含錳還原鐵粉制備鐵基粉末冶金材料的方法，包括下述步驟第一步配料根據(jù)設(shè)計的鐵基粉末冶金材料組分及配比稱取各組分，同時，向所述組分中添 加Cu-Ti合金粉末，所述Cu-Ti合金粉末添加量根據(jù)組分中還原鐵粉中的錳含量按質(zhì)量 比Mn Cu Ti = 1 (3-5) (0.4-0.6)的比例添加，混合均勻；第二步燒結(jié)將第一步所得混合物加熱至1100_1150°C燒結(jié)45-60分鐘，冷至常溫，即得到本發(fā) 明利用含錳還原鐵粉制備的鐵基粉末冶金材料。本發(fā)明中，所述還原鐵粉由含錳鐵鱗直接還原制得。本發(fā)明中，所述燒結(jié)為真空燒結(jié)、分解氨保護(hù)氣氛燒結(jié)、氮氣保護(hù)氣氛燒結(jié)中的一 種。本發(fā)明由于采用上述工藝方法，利用銅-鈦合金中鈦的活度降低，而金屬鈦的化學(xué)活性比錳高，當(dāng)燒結(jié)溫度超過銅鈦合金的液相線溫度后，銅合金粉末隨即熔化并迅速與鐵粉顆粒發(fā)生固液合金化反應(yīng)溶解于鐵粉顆粒中，減小金屬鈦與燒結(jié)氣氛中氧的接觸機 會。當(dāng)溫度達(dá)到金屬鈦與錳氧化物的反應(yīng)溫度后，發(fā)生還原反應(yīng)將金屬錳還原出來。還原 出的金屬錳溶解在鐵顆粒中實現(xiàn)對鐵基體的固溶強化。由于金屬鈦活性很高、容易氧化，采 用銅鈦合金粉末的形式加入，利用銅-鈦合金中鈦的活度降低，可大幅度減輕在燒結(jié)過程 中鈦的氧化。另外，鈦與其它活性強的元素相比價格更為低廉。本發(fā)明不僅充分利用了合 金元素錳對鐵基體的強硬化效果，而且使含錳鐵鱗作為鐵基粉末冶金材料制造原料成為可 能。本發(fā)明的主要優(yōu)點和積極效果是1、利用金屬鈦比金屬錳與氧之間的更高的親合力，在鐵基零件燒結(jié)過程中將金屬 錳還原鐵粉中的錳氧化物還原，金屬錳對鐵基體實現(xiàn)了強化。2、含0. 45% Mn的還原鐵粉在鐵基粉末冶金材料制造領(lǐng)域因壓制性能很差而不 具備工業(yè)應(yīng)用價值，而本發(fā)明利用了其中錳元素對鐵基體的強化提高了鐵基粉末冶金的強 度，解決了這類資源量大的鐵鱗在粉末冶金材料中的應(yīng)用難題，提高了這類鐵鱗的使用價值。3、由本發(fā)明制造的鐵基粉末冶金材料(Fe-1. 5Ni-2Cu-0. 45Mn_0. 5C)的強度與 Fe-3Ni-2Cu-0. 6C相當(dāng)，而材料成本降低20%，且節(jié)省了稀有金屬Ni的消耗。綜上所述，本發(fā)明工藝方法簡單，操作方便、成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)，充分利用合 金元素錳對鐵基體的強硬化效果，而且使含錳鐵鱗作為鐵基粉末冶金零件制造原料成為可 能。
具體實施例方式實施例1 制備的粉末冶金材料為Fe-l.5Ni-2Cu-0. 45Mn_0. 5C-0. 22Ti ；第一步配料將-100目由含錳鐵鱗直接還原制得的含0. 45 % Mn的還原鐵粉與金屬鎳粉、 Cu-10Ti合金粉、石墨粉按設(shè)計成份配制，其中Mn Cu Ti = 0. 45 2 0. 22 ；添加 0.6%的硬脂酸鋅作潤滑劑，混合均勻；第二步燒結(jié)將第一步所得混合物在分解氨保護(hù)氣氛燒結(jié)爐加熱至110(TC燒結(jié)45分鐘，冷至 常溫，即得到本發(fā)明利用含錳還原鐵粉制備的鐵基粉末冶金材料。經(jīng)測試，本實施例制備的燒結(jié)鐵基材料的抗拉強度為417MPa,硬度為 HRB66。而成份為Fe-3Ni-2Cu-0. 6C材料的抗拉強度為310MPa，硬度為HRB63。因此， Fe-1. 5Ni-2Cu-0. 45Mn_0. 5C-0. 22Ti 材料強度比 Fe-3Ni-2Cu_0. 6C 材料提高了 34. 5%，鎳 粉使用量減少了 50%，材料成本降低20%。實施例2制備的粉末冶金材料為Fe_l.5Ni-3Cu-0. 45Mn_0. 5C-0. 22Ti ；第一步配料將-100目由含錳鐵鱗直接還原制得的含0. 45Mn的還原鐵粉與金屬鎳粉、Cu_10Ti 合金粉、石墨粉按設(shè)計成份配制，其中Mn Cu Ti = 0. 45 3 0. 3 ；添加0. 6%的硬脂酸鋅作潤滑劑，混合均勻；第二步燒結(jié)將第一步所得混合物在真空燒結(jié)爐加熱至1120°C燒結(jié)50分鐘，冷至常溫，即得到 本發(fā)明利用含錳還原鐵粉制備的鐵基粉末冶金材料。 經(jīng)測試，本實施例制備的燒結(jié)鐵基材料的抗拉強度為423MPa，硬度為 HRB68。而成份為Fe-3Ni-2Cu-0. 6C材料的抗拉強度為310MPa，硬度為HRB63。因此， Fe-1. 5Ni-3Cu-0. 45Mn_0. 5C-0. 22Ti 材料強度比 Fe-3Ni-2Cu_0. 6C材料提高了 36. 45%,If 粉使用量減少了 50%，材料成本降低18%。
權(quán)利要求
一種利用含錳還原鐵粉制備鐵基粉末冶金材料的方法，包括下述步驟第一步配料根據(jù)設(shè)計的鐵基粉末冶金材料組分及配比稱取各組分，同時，向所述組分中添加Cu-Ti合金粉末，所述Cu-Ti合金粉末添加量根據(jù)組分中還原鐵粉中的錳含量按質(zhì)量比Mn∶Cu∶Ti＝1∶(3-5)∶(0.4-0.6)的比例添加，混合均勻；第二步燒結(jié)將第一步所得混合物加熱至1100-1150℃燒結(jié)45-60分鐘，冷至常溫，即得到本發(fā)明利用含錳還原鐵粉制備的鐵基粉末冶金材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用含錳還原鐵粉制備鐵基粉末冶金材料的方法，其特 征在于所述還原鐵粉由含錳鐵鱗直接還原制得。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用含錳還原鐵粉制備鐵基粉末冶金材料的方法，其特 征在于所述燒結(jié)為真空燒結(jié)、分解氨保護(hù)氣氛燒結(jié)、氮氣保護(hù)氣氛燒結(jié)中的一種。
全文摘要
一種利用含錳還原鐵粉制備鐵基粉末冶金材料的方法，是根據(jù)設(shè)計的鐵基粉末冶金材料組分及配比稱取各組分，同時，向所述組分中添加金屬銅-鈦合金粉，混合均勻；然后，燒結(jié)，冷至常溫，即得到本發(fā)明利用含錳還原鐵粉制備的鐵基粉末冶金材料。本發(fā)明利用銅-鈦合金中鈦的活度降低，而金屬鈦的化學(xué)活性比錳高，當(dāng)燒結(jié)溫度超過銅鈦合金的液相線溫度后，銅合金粉末熔化并與鐵粉顆粒發(fā)生反應(yīng)溶解于鐵粉顆粒中。當(dāng)溫度達(dá)到金屬鈦與錳氧化物的反應(yīng)溫度后，發(fā)生還原反應(yīng)將金屬錳還原出來并溶解在鐵顆粒中實現(xiàn)對鐵基體的固溶強化。本發(fā)明工藝方法簡單，操作方便，成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)，使含錳鐵鱗作為鐵基粉末冶金材料制造原料成為可能。
文檔編號B22F9/16GK101837462SQ201010201900
公開日2010年9月22日 申請日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者曹順華, 李信平 申請人:中南大學(xué)