烧结后热处理对烧结硬化粉末冶金钢零件尺寸精度与力学性能的影响

在铁基粉末冶金零件的最终形生产中尺寸精度是一个关键参数。粉末冶金零件生产厂商一直在追求较大的零件,但终端用户规定的绝对公差一般并不随零件尺寸而改变。因此,对较大的零件,尺寸变化或尺寸变化的偏差必须减小。除了与常用低合金粉末冶金钢的压制与烧结相关的尺寸变化外,烧结硬化合金对粉末冶金零件生产还提出了一些独特挑战与机遇。在烧结炉中能淬硬的零件,就不要后续淬火作业了。可是,形成的未回火的马氏体显微结构对尺寸稳定性与力学性能来说并不理想。回火的淬硬钢由于马氏体转变成了密度较高的较稳定的铁素体与碳化物显微结构,从而改善了力学性能并使尺寸产生收缩。另外,许多铜及碳含量高的烧结硬化钢牌号都会导致残留奥氏体的含量较高。残留奥氏体可改进冲击性能与延展性,但是,由于热波动残余奥氏体可转变成密度较低的贝氏体和/或马氏体从而影响尺寸的稳定性。为得到最好的力学性能与尺寸控制组合,烧结硬化钢需要进行适当的热处理。本文考察不同的烧结后热处理对烧结硬化粉末冶金钢尺寸、显微结构以及力学性能的影响。

烧结条件与组成对含Cr粉末冶金钢力学性能的影响

对先进铁基粉末冶金材料的期望,已导致开发了更接近模拟锻钢组成的合金。像Cr等传统锻钢合金化元素,已用于提高力学性能与淬透性,而且成本可行。过去在粉末冶金中避免用铬是因为与氧相关的问题,但现在较新的合金系都含有这种元素。尽管这些合金可提供良好的力学性能与生产总成本可行,但这些合金的适当烧结仍是关键性问题。将介绍烧结条件与组成对含Cr粉末冶金钢的力学性能与显微结构的影响。

烧结-硬化钢的尺寸精度

尺寸精度是铁基粉末冶金零件生产工艺的关键参数。除了和标准粉末冶金低合金钢的压制与烧结相关的尺寸变化外,烧结-硬化合金还会产生从奥氏体转变为马氏体的相变。马氏体是钢中密度最低的相,因此,冷却时马氏体的形成会导致零件显著胀大。当马氏体转变为密度较高的铁素体与碳化物显微组织时,回火的淬硬钢发生收缩。这两种相变对零件的尺寸变化都有很大影响。另外,在Cu与C含量高的马氏体区可能有大量残余奥氏体存在。奥氏体相密度最高,所以残余奥氏体会导致压坯胀大较小。除回火处理外,马氏体与残余奥氏体的存在都会影响零件的最终尺寸。本文考察了两个烧结-硬化钢牌号,同时通过不同的后烧结热处理,研究了这两个牌号钢的尺寸变化和显微组织变化。

粉末冶金锰钢研究新进展

铁基粉末冶金产业在继续开发与扩大使用非传统粉末冶金合金化元素。Mo、Ni与Cu的价格、环境与可回收性一直在推动这种扩大使用。Mn是铸锻钢的价格比较低廉且有效的合金化元素;不过,过去氧的敏感性限制了Mn在粉末冶金钢中的应用,现在氧分压低的氮-氢烧结气氛可允许使用Mn。Mn与适量Mo的组合可使粉末冶金钢合金的力学性能接近FD-0405的水平。同样重要的是,这些合金可在常用的工业烧结条件下进行处理。在较高碳含量下,这些锰钢可用作贫合金烧结硬化钢牌号。笔者将讨论含Mn铁基粉末冶金材料的这些优势。

可烧结硬化组成合金的开发

粉末冶金产业市场力量正在挑战粉末冶金合金中通常使用的传统组成。Mo、Ni及Cu因和氧亲和力低,是铁基粉末冶金使用的主要合金化元素。另外,Mo对压缩性的影响很小,和Cu在烧结温度下通过液相可快速熔成合金。这三种元素也都增高钢的淬透性,用这些元素的混合物生产的零件可进行烧结硬化。价格压力迫使对采用这些元素的粉末组成重新进行了评估,合金开发的任务在于提出使力学性能与生产总成本间达到最佳平衡的合金系。烧结硬化合金组成在这一点上起重要作用。将评估与讨论可替代在欧洲市场上主要使用的合金的合金。