一种汽车用SiC增强铁基复合材料的制备方法
一种汽车用SiC增强铁基复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种粉末冶金制备铁基复合材料的方法，尤其是涉及一种汽车用碳化硅颗粒增强铁基复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]粉末冶金是一种集材料与零件制备成形技术于一体的先进制造技术，具有节能、节材、高效、近净成形、无污染等优点。粉末冶金零部件的用量是衡量一个国家汽车发展水平的标志之一，同时也代表该国粉末冶金技术的发展水平。
[0003]近年来，我国粉末冶金制品生产企业加大研发投入，在产品稳定性和新产品开发等方面取得很大的进步，同国外发达国家的差距正在快速缩小。但是在产品稳定性和高端产品方面(如高性能预合金粉末制品等)，还存在较大的差距，不能满足我国粉末冶金的高速发展需求。
[0004]然而不容忽视的是铁基复合材料引入了铁这一廉价而又丰富的原材料，能在大范围内推广，如发动机零件等在高温、高速、耐磨损条件下运行的结构件，铁基复合材料更适合它们的工作需要，其性价比要高于铝基、镁基复合材料。所以从经济成木、实际应用效果两方而综合考虑.必须重视铁基复合材料的研宄。
[0005]基体和硬质颗粒共同决定了硬质相强化型材料的耐磨性能。作为硬质相颗粒可以是碳化物(WC、Mo2C、VC、NbC、Tie)、氧化物(Al2O3)、氮化物(TiN)等。Mo2C、WC、VC 可与 Fe-C基体发生反应生成新的碳化物硬质相。热力学稳定的NbC、TiN硬质相在烧结时不会发生反应，特别适合于制备铁基材料。Al2O3硬质相属于离子键结合，其外表面电子被束缚而带电，由于其难以被金属润湿，所以需添加粘结剂进行烧结。金属间化合物因其性质与基体差别小，且和基体界面的相容性好，也可用作硬质相材料。金属间化合物增强铁基粉末冶金材料是以含有Cr、Mo、N1、Co、W、V等合金元素的钢作为基体，并在此基体上添加Fe-Mo、Co-Mo-Si> Co-Cr-Mo-Si> Co-Mo> Cr-W等金属间化合物作为硬质相颗粒基体材料、硬质颗粒类型和烧结度是制备硬质相强化型铁基合金的关键因素。但是当基体和硬质颗粒之间的物化性质差别过于大的时候，硬质颗粒会剥落；而烧结温度过高，会造成硬质颗粒中的合金元素向基体中的扩散量增大，导致硬质颗粒减少，还会造成基体硬度、硬质相硬度以及基体和硬颗粒界面发生变化。例如:当硬质相中含有Mo、W等元素时，高温下会与基体中的C发生反应生成M6C型碳化物，降低了材料硬度。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的之一在于提出一种汽车用铁基复合材料的制备方法。
[0008]本发明的目的之二在于提出一种汽车用铁基复合材料。
[0009]具体通过如下技术手段实现:
一种汽车用铁基复合材料的制备方法，包括如下的步骤: (1)配料:称取以下重量份数的配料:4.5-7.0份的Mo粉，6.0-8.2份的Ni粉，10.5-17.5 份的 Cr 粉、2.15-2.65 份的 C 粉，1.5-1.8 份的 Nb 粉、2.0-2.5 份的稀土粉、1.0-1.2 份的 Ti 粉、7.5-8.5 份的 Cu 粉、3.15-4.25 份的 SiC 粉、100-120 份的 Fe 粉，所述粉末粒度均为250-400目，加入5-6重量份的润滑剂进行球磨混合，混合时间为2-8小时；得到混合粉末；
(2)压制:将所述步骤(I)制备的混合粉末在750-850Mpa的压力下压制；得到坯料；
(3)烧结:将所述步骤(2)制备的坯料进行三段烧结，第一段烧结:在还原性气氛中进行烧结，烧结温度1280-1310°C，烧结时间为l_2h，然后进行第二段烧结:烧结气氛为真空烧结，先对炉内抽真空，然后将炉内温度调整为1200-1230°C，烧结时间为1-2小时，之后进行第三段烧结:向炉内冲入氩气，使得压强达到10-15MPa，烧结温度为1150-1180°C，烧结时间为0.5-1.5h ；
(4)冷却:随炉冷却至室温；
(5)挤压:将坯料放入精整模内挤压；对挤压后的半成品进行局部切削、修整成形；
(6)热处理:将步骤(5)得到的坯料进行热处理，所述的热处理步骤为:将坯料快速加热到1100-1150°C，保温5-15min，然后水冷至460-490°C，保温l_2h，然后将坯料加热到600-800 0C，保温2-3h，然后随炉冷却200-220 °C，保温2_3h，然后空冷到室温得到车用铁基复合材料。
[0010]进一步地，所述稀土粉为La和/或Ce。
[0011]进一步地，所述润滑剂为硬脂酸锌。
[0012]汽车用铁基复合材料，采用上述任意一项方法制备得到。
[0013]本发明通过对制备过程中原料的选择，工艺参数的优化，如分段烧结制度的温度时间的选择、热处理制度的优化等，使得铁基复合材料也能代替铝基、镁基复合材料应用于汽车零部件上，另外，以碳化硅颗粒作为主要硬质相，能与基体良好结合，有效提高材料烧结及淬火后的力学性能，经淬火一回火热处理后，合金的硬度和强度有了较大提高。
【具体实施方式】
[0014]实施例1
一种汽车用铁基复合材料的制备方法，包括如下的步骤:(I)配料:称取以下重量份数的配料:4.65份的Mo粉，6.2份的Ni粉，13.45份的Cr粉、2.6份的C粉，1.72份的Nb粉、2.32份的La粉、1.1份的Ti粉、8.0份的Cu粉、3.75份的SiC粉、105份的Fe粉，所述粉末粒度均为300目，加入5.6重量份的硬脂酸锌进行球磨混合，混合时间为6小时；得到混合粉末；
(2)压制:将所述步骤⑴制备的混合粉末在SOOMpa的压力下压制；得到坯料；
(3)烧结:将所述步骤(2)制备的坯料进行三段烧结，第一段烧结:在还原性气氛中进行烧结，烧结温度1290°C，烧结时间为1.5h，然后进行第二段烧结:烧结气氛为真空烧结，先对炉内抽真空，然后将炉内温度调整为1220°C，烧结时间为1.2小时，之后进行第三段烧结:向炉内冲入氩气，使得压强达到14MPa，烧结温度为1165°C，烧结时间为Ih ；
(4)冷却:随炉冷却至室温；
(5)挤压:将坯料放入精整模内挤压；对挤压后的半成品进行局部切削、修整成形； (6)热处理:将步骤(5)得到的坯料进行热处理，所述的热处理步骤为:将坯料快速加热到1125°C，保温12min，然后水冷至475°C，保温1.5h，然后将坯料加热到675°C，保温2.4h，然后随炉冷却215°C，保温3h，然后空冷到室温得到车用铁基复合材料。
[0015]实施例2
一种汽车用铁基复合材料的制备方法，包括如下的步骤:
(1)配料:称取以下重量份数的配料:5.5份的Mo粉，7.7份的Ni粉，13.6份的Cr粉、2.5份的C粉，1.6份的Nb粉、2.1份的Ce和/或La粉、1.1份的Ti粉、7.9份的Cu粉、4.1份的SiC粉、110份的Fe粉，所述粉末粒度均为300目，加入5.8重量份的硬脂酸锌进行球磨混合，混合时间为5小时；得到混合粉末；
(2)压制:将所述步骤⑴制备的混合粉末在825Mpa的压力下压制；得到坯料；
(3)烧结:将所述步骤(2)制备的坯料进行三段烧结，第一段烧结:在还原性气氛中进行烧结，烧结温度1305°C，烧结时间为lh，然后进行第二段烧结:烧结气氛为真空烧结，先对炉内抽真空，然后将炉内温度调整为1205°C，烧结时间为I小时，之后进行第三段烧结:向炉内冲入氩气，使得压强达到13MPa，烧结温度为1175°C，烧结时间为0.8h ；
(4)冷却:随炉冷却至室温；
(5)挤压:将坯料放入精整模内挤压；对挤压后的半成品进行局部切削、修整成形；
(6)热处理:将步骤(5)得到的坯料进行热处理，所述的热处理步骤为:将坯料快速加热到1105°C，保温14min，然后水冷至475°C，保温1.8h，然后将坯料加热到670°C，保温2.5h，然后随炉冷却205°C，保温2.6h，然后空冷到室温得到车用铁基复合材料。
[0016]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1.一种汽车用SiC增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于: 包括如下的步骤: (1)配料:称取以下重量份数的配料:4.5-7.0份的Mo粉，6.0-8.2份的Ni粉，10.5-17.5 份的 Cr 粉、2.15-2.65 份的 C 粉，1.5-1.8 份的 Nb 粉、2.0-2.5 份的稀 土粉、1.0-1.2 份的 Ti 粉、7.5-8.5 份的 Cu 粉、3.15-4.25 份的 SiC 粉、100-120 份的 Fe 粉，所述粉末粒度均为250-400目，加入5-6重量份的润滑剂进行球磨混合，混合时间为2-8小时；得到混合粉末； (2)压制:将所述步骤(I)制备的混合粉末在750-850Mpa的压力下压制；得到坯料； (3)烧结:将所述步骤(2)制备的坯料进行三段烧结，第一段烧结:在还原性气氛中进行烧结，烧结温度1280-1310°C，烧结时间为l_2h，然后进行第二段烧结:烧结气氛为真空烧结，先对炉内抽真空，然后将炉内温度调整为1200-1230°C，烧结时间为1-2小时，之后进行第三段烧结:向炉内冲入氩气，使得压强达到10-15MPa，烧结温度为1150-1180°C，烧结时间为0.5-1.5h ； (4)冷却:随炉冷却至室温； (5)挤压:将坯料放入精整模内挤压；对挤压后的半成品进行局部切削、修整成形； (6)热处理:将步骤(5)得到的坯料进行热处理，所述的热处理步骤为:将坯料快速加热到1100-1150°C，保温5-15min，然后水冷至460-490°C，保温l_2h，然后将坯料加热到600-800 0C，保温2-3h，然后随炉冷却200-220 °C，保温2_3h，然后空冷到室温得到车用铁基复合材料。2.如权利要求1所述的汽车用铁基复合材料的制备方法，其特征在于:所述稀土粉为La和/或Ce。3.权利要求1-2所述的铁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸锌。4.汽车用铁基复合材料，采用上述任意一项权利要求制备得到。
【专利摘要】本发明涉及一种汽车用SiC增强铁基复合材料的制备方法，包括如下的步骤：(1)配料：称取以下重量份数的配料：4.5-7.0份的Mo粉，6.0-8.2份的Ni粉，10.5-17.5份的Cr粉、2.15-2.65份的C粉，1.5-1.8份的Nb粉、2.0-2.5份的稀土粉、1.0-1.2份的Ti粉、7.5-8.5份的Cu粉、3.15-4.25份的SiC粉、100-120份的Fe粉，所述粉末粒度均为250-400目，加入5-6重量份的润滑剂进行球磨混合，混合时间为2-8小时；得到混合粉末；(2)压制；(3)烧结；(4)冷却；(5)挤压；(6)热处理；空冷到室温得到车用铁基复合材料。通过对制备过程中原料的选择，工艺参数的优化，如分段烧结制度的温度时间的选择、热处理制度的优化等，使得铁基复合材料也能代替铝基、镁基复合材料应用于汽车零部件上。
【IPC分类】C22C38/50, C22C33/02
【公开号】CN104894458
【申请号】CN201510302608
【发明人】邢桂生
【申请人】邢桂生
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月5日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种粉末冶金制备铁基复合材料的方法，尤其是涉及一种汽车用碳化硅颗粒增强铁基复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]粉末冶金是一种集材料与零件制备成形技术于一体的先进制造技术，具有节能、节材、高效、近净成形、无污染等优点。粉末冶金零部件的用量是衡量一个国家汽车发展水平的标志之一，同时也代表该国粉末冶金技术的发展水平。
[0003]近年来，我国粉末冶金制品生产企业加大研发投入，在产品稳定性和新产品开发等方面取得很大的进步，同国外发达国家的差距正在快速缩小。但是在产品稳定性和高端产品方面(如高性能预合金粉末制品等)，还存在较大的差距，不能满足我国粉末冶金的高速发展需求。
[0004]然而不容忽视的是铁基复合材料引入了铁这一廉价而又丰富的原材料，能在大范围内推广，如发动机零件等在高温、高速、耐磨损条件下运行的结构件，铁基复合材料更适合它们的工作需要，其性价比要高于铝基、镁基复合材料。所以从经济成木、实际应用效果两方而综合考虑.必须重视铁基复合材料的研宄。
[0005]基体和硬质颗粒共同决定了硬质相强化型材料的耐磨性能。作为硬质相颗粒可以是碳化物(WC、Mo2C、VC、NbC、Tie)、氧化物(Al2O3)、氮化物(TiN)等。Mo2C、WC、VC 可与 Fe-C基体发生反应生成新的碳化物硬质相。热力学稳定的NbC、TiN硬质相在烧结时不会发生反应，特别适合于制备铁基材料。Al2O3硬质相属于离子键结合，其外表面电子被束缚而带电，由于其难以被金属润湿，所以需添加粘结剂进行烧结。金属间化合物因其性质与基体差别小，且和基体界面的相容性好，也可用作硬质相材料。金属间化合物增强铁基粉末冶金材料是以含有Cr、Mo、N1、Co、W、V等合金元素的钢作为基体，并在此基体上添加Fe-Mo、Co-Mo-Si> Co-Cr-Mo-Si> Co-Mo> Cr-W等金属间化合物作为硬质相颗粒基体材料、硬质颗粒类型和烧结度是制备硬质相强化型铁基合金的关键因素。但是当基体和硬质颗粒之间的物化性质差别过于大的时候，硬质颗粒会剥落；而烧结温度过高，会造成硬质颗粒中的合金元素向基体中的扩散量增大，导致硬质颗粒减少，还会造成基体硬度、硬质相硬度以及基体和硬颗粒界面发生变化。例如:当硬质相中含有Mo、W等元素时，高温下会与基体中的C发生反应生成M6C型碳化物，降低了材料硬度。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的之一在于提出一种汽车用铁基复合材料的制备方法。
[0008]本发明的目的之二在于提出一种汽车用铁基复合材料。
[0009]具体通过如下技术手段实现:
一种汽车用铁基复合材料的制备方法，包括如下的步骤: (1)配料:称取以下重量份数的配料:4.5-7.0份的Mo粉，6.0-8.2份的Ni粉，10.5-17.5 份的 Cr 粉、2.15-2.65 份的 C 粉，1.5-1.8 份的 Nb 粉、2.0-2.5 份的稀土粉、1.0-1.2 份的 Ti 粉、7.5-8.5 份的 Cu 粉、3.15-4.25 份的 SiC 粉、100-120 份的 Fe 粉，所述粉末粒度均为250-400目，加入5-6重量份的润滑剂进行球磨混合，混合时间为2-8小时；得到混合粉末；
(2)压制:将所述步骤(I)制备的混合粉末在750-850Mpa的压力下压制；得到坯料；
(3)烧结:将所述步骤(2)制备的坯料进行三段烧结，第一段烧结:在还原性气氛中进行烧结，烧结温度1280-1310°C，烧结时间为l_2h，然后进行第二段烧结:烧结气氛为真空烧结，先对炉内抽真空，然后将炉内温度调整为1200-1230°C，烧结时间为1-2小时，之后进行第三段烧结:向炉内冲入氩气，使得压强达到10-15MPa，烧结温度为1150-1180°C，烧结时间为0.5-1.5h ；
(4)冷却:随炉冷却至室温；
(5)挤压:将坯料放入精整模内挤压；对挤压后的半成品进行局部切削、修整成形；
(6)热处理:将步骤(5)得到的坯料进行热处理，所述的热处理步骤为:将坯料快速加热到1100-1150°C，保温5-15min，然后水冷至460-490°C，保温l_2h，然后将坯料加热到600-800 0C，保温2-3h，然后随炉冷却200-220 °C，保温2_3h，然后空冷到室温得到车用铁基复合材料。
[0010]进一步地，所述稀土粉为La和/或Ce。
[0011]进一步地，所述润滑剂为硬脂酸锌。
[0012]汽车用铁基复合材料，采用上述任意一项方法制备得到。
[0013]本发明通过对制备过程中原料的选择，工艺参数的优化，如分段烧结制度的温度时间的选择、热处理制度的优化等，使得铁基复合材料也能代替铝基、镁基复合材料应用于汽车零部件上，另外，以碳化硅颗粒作为主要硬质相，能与基体良好结合，有效提高材料烧结及淬火后的力学性能，经淬火一回火热处理后，合金的硬度和强度有了较大提高。
【具体实施方式】
[0014]实施例1
一种汽车用铁基复合材料的制备方法，包括如下的步骤:(I)配料:称取以下重量份数的配料:4.65份的Mo粉，6.2份的Ni粉，13.45份的Cr粉、2.6份的C粉，1.72份的Nb粉、2.32份的La粉、1.1份的Ti粉、8.0份的Cu粉、3.75份的SiC粉、105份的Fe粉，所述粉末粒度均为300目，加入5.6重量份的硬脂酸锌进行球磨混合，混合时间为6小时；得到混合粉末；
(2)压制:将所述步骤⑴制备的混合粉末在SOOMpa的压力下压制；得到坯料；
(3)烧结:将所述步骤(2)制备的坯料进行三段烧结，第一段烧结:在还原性气氛中进行烧结，烧结温度1290°C，烧结时间为1.5h，然后进行第二段烧结:烧结气氛为真空烧结，先对炉内抽真空，然后将炉内温度调整为1220°C，烧结时间为1.2小时，之后进行第三段烧结:向炉内冲入氩气，使得压强达到14MPa，烧结温度为1165°C，烧结时间为Ih ；
(4)冷却:随炉冷却至室温；
(5)挤压:将坯料放入精整模内挤压；对挤压后的半成品进行局部切削、修整成形； (6)热处理:将步骤(5)得到的坯料进行热处理，所述的热处理步骤为:将坯料快速加热到1125°C，保温12min，然后水冷至475°C，保温1.5h，然后将坯料加热到675°C，保温2.4h，然后随炉冷却215°C，保温3h，然后空冷到室温得到车用铁基复合材料。
[0015]实施例2
一种汽车用铁基复合材料的制备方法，包括如下的步骤:
(1)配料:称取以下重量份数的配料:5.5份的Mo粉，7.7份的Ni粉，13.6份的Cr粉、2.5份的C粉，1.6份的Nb粉、2.1份的Ce和/或La粉、1.1份的Ti粉、7.9份的Cu粉、4.1份的SiC粉、110份的Fe粉，所述粉末粒度均为300目，加入5.8重量份的硬脂酸锌进行球磨混合，混合时间为5小时；得到混合粉末；
(2)压制:将所述步骤⑴制备的混合粉末在825Mpa的压力下压制；得到坯料；
(3)烧结:将所述步骤(2)制备的坯料进行三段烧结，第一段烧结:在还原性气氛中进行烧结，烧结温度1305°C，烧结时间为lh，然后进行第二段烧结:烧结气氛为真空烧结，先对炉内抽真空，然后将炉内温度调整为1205°C，烧结时间为I小时，之后进行第三段烧结:向炉内冲入氩气，使得压强达到13MPa，烧结温度为1175°C，烧结时间为0.8h ；
(4)冷却:随炉冷却至室温；
(5)挤压:将坯料放入精整模内挤压；对挤压后的半成品进行局部切削、修整成形；
(6)热处理:将步骤(5)得到的坯料进行热处理，所述的热处理步骤为:将坯料快速加热到1105°C，保温14min，然后水冷至475°C，保温1.8h，然后将坯料加热到670°C，保温2.5h，然后随炉冷却205°C，保温2.6h，然后空冷到室温得到车用铁基复合材料。
[0016]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1.一种汽车用SiC增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于: 包括如下的步骤: (1)配料:称取以下重量份数的配料:4.5-7.0份的Mo粉，6.0-8.2份的Ni粉，10.5-17.5 份的 Cr 粉、2.15-2.65 份的 C 粉，1.5-1.8 份的 Nb 粉、2.0-2.5 份的稀 土粉、1.0-1.2 份的 Ti 粉、7.5-8.5 份的 Cu 粉、3.15-4.25 份的 SiC 粉、100-120 份的 Fe 粉，所述粉末粒度均为250-400目，加入5-6重量份的润滑剂进行球磨混合，混合时间为2-8小时；得到混合粉末； (2)压制:将所述步骤(I)制备的混合粉末在750-850Mpa的压力下压制；得到坯料； (3)烧结:将所述步骤(2)制备的坯料进行三段烧结，第一段烧结:在还原性气氛中进行烧结，烧结温度1280-1310°C，烧结时间为l_2h，然后进行第二段烧结:烧结气氛为真空烧结，先对炉内抽真空，然后将炉内温度调整为1200-1230°C，烧结时间为1-2小时，之后进行第三段烧结:向炉内冲入氩气，使得压强达到10-15MPa，烧结温度为1150-1180°C，烧结时间为0.5-1.5h ； (4)冷却:随炉冷却至室温； (5)挤压:将坯料放入精整模内挤压；对挤压后的半成品进行局部切削、修整成形； (6)热处理:将步骤(5)得到的坯料进行热处理，所述的热处理步骤为:将坯料快速加热到1100-1150°C，保温5-15min，然后水冷至460-490°C，保温l_2h，然后将坯料加热到600-800 0C，保温2-3h，然后随炉冷却200-220 °C，保温2_3h，然后空冷到室温得到车用铁基复合材料。2.如权利要求1所述的汽车用铁基复合材料的制备方法，其特征在于:所述稀土粉为La和/或Ce。3.权利要求1-2所述的铁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸锌。4.汽车用铁基复合材料，采用上述任意一项权利要求制备得到。
【专利摘要】本发明涉及一种汽车用SiC增强铁基复合材料的制备方法，包括如下的步骤：(1)配料：称取以下重量份数的配料：4.5-7.0份的Mo粉，6.0-8.2份的Ni粉，10.5-17.5份的Cr粉、2.15-2.65份的C粉，1.5-1.8份的Nb粉、2.0-2.5份的稀土粉、1.0-1.2份的Ti粉、7.5-8.5份的Cu粉、3.15-4.25份的SiC粉、100-120份的Fe粉，所述粉末粒度均为250-400目，加入5-6重量份的润滑剂进行球磨混合，混合时间为2-8小时；得到混合粉末；(2)压制；(3)烧结；(4)冷却；(5)挤压；(6)热处理；空冷到室温得到车用铁基复合材料。通过对制备过程中原料的选择，工艺参数的优化，如分段烧结制度的温度时间的选择、热处理制度的优化等，使得铁基复合材料也能代替铝基、镁基复合材料应用于汽车零部件上。
【IPC分类】C22C38/50, C22C33/02
【公开号】CN104894458
【申请号】CN201510302608
【发明人】邢桂生
【申请人】邢桂生
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月5日
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