一種水霧化鐵銅合金粉末及製造方法

2023-05-08 01:38:46 3

專利名稱：一種水霧化鐵銅合金粉末及製造方法
技術領域：
本發明涉及粉末冶金技術領域，尤其涉及一種提高粉末冶金零件尺寸精度用水霧化鐵銅合金粉末及製造方法。
背景技術：
粉末冶金製品以金屬粉末或金屬與非金屬粉末混合物為原料，通常經壓製成形、 燒結和後續處理而成，具有少或無切削加工、表面光潔度好、節材、節能、適合於大批量生產等優點。高尺寸穩定性，無需整形和熱處理的低成本粉末冶金生產工藝是粉末冶金髮展的一個趨勢，如燒結硬化技術，正逐漸成為一種製備低成本、高性能粉末冶金鐵基結構零件的工藝方法，因燒結後不整形和熱處理，總體製造成本比需要進行熱處理的燒結低合金鋼降低約30%。尺寸控制是制約粉末冶金零件應用一個非常關鍵的因素，銅作為粉末冶金結構零件中一種不可或缺的添加元素，大部分粉末冶金結構零件都通過添加適量電解銅粉強化燒結，提高燒結零件的強度、硬度和耐磨性。而電解銅粉具有顆粒細小、粉末形貌呈不規則樹枝狀、比重較大等特徵，在粉末混合、移送操作或輸送等作業過程中易發生偏析，導致成分不均勻，使得燒結零件的尺寸和性能波動大，限制粉末冶金零件的應用和品質的提升。採用粉末冶金方式獲得的合金鋼粉品種多樣，由於成份組合差異，產品用途及製作方法都不相同，如專利公開號為CN1016^338A的一種鐵銅合金粉末及其製備方法，是採用工業原料級的草酸鐵粉和工業原料級的氧化銅粉為原料，經過高能球磨和氫氣還原後製得，該還原過程會因分解會產生有毒氣體一氧化碳，且製備費氏粒度小於1 μ m鐵銅合金粉末，粒度很細，目的在於提高材料的抗拉強度，不利於尺寸控制，添加量比例較高時， 細粉對模具損傷很大，不適用於高密度粉末冶金結構零件批量化生產。如專利公開號為 CN101850423A的一種高強自潤滑鐵銅粉末複合材料、其製備方法，特徵是複合材料由鐵合金基體和作為表層的銅合金層組成；鐵合金基體的材料成份Cu、C、Sn、1 、及狗；銅合金層的材料的成份是Ni、C、MoS2、Sn、i^、in3及Cu ；分別製備銅合金層溫壓粉末和鐵合金基體溫壓粉末；將溫壓粉末裝入模具後一次壓製成形為壓坯；壓坯在保護氣氛中燒結；燒結後的燒坯在模具中整形完成製備。該方案主要應用於密度要求低的自潤滑軸承，目的是提高複合材料的自潤滑性能。再如專利公開號為CN1012MM3A的一種鐵基黃銅粉末冶金材料及製備工藝，利用鐵和硫酸銅溶液的置換反應首先製得表面包覆銅的鐵銅粉，然後在鐵銅粉中加入金屬鋅粉，經熱處理擴散製得紅色、黃色、金黃色或青黃色的鐵基黃銅包覆粉，該粉末冶金材料由鐵、銅和鋅組成，銅為鐵粉重量的3-25%，鋅為銅重量的3-40%，其餘為鐵粉。 該方案採用溶液法，通過置換反應製備鐵基黃銅粉，該粉不能代替電解銅粉，作為高密度鐵基粉末冶金結構零件添加劑，因高密度鐵基粉末冶金結構零件中鋅為有害元素，應嚴格控制
發明內容
本發明的目的是為了解決電解銅粉因顆粒細小、粉末形貌呈不規則樹枝狀、比重較大等原因，在粉末混合、移送操作或輸送等作業過程中易發生偏析，導致成分不均勻的問題，提供一種成份組成合理，製取方法科學、用於提高粉末冶金零件尺寸精度的水霧化鐵銅合金粉末及製造方法。本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的一種提高粉末冶金零件尺寸精度用水霧化鐵銅合金粉末，其特徵是合金粉末的化學成份組成為C 0 0. 1%， Si :0 0. 3%,Mn :0. 05 0. 5%, P :0 0. 05，S :0 0. 05%, Cu :5 45%，其餘為鐵；合金粉末的粒度分布為> 150μπι :0 10%，150-106μπι :5 25%，106-75ym :10 40%，75-45ym 20 40%, 99. 9%。作為優選，所述的冶煉時造渣劑配方為按質量分數MgO為1 3%，CaF2為3 4%, CaO 彡 70%, SiO2 < 2%，粉末狀，粒度彡 100 μ m。作為優選，所述的還原步驟中混合均勻的毛粉置於鋼帶還原爐中還原，工藝要求是預熱區溫度範圍720 850°C，長度為6-6. 5米；還原高溫段900士20°C，長度為6_7米還原；露點< -35°C，分解氨氣流量50 100m7h，網帶速率200 MOmm/min，布料厚度 25士5_，冷卻水水溫小於50°C。本方案採用廢鐵和銅板熔煉合金化，並水霧化制粉，生產效率高、無汙染，可實現規模化、低成本生產；鐵銅完全合金化粉末的粒度組成較粗，可避免粒度過細損傷模具，且鐵銅合金粉作為添加劑非常利於燒結尺寸穩定性的控制。本發明的有益效果是作為Fe-Cu-C、Fe-Ni-Mo-Cu-C等系列含銅粉末冶金零件的銅元素添加劑，具有比電解銅粉更優異的燒結尺寸變化穩定性，利於燒結零件的尺寸精度控制。


圖1是本發明的一種添加i^eCu20A和電解銅粉對i^-2%Cu_0. 8%C燒結尺寸變化影響。圖2是本發明的一種添加i^eCu20A和電解銅粉對i^-2%Cu_0. 5%C燒結尺寸變化影響。
具體實施例方式下面結合附圖並通過實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。本實施例一種提高粉末冶金零件尺寸精度用水霧化鐵銅合金粉末，合金粉末的化學成份組成要求為:C :0 0. 1%, Si :0 0. 3%, Mn :0. 05 0. 5%, P :0 0. 05，S :0 0. 05%, Cu :5 45%，其餘為鐵；合金粉末的粒度分布要求是> 150μπι :0 10%，150-106μπι :5 25%, 106-75 μ m :10 40%, 75—45 μ m :20 40%, < 45 μ m :10 95%。製造方法包括以下步驟冶煉、水霧化、烘乾、還原、破碎。一、冶煉原料選擇低碳廢鋼，化學成分按質量百分比C=O. 3%，Mn=O. 63%， Si=O. 2%，S=O. 05%, P=O. 04%,表面無油，無汙漬低碳廢鋼；銅採用電解銅錠，銅質量分數 =99. 9%。將5噸廢鋼投入冶煉爐中，待爐內原料局部熔化形成熔池後，按^ig/t的量添加造渣劑，進行吹氧造渣，造渣完畢後，進行扒渣，並按照質量分數15%銅含量添加銅錠，待溫度達到1600°C，保溫5min。其中，造渣劑質量分數為MgO 2. 5%，CaF2為3%，Ca0=90%， SiO2=L 5%,粉末狀，粒度=100 μ m。二、打開高壓水泵，調整霧化壓力15MPa、水流量40 m3/h、噴射角40°，進行霧化。 水霧化工藝要求為，出鋼溫度1630°C、霧化開始溫度1620°C、霧化終點溫度1580°C、鋼水直徑40mm、鋼液霧化速度^g/s、霧化壓力20Mpa。三、將霧化桶中的粉漿進行兩步脫水，使粉漿含水質量分數為3%，隨後輸送至烘乾爐中烘乾獲取毛粉。粉末烘乾溫度控制在300°C，烘乾時間2小時。四、毛粉過80目標準篩，在IOt雙錐混料機中混合15分鐘，混料機轉速20轉/分鐘。將混合均勻的毛粉置於鋼帶還原爐中還原，製取粉餅。還原工藝條件是預熱區溫度範圍800°C，長度6米，還原高溫段900°C，長度7米還原，露點為_30°C，分解氨氣流量80 m3/ h，網帶速率230mm/min，布料厚度25mm，冷卻水水溫為40°C。五、將所得粉餅進行兩道粗破碎，三道細破碎，並過100目成品標準篩，在IOt雙錐混料機中混合15分鐘，混料機轉速20轉/分鐘。通過採樣，對本發明製備的水霧化鐵銅合金粉末的化學成分、工藝性能、粒度分布進行測定。表1為實施例鐵銅合金粉末成分參數
權利要求
1.一種水霧化鐵銅合金粉末，其特徵是合金粉末的化學成份組成為C 0 0. 1%，Si 0 0. 3%, Mn 0. 05 0. 5%, P :0 0. 05，S :0 0. 05%, Cu :5 45%，其餘為鐵；合金粉末的粒度分布為> 150μπι :0 10%，150-106μπι :5 25%，106-75ym :10 40%，75-45ym 20 40%, < 45 μ m 10 95%。
2.—種權利要求1所述的水霧化鐵銅合金粉末的製造方法，其特徵在於包括以下步驟包括冶煉、水霧化、烘乾、還原、破碎；①、冶煉將原料鋼投入冶煉爐中，待爐內原料局部熔化形成熔池後，添加0.5 3kg/ t造渣劑，進行吹氧造渣，待造渣完畢後，進行扒渣，並按照質量分數5 45%銅含量添加銅錠，待溫度達到1570 1640°C，保溫^iiin ；②、水霧化打開高壓水泵，調整霧化壓力8 20MPa、水流量35 45m3/h、噴射角40士 1°，進行霧化；水霧化工藝為出鋼溫度1570 1640°C、霧化開始溫度1550 1620°C、霧化終點溫度1520 1580°C、鋼水直徑35 40mm、鋼液霧化速度4 ^ig/s、霧化壓力5 30Mpa ；③、烘乾將霧化桶中的粉漿進行脫水，使得粉漿含水質量分數小於5%，然後輸送至烘乾爐中烘乾獲得毛粉；粉末烘乾溫度控制在200 450°C，烘乾時間2h±15min ；④、還原先將毛粉過80目標準篩，在混料機中混合15分鐘，混料機轉速15 30r/ min,再將混合均勻的毛粉置於還原爐中進行還原，製取粉餅；⑤、破碎將粉餅進行若干道粗破碎和若干道細破碎，並過100目成品標準篩，在混料機中混合15分鐘，混料機轉速15 30轉/分鐘。
3.根據權利要求2所述的一種水霧化鐵銅合金粉末的製造方法，其特徵在於所述的冶煉時的原料鋼為低碳廢鋼，化學成分按質量百分比C彡0. 3%，Mn彡0. 65%，Si彡0. 05%, S^O. 05%, P^O. 045%,表面無油，無汙漬低碳廢鋼；銅採用電解銅錠，銅質量分數≥ 99. 9%ο
4.根據權利要求2或3所述的一種水霧化鐵銅合金粉末的製造方法，其特徵在於所述冶煉時造渣劑配方為按質量分數MgO為1 3%，CaF2為3 4%，CaO彡70%, SiO2 < 2%， 粉末狀，粒度< 100 μ m。
5.根據權利要求2或3所述的一種水霧化鐵銅合金粉末的製造方法，其特徵在於所述的還原步驟中混合均勻的毛粉置於鋼帶還原爐中還原，工藝要求是預熱區溫度範圍 720 850°C，長度為6-6. 5米；還原高溫段900士20°C，長度為6_7米還原；露點< -;35°C， 分解氨氣流量50 100m7h，網帶速率200 MOmm/min，布料厚度25 士 5mm，冷卻水水溫小於 50 0C ο
全文摘要
本發明涉及粉末冶金技術領域，尤其涉及一種水霧化鐵銅合金粉末及製造方法，提供一種用於提高粉末冶金零件尺寸精度的水霧化鐵銅合金粉末及製造方法，化學成份組成為C0～0.1%，Si0～0.3%，Mn0.05～0.5%，P0～0.05，S0～0.05%，Cu5～45%，其餘為鐵；製造方法包括以下步驟包括冶煉、水霧化、烘乾、還原、破碎；作為Fe-Cu-C、Fe-Ni-Mo-Cu-C等系列含銅粉末冶金零件的銅元素添加劑，具有比電解銅粉更優異的燒結尺寸變化穩定性，利於燒結零件的尺寸精度控制。
文檔編號B22F9/08GK102554216SQ201210025270
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月7日 優先權日2012年2月7日
發明者佔建偉, 崔毅, 林俊峰 申請人:建德市易通金屬粉材有限公司