一種汽車(chē)用SiC增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種粉末冶金制備鐵基復(fù)合材料的方法，尤其是涉及一種汽車(chē)用碳化硅顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]粉末冶金是一種集材料與零件制備成形技術(shù)于一體的先進(jìn)制造技術(shù)，具有節(jié)能、節(jié)材、高效、近凈成形、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。粉末冶金零部件的用量是衡量一個(gè)國(guó)家汽車(chē)發(fā)展水平的標(biāo)志之一，同時(shí)也代表該國(guó)粉末冶金技術(shù)的發(fā)展水平。
[0003]近年來(lái)，我國(guó)粉末冶金制品生產(chǎn)企業(yè)加大研發(fā)投入，在產(chǎn)品穩(wěn)定性和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等方面取得很大的進(jìn)步，同國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的差距正在快速縮小。但是在產(chǎn)品穩(wěn)定性和高端產(chǎn)品方面(如高性能預(yù)合金粉末制品等)，還存在較大的差距，不能滿足我國(guó)粉末冶金的高速發(fā)展需求。
[0004]然而不容忽視的是鐵基復(fù)合材料引入了鐵這一廉價(jià)而又豐富的原材料，能在大范圍內(nèi)推廣，如發(fā)動(dòng)機(jī)零件等在高溫、高速、耐磨損條件下運(yùn)行的結(jié)構(gòu)件，鐵基復(fù)合材料更適合它們的工作需要，其性?xún)r(jià)比要高于鋁基、鎂基復(fù)合材料。所以從經(jīng)濟(jì)成木、實(shí)際應(yīng)用效果兩方而綜合考慮.必須重視鐵基復(fù)合材料的研宄。
[0005]基體和硬質(zhì)顆粒共同決定了硬質(zhì)相強(qiáng)化型材料的耐磨性能。作為硬質(zhì)相顆?？梢允翘蓟?WC、Mo2C、VC、NbC、Tie)、氧化物(Al2O3)、氮化物(TiN)等。Mo2C、WC、VC 可與 Fe-C基體發(fā)生反應(yīng)生成新的碳化物硬質(zhì)相。熱力學(xué)穩(wěn)定的NbC、TiN硬質(zhì)相在燒結(jié)時(shí)不會(huì)發(fā)生反應(yīng)，特別適合于制備鐵基材料。Al2O3硬質(zhì)相屬于離子鍵結(jié)合，其外表面電子被束縛而帶電，由于其難以被金屬潤(rùn)濕，所以需添加粘結(jié)劑進(jìn)行燒結(jié)。金屬間化合物因其性質(zhì)與基體差別小，且和基體界面的相容性好，也可用作硬質(zhì)相材料。金屬間化合物增強(qiáng)鐵基粉末冶金材料是以含有Cr、Mo、N1、Co、W、V等合金元素的鋼作為基體，并在此基體上添加Fe-Mo、Co-Mo-Si> Co-Cr-Mo-Si> Co-Mo> Cr-W等金屬間化合物作為硬質(zhì)相顆?；w材料、硬質(zhì)顆粒類(lèi)型和燒結(jié)度是制備硬質(zhì)相強(qiáng)化型鐵基合金的關(guān)鍵因素。但是當(dāng)基體和硬質(zhì)顆粒之間的物化性質(zhì)差別過(guò)于大的時(shí)候，硬質(zhì)顆粒會(huì)剝落；而燒結(jié)溫度過(guò)高，會(huì)造成硬質(zhì)顆粒中的合金元素向基體中的擴(kuò)散量增大，導(dǎo)致硬質(zhì)顆粒減少，還會(huì)造成基體硬度、硬質(zhì)相硬度以及基體和硬顆粒界面發(fā)生變化。例如:當(dāng)硬質(zhì)相中含有Mo、W等元素時(shí)，高溫下會(huì)與基體中的C發(fā)生反應(yīng)生成M6C型碳化物，降低了材料硬度。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的之一在于提出一種汽車(chē)用鐵基復(fù)合材料的制備方法。
[0008]本發(fā)明的目的之二在于提出一種汽車(chē)用鐵基復(fù)合材料。
[0009]具體通過(guò)如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn):
一種汽車(chē)用鐵基復(fù)合材料的制備方法，包括如下的步驟: (1)配料:稱(chēng)取以下重量份數(shù)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，所述粉末粒度均為250-400目，加入5-6重量份的潤(rùn)滑劑進(jìn)行球磨混合，混合時(shí)間為2-8小時(shí)；得到混合粉末；
(2)壓制:將所述步驟(I)制備的混合粉末在750-850Mpa的壓力下壓制；得到坯料；
(3)燒結(jié):將所述步驟(2)制備的坯料進(jìn)行三段燒結(jié)，第一段燒結(jié):在還原性氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1280-1310°C，燒結(jié)時(shí)間為l_2h，然后進(jìn)行第二段燒結(jié):燒結(jié)氣氛為真空燒結(jié)，先對(duì)爐內(nèi)抽真空，然后將爐內(nèi)溫度調(diào)整為1200-1230°C，燒結(jié)時(shí)間為1-2小時(shí)，之后進(jìn)行第三段燒結(jié):向爐內(nèi)沖入氬氣，使得壓強(qiáng)達(dá)到10-15MPa，燒結(jié)溫度為1150-1180°C，燒結(jié)時(shí)間為0.5-1.5h ；
(4)冷卻:隨爐冷卻至室溫；
(5)擠壓:將坯料放入精整模內(nèi)擠壓；對(duì)擠壓后的半成品進(jìn)行局部切削、修整成形；
(6)熱處理:將步驟(5)得到的坯料進(jìn)行熱處理，所述的熱處理步驟為:將坯料快速加熱到1100-1150°C，保溫5-15min，然后水冷至460-490°C，保溫l_2h，然后將坯料加熱到600-800 0C，保溫2-3h，然后隨爐冷卻200-220 °C，保溫2_3h，然后空冷到室溫得到車(chē)用鐵基復(fù)合材料。
[0010]進(jìn)一步地，所述稀土粉為L(zhǎng)a和/或Ce。
[0011]進(jìn)一步地，所述潤(rùn)滑劑為硬脂酸鋅。
[0012]汽車(chē)用鐵基復(fù)合材料，采用上述任意一項(xiàng)方法制備得到。
[0013]本發(fā)明通過(guò)對(duì)制備過(guò)程中原料的選擇，工藝參數(shù)的優(yōu)化，如分段燒結(jié)制度的溫度時(shí)間的選擇、熱處理制度的優(yōu)化等，使得鐵基復(fù)合材料也能代替鋁基、鎂基復(fù)合材料應(yīng)用于汽車(chē)零部件上，另外，以碳化硅顆粒作為主要硬質(zhì)相，能與基體良好結(jié)合，有效提高材料燒結(jié)及淬火后的力學(xué)性能，經(jīng)淬火一回火熱處理后，合金的硬度和強(qiáng)度有了較大提高。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1
一種汽車(chē)用鐵基復(fù)合材料的制備方法，包括如下的步驟:(I)配料:稱(chēng)取以下重量份數(shù)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，所述粉末粒度均為300目，加入5.6重量份的硬脂酸鋅進(jìn)行球磨混合，混合時(shí)間為6小時(shí)；得到混合粉末；
(2)壓制:將所述步驟⑴制備的混合粉末在SOOMpa的壓力下壓制；得到坯料；
(3)燒結(jié):將所述步驟(2)制備的坯料進(jìn)行三段燒結(jié)，第一段燒結(jié):在還原性氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1290°C，燒結(jié)時(shí)間為1.5h，然后進(jìn)行第二段燒結(jié):燒結(jié)氣氛為真空燒結(jié)，先對(duì)爐內(nèi)抽真空，然后將爐內(nèi)溫度調(diào)整為1220°C，燒結(jié)時(shí)間為1.2小時(shí)，之后進(jìn)行第三段燒結(jié):向爐內(nèi)沖入氬氣，使得壓強(qiáng)達(dá)到14MPa，燒結(jié)溫度為1165°C，燒結(jié)時(shí)間為Ih ；
(4)冷卻:隨爐冷卻至室溫；
(5)擠壓:將坯料放入精整模內(nèi)擠壓；對(duì)擠壓后的半成品進(jìn)行局部切削、修整成形； (6)熱處理:將步驟(5)得到的坯料進(jìn)行熱處理，所述的熱處理步驟為:將坯料快速加熱到1125°C，保溫12min，然后水冷至475°C，保溫1.5h，然后將坯料加熱到675°C，保溫2.4h，然后隨爐冷卻215°C，保溫3h，然后空冷到室溫得到車(chē)用鐵基復(fù)合材料。
[0015]實(shí)施例2
一種汽車(chē)用鐵基復(fù)合材料的制備方法，包括如下的步驟:
(1)配料:稱(chēng)取以下重量份數(shù)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，所述粉末粒度均為300目，加入5.8重量份的硬脂酸鋅進(jìn)行球磨混合，混合時(shí)間為5小時(shí)；得到混合粉末；
(2)壓制:將所述步驟⑴制備的混合粉末在825Mpa的壓力下壓制；得到坯料；
(3)燒結(jié):將所述步驟(2)制備的坯料進(jìn)行三段燒結(jié)，第一段燒結(jié):在還原性氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1305°C，燒結(jié)時(shí)間為lh，然后進(jìn)行第二段燒結(jié):燒結(jié)氣氛為真空燒結(jié)，先對(duì)爐內(nèi)抽真空，然后將爐內(nèi)溫度調(diào)整為1205°C，燒結(jié)時(shí)間為I小時(shí)，之后進(jìn)行第三段燒結(jié):向爐內(nèi)沖入氬氣，使得壓強(qiáng)達(dá)到13MPa，燒結(jié)溫度為1175°C，燒結(jié)時(shí)間為0.8h ；
(4)冷卻:隨爐冷卻至室溫；
(5)擠壓:將坯料放入精整模內(nèi)擠壓；對(duì)擠壓后的半成品進(jìn)行局部切削、修整成形；
(6)熱處理:將步驟(5)得到的坯料進(jìn)行熱處理，所述的熱處理步驟為:將坯料快速加熱到1105°C，保溫14min，然后水冷至475°C，保溫1.8h，然后將坯料加熱到670°C，保溫2.5h，然后隨爐冷卻205°C，保溫2.6h，然后空冷到室溫得到車(chē)用鐵基復(fù)合材料。
[0016]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種汽車(chē)用SiC增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于: 包括如下的步驟: (1)配料:稱(chēng)取以下重量份數(shù)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，所述粉末粒度均為250-400目，加入5-6重量份的潤(rùn)滑劑進(jìn)行球磨混合，混合時(shí)間為2-8小時(shí)；得到混合粉末； (2)壓制:將所述步驟(I)制備的混合粉末在750-850Mpa的壓力下壓制；得到坯料； (3)燒結(jié):將所述步驟(2)制備的坯料進(jìn)行三段燒結(jié)，第一段燒結(jié):在還原性氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1280-1310°C，燒結(jié)時(shí)間為l_2h，然后進(jìn)行第二段燒結(jié):燒結(jié)氣氛為真空燒結(jié)，先對(duì)爐內(nèi)抽真空，然后將爐內(nèi)溫度調(diào)整為1200-1230°C，燒結(jié)時(shí)間為1-2小時(shí)，之后進(jìn)行第三段燒結(jié):向爐內(nèi)沖入氬氣，使得壓強(qiáng)達(dá)到10-15MPa，燒結(jié)溫度為1150-1180°C，燒結(jié)時(shí)間為0.5-1.5h ； (4)冷卻:隨爐冷卻至室溫； (5)擠壓:將坯料放入精整模內(nèi)擠壓；對(duì)擠壓后的半成品進(jìn)行局部切削、修整成形； (6)熱處理:將步驟(5)得到的坯料進(jìn)行熱處理，所述的熱處理步驟為:將坯料快速加熱到1100-1150°C，保溫5-15min，然后水冷至460-490°C，保溫l_2h，然后將坯料加熱到600-800 0C，保溫2-3h，然后隨爐冷卻200-220 °C，保溫2_3h，然后空冷到室溫得到車(chē)用鐵基復(fù)合材料。2.如權(quán)利要求1所述的汽車(chē)用鐵基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述稀土粉為L(zhǎng)a和/或Ce。3.權(quán)利要求1-2所述的鐵基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述潤(rùn)滑劑為硬脂酸鋅。4.汽車(chē)用鐵基復(fù)合材料，采用上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求制備得到。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種汽車(chē)用SiC增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料的制備方法，包括如下的步驟：(1)配料：稱(chēng)取以下重量份數(shù)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，所述粉末粒度均為250-400目，加入5-6重量份的潤(rùn)滑劑進(jìn)行球磨混合，混合時(shí)間為2-8小時(shí)；得到混合粉末；(2)壓制；(3)燒結(jié)；(4)冷卻；(5)擠壓；(6)熱處理；空冷到室溫得到車(chē)用鐵基復(fù)合材料。通過(guò)對(duì)制備過(guò)程中原料的選擇，工藝參數(shù)的優(yōu)化，如分段燒結(jié)制度的溫度時(shí)間的選擇、熱處理制度的優(yōu)化等，使得鐵基復(fù)合材料也能代替鋁基、鎂基復(fù)合材料應(yīng)用于汽車(chē)零部件上。
【IPC分類(lèi)】C22C38/50, C22C33/02
【公開(kāi)號(hào)】CN104894458
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510302608
【發(fā)明人】邢桂生
【申請(qǐng)人】邢桂生
【公開(kāi)日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年6月5日