用于制造鋼成型體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造鋼成型體、尤其是例如用于共軌噴射閥的構(gòu)件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼毛坯可借助熔化冶金方法制造。在此，在煉鋼車間中由生鐵通過所謂LD途徑或由廢鐵通過所謂電爐途徑融化成原始材料并且在熔液狀態(tài)調(diào)整到希望的組分。接著，這樣的鋼毛坯在連續(xù)鑄造設(shè)備中被連續(xù)地澆鑄為預(yù)制材料，然后，所述預(yù)制材料在乳制車間中通過熱機(jī)械式乳制在具有或沒有接著有目的地進(jìn)行的熱處理的情況下乳制成棒鋼，所述棒鋼然后用作相應(yīng)構(gòu)件的切削加工的原始材料。
[0003]可用以制造金屬構(gòu)件的近凈成形制造工藝作為粉末冶金制造方法已知。在此涉及金屬粉末的壓制和后續(xù)的燒結(jié)，或也涉及所謂熱等靜壓。所謂金屬粉末注射成型Μ頂(MetalInject1n Molding)是一種特殊形式。在此，相應(yīng)于所期望的目標(biāo)組分預(yù)先合金化的金屬粉末用作原始基體。
[0004]由EP 1 268 105 B1已知一種用于制造金屬體的方法。在此，金屬化合物顆粒與結(jié)合劑混合并壓制成成型件。然后去除結(jié)合劑并通過以還原性氣體通氣在更高的溫度中將金屬化合物還原為金屬，其中，在溫度低于被還原的金屬化合物的燒結(jié)溫度的情況下實(shí)施還原并使用由可去除的成分和穩(wěn)定的成分組成的結(jié)合劑混合物，然后將可去除的成分脫去；接著在氧化氛圍中對(duì)成型體加載以550°C到950°C之間的溫度，由此使穩(wěn)定的結(jié)合劑部分轉(zhuǎn)化為氣態(tài)分解產(chǎn)物并從基體去除，然后將成型體在含碳的氛圍中預(yù)還原并接著以含氫的氣體中再還原。然而該現(xiàn)有技術(shù)沒有明確針對(duì)本身具有突出的強(qiáng)度的、貝氏體構(gòu)成的鋼成型體的制造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]具有權(quán)利要求1的特征的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)，通過預(yù)先確定的用于鋼成型體的粉狀原始組分，優(yōu)選可在后面的過程步驟中調(diào)整到貝氏體相，所述原始組分以氧化鐵(例如(Fe302))以及氧化物顆粒和微量合金元素的混合為出發(fā)點(diǎn)。由此，借助粉末注射成型實(shí)現(xiàn)用于制造粉末冶金的鋼成型體的近凈成形方法，該鋼成型體的材料特性相當(dāng)于傳統(tǒng)生產(chǎn)的高強(qiáng)度鋼的材料特性。此外，根據(jù)本發(fā)明方法產(chǎn)生的鋼成型體的特點(diǎn)是，該鋼成型體由于其化學(xué)組分而是相變惰性的，使得在空冷時(shí)也構(gòu)成具有有利的機(jī)械特性的貝氏體組織。因此相應(yīng)于從約1100到1600MPa范圍內(nèi)的相對(duì)高的機(jī)械強(qiáng)度或者說靜態(tài)強(qiáng)度和與之伴隨的高延展性，該高延展性通過10%到15%之間的均勻應(yīng)變來體現(xiàn)。基于材料特性，根據(jù)本發(fā)明的方法適合于天然承受高負(fù)荷的構(gòu)件，尤其用于共軌噴射閥的構(gòu)件，然而也適合于制造其他承受周期性負(fù)荷的構(gòu)件。此外，與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過所述近凈成形方法有利地可以降低成本地減少例如由于切削造成的再加工耗費(fèi)。
[0006]本發(fā)明的進(jìn)一步的有利擴(kuò)展和方案通過在從屬權(quán)利要求中列舉的措施得知。
[0007]根據(jù)本發(fā)明方法的一種優(yōu)選方案，粉末狀組分的氧化物顆粒具有含量為約0.8%到1.9%的錳、含量為約0.3%到1.5%的硅、含量為約0.1%到1.8%的鉻、含量為約0.2%到1.5%的鎳和含量為約0.1%到0.5%的鉬作為元素組成部分并且與氧化鐵基體共同形成原始材料的基本組分，由此可在接著的工藝步驟中獲得貝氏體組織。添加的微量合金元素在此具有含量為0.01 %到0.04%的鋁、和/或含量小于等于0.0025%的硼和/或含量為0.05%到0.20%的釩。根據(jù)本發(fā)明的方法的一種方案變型可在于，借助過程氣體、優(yōu)選通過一氧化碳進(jìn)行碳的添加。根據(jù)另一種方案變型，碳的添加可通過混入石墨和/或碳化物來進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的方法的一種變化，可借助含碳?xì)浠衔锏慕Y(jié)合劑進(jìn)行碳的添加，其中，在該情況下在根據(jù)本發(fā)明的方法中設(shè)定一跟隨在燒結(jié)之后的工藝步驟，用于成型體的脫脂。
[0008]本發(fā)明方法的一種導(dǎo)致成型體的固有強(qiáng)度提高的有利改進(jìn)方案在于，給在氧化鐵基礎(chǔ)上構(gòu)成的組分混入形成碳化物的元素，其中，所述形成碳化物的元素包括含量為約0.01%到0.03%的鈦和/或含量為約0.01%到0.04%的鈮。
[0009]根據(jù)本發(fā)明方法的一種實(shí)施變型，將極細(xì)粒的氧化物陶瓷顆?；烊氲椒勰罱M分中，其中，所述氧化物陶瓷顆粒由氧化鋯、氧化硅、氧化鋁、氧化釔、氮化硅、碳化硅組中的一種或多種形成。由此可提高在本發(fā)明方法結(jié)束時(shí)構(gòu)成的成型體的靜態(tài)強(qiáng)度。
【附圖說明】
[0010]在后面的說明書中和在附圖中詳細(xì)解釋本發(fā)明的實(shí)施例。附圖以示意圖示出:
[0011]圖1用于說明本發(fā)明方法的作用機(jī)理的曲線圖，其中，示出不同狀態(tài)區(qū)域的相對(duì)于時(shí)間上的冷卻行為的溫度走向，
[0012]圖2 —種按照本發(fā)明方法制造的組織的極其示意性的視圖，該組織由帶有小體積分量的鐵素體和珠光體的極細(xì)粒貝氏體構(gòu)成；
[0013]圖3 —種按照本發(fā)明方法制造的組織的極其示意性的視圖，該組織由極細(xì)粒貝氏體和微細(xì)析出的碳化物構(gòu)成；和
[0014]圖4 一種按照本發(fā)明方法制造的組織的極其示意性的視圖，該組織由極細(xì)粒貝氏體和非金屬氧化物顆粒以及極細(xì)粒碳化物構(gòu)成。
【具體實(shí)施方式】
[0015]圖1借助示意性的狀態(tài)曲線圖10示出本發(fā)明方法的作用原理。在該狀態(tài)曲線圖的縱坐標(biāo)軸上相對(duì)于在橫坐標(biāo)軸上延伸的冷卻時(shí)間繪出鋼的主要狀態(tài)區(qū)域的溫度走向。在狀態(tài)曲線圖10的上方溫度區(qū)域中示出鐵素體-珠光體狀態(tài)區(qū)域11，在中間溫度區(qū)域中示出貝氏體狀態(tài)區(qū)域12并且在下方溫度區(qū)域中示出馬氏體狀態(tài)區(qū)域13。本發(fā)明的作用機(jī)理在于，從氧化鐵基體、例如Fe302出發(fā)，通過添加金屬氧化物如氧化鎳和氧化鉬以及添加金屬粉末如鉻來形成粉末狀的組分，在該粉末狀組分的情況下，在燒結(jié)時(shí)從奧氏體到鐵素體-珠光體狀態(tài)區(qū)域11的相變被抑制或至少被推遲這么長(zhǎng)的冷卻時(shí)間:使得在從燒結(jié)溫度到室溫的緩慢冷卻速度下也優(yōu)選構(gòu)成貝氏體。為此，通過添加合金元素如鉻(Cr)、錳(Mn)、鉬(Mo)、鎳(Ni)和附加地添加微量合金元素如鈦(Ti)、釩(V)和/或硼(B)，使貝氏體狀態(tài)區(qū)域12既在溫度軸T上也在時(shí)間軸t上擴(kuò)寬，其中，鐵素體-珠光體狀態(tài)區(qū)域11由于合金元素的添加而在狀態(tài)曲線圖10中向右、即朝向更長(zhǎng)的冷卻時(shí)間t移動(dòng)，并且，馬氏體狀態(tài)區(qū)域13在狀態(tài)曲線圖10中向下、即向更低的溫度移動(dòng)。由此根據(jù)本發(fā)明可能的是，產(chǎn)生所謂的相變惰性材料，該材料不再以馬氏體構(gòu)成，而是以貝氏體構(gòu)成。附加地，根據(jù)本發(fā)明，微量合金元素和鋁與碳和/或氮一起構(gòu)成極微小的析出物，其阻止燒結(jié)期間的晶粒生長(zhǎng)并進(jìn)而導(dǎo)致極細(xì)粒的結(jié)構(gòu)。
[0016]為此所需的基本組分以氧化鐵基體為出發(fā)點(diǎn)包括0.8%到1.9%的錳含量、約0.2%到1.5%的硅含量、0.1%到1.2%的鉻含量、0.2%到1.5%的鎳含量為和約0.1%到
0.5%的鉬含量。
[0017]這些金屬粉末可以作為預(yù)合金例如鐵錳或鐵鈦來混合。
[0018]圖2示出本發(fā)明的第一實(shí)施例。在此涉及貝氏體組織100，其由貝氏體晶粒101和占很小份額的鐵素體/珠光體晶粒102構(gòu)成，在晶界上具有小的、極細(xì)的析出物103。組織100極細(xì)粒地構(gòu)成，其中，貝氏體晶粒101具有明顯小于20微米的貝