由高合金钢粉生产烧结坯块的工艺
专利汇可以提供由高合金钢粉生产烧结坯块的工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本工艺用于由高 合金 钢 粉末生产 烧结 坯 块 。在该工艺中钢粉被加热到烧结 温度 并保持该烧 结温 度到预定时间，然后使所形成的烧结坯块冷却。本工艺的目的是在尽可能低的温度下生产一种尤其在高达600℃的温度范围具有良好机械性能和化学性能的高 密度 烧结坯块，通过在 马 氏体钢粉末中添加元素形式或化合物形式的 硼 作为烧结助剂并且在烧结之前使添加的硼均匀分散在该钢粉中就达到了本工艺的目的。，下面是由高合金钢粉生产烧结坯块的工艺专利的具体信息内容。
1.由高合金钢粉末生产烧结坯块的工艺，在该工艺中钢粉被加热到烧结温度，并保持该烧结温度到预定的时间，然后使所形成的烧结坯块冷却，其特征在于把呈元素形式或呈化合物形式的硼添加到马氏体钢粉中作为烧结助剂而且所添加的硼在烧结之前均匀地分散在该钢粉中。
2.按照权利要求1的工艺，其特征在于硼是以粉末形式添加的，而且在烧结之前钢粉和含硼粉末被碾磨在一起。
3.按照权利要求1的工艺，其特征在于硼是在钢粉生产时用雾化法添加的。
4.按照权利要求1至3中任一项的工艺，其特征在于至多添加0.3%（重量）的硼。
5.按照权利要求3的工艺，其特征在于较好是添加0.1-0.2（重量）的硼。
6.按照权利要求1至5中任一项的工艺，其特征在于在钢粉中除了硼之外，还添加至多0.1%（重量），较好约0.05%（重量）的碳。
7.按照权利要求1至5中任一项的工艺，其特征在于烧结操作至少是暂时在真空下进行。
8.按照权利要求7的工艺，其特征在于在钢粉中微孔封闭之后，在气体气氛中较好在含有氩气的气氛中完成烧结。
9.按照权利要求8的工艺，其特征在于所用的钢粉是型号为X20CrMoV121的铬钢。
10.按照权利要求9的工艺，其特征在于烧结是在约1300-1380℃进行的。
本发明基于由高合金钢粉末生产烧结坯块的工艺。在此工艺中，钢粉被加热到烧结温度，并保持该烧结温度到预定的时间，然后使所形成的烧结坯块冷却。
本发明参考了先有技术，例如在《金属手册》（Metals Handbook）第九版第7卷《粉末冶金》（Powder Metallurgy）第360-361页中所指出的先有技术。在该先有技术中描述了一种生产烧结坯块的工艺，其中在接近所用钢粉熔点的温度下将预压坯钢粉得到的生坯块压实以获得一种烧结坯块。为了得到一种压实到假想的100%的理论上可达到密度的烧结坯块，通常需要采用热等静压法对该烧结坯块进行后压坯。但是，烧结和热等静压所要求的高温和长时间一方面会引起钢粉脱碳，因而使其机械性能和化学性能产生相当大的变化，另一方面，会使粒度快速增大从而产生对该烧结坯块标的性能所不理想的结构。
在《粉末冶金进展》（Progress in Powder Metallurgy）第42卷（1986），267-281页中也叙述了硼是铁粉的烧结助剂。这是由于如下事实：极少量的硼溶解于铁中以及在铁粉细粒的边界形成了会影响铁粉改进烧结的含有FeB或FeB2的液相。
从P.Ernst的论文《Effecf of boron on the mechanical properties of modified 12% chromium steels》（硼对改进的12%铬钢机械性能的影响）ETH NO.8596（1988）也可得知少量的硼能显著改善浇铸抗蠕变铬钢的蠕变性能。
如专利权利要求1所定义的本发明所依据的目的是指出一种由高合金钢粉生产烧结坯块的工艺，该工艺可在尽可能低的温度下生产出具有良好机械性能和化学性能的高密度烧结坯块，尤其在高达600℃的温度范围时。
按照本发明的工艺的特征在于基于高合金马氏体钢粉的极密实的烧结坯块可通过比较容易实施的技术措施来生产。就其机械性能和化学性能而言，尤其在高达600℃的温度范围时，这些烧结坯块可以和按照先有技术方法生产的烧结坯块相比较，然而，它们在其后也必须进行热等静压以便达到相应的密度。本发明的工艺是基于如下的发现：在钢粉中添加硼可以在比较低的温度下产生一种极密实的烧结坯块而无需进行其后的热等静压步骤，尤其是，如果所添加的硼在烧结之前均匀地分布于该钢粉中的话，更是如此。此外，现已发现，采用这种工艺时，尽管存在具有较高分压的合金成分，例如铬或锰，然而在烧结过程中钢粉的化学组成不会发生变化。
下面借助附图来说明本发明的一个较好的说明性的具体实施方案。
附图说明
用于生产这两种烧结坯块A和B的起始合金是型号为SS422的高合金钢粉，按德国的名称为X20 CrMoV121，较好是在一种气体气氛中用雾化法生产的。这种钢粉的化学组成如下：成分 含量%（重量）C 0.19Cr 13.30Mo 1.02V 0.31Mn 0.32Ni 0.63Si 0.35Fe 其余磷、硫、氧和氮的含量在每种情况下都小于0.05%（重量）。
这种合金的结构以马氏体占优势，并含少量比例的δ-铁素体和奥氏体。粉末颗粒的平均粒度为小于25微米。由这种材料生产的铸件的特点是在约500℃经热处理后其0.2蠕变极限高达约1200兆帕，在700℃经热处后在高达600℃的温度下具有高的抗蠕变性。由于铬含量高，这种合金非常耐腐蚀，因而特别适用于制造暴露于高温的耐腐蚀部件，例如，特别是蒸汽透平机的叶片。
机械性能和化学性能相当的，但组成稍有不同，如铬含量在10-15%之间的合金也可用来代替上述合金，用于按本发明的工艺生产烧结坯块。
除了钢粉之外，含硼的粉末也可用作起始材料。这种粉末可包含元素硼和/或硼化合物，例如，特别是硼化铁。其平均粒度例如可以约为1微米，但也可有利地选择较大的粒度。尤其如果要使钢粉和含硼粉末比较快地互相混合，而含硼颗粒又不致产生结块的话，具有较大颗粒，例如尺寸为10或20微米颗粒的粉末是有利的。在含硼粉末的颗粒较小的情况下，在混合过程中将含硼粉末与钢粉碾磨在一起是有利的，因为这样做可以避免含硼颗粒的结块从而达到含硼颗粒在钢粉中的均匀分布。通过雾化，特别是在一种气体气氛中雾化把硼加入到钢粉中也是非常可取的，因为这样就可以使硼在钢粉中的分布特别均匀，此外，还可以完全排除引入杂质的危险。这种雾化可以特别有利地与钢粉生产合并进行，如果该钢粉是由起始合金的雾化来生产的话。
又一种可以使用的原料是粒度小于150微米的石墨粉。如果在雾化过程中起始合金不含碳或仅含极少量碳的话，这是特别有利的。
将至少99.5%（重量）钢粉、至多0.3%，较好0.1-0.2%（重量）含硼粉末和至多0.1%，较好0.05%（重量）石墨粉置于一混合机中一起旋转约30分钟。然后将该混合物分批（每批约25克粉末）装进尺寸为约50×15×15（毫米）的长方形模具中。将松散地倒入了粉末的填充模具引入到装有一根镍钢管的烧结炉中供预烧结用。将处于大气压之下且最好含有氩气的一种烧结气体送进炉中。将装有这些模具的烧结炉以每分钟约5℃的速率加热到约1000℃，并保持此温度约半小时，然后以每分钟约5℃的速率冷却至室温。未添加硼的预烧结批料的密度为理论可达密度的61.5%（4.76克/厘米3），而含有0.2%（重量）添加硼的预烧结批料的密度则为理论可达密度的64.5%（4.99克/厘米3）。
从该预烧结批料切下尺寸为20×10×10（毫米）棱柱形坯块，并将这些坯块置于可被抽真空且装有一根氧化铝管子的烧结炉中于1300-1380℃之间的温度在真空和/或一种气体气氛中，最好在含有氩气的气氛中烧结至多5小时的时间。
在该操作中加热和冷却的速率至多为每分钟20℃。在该操作过程中，烧结时从钢粉中挥发掉的碳通过添加石墨粉基本上得以补偿。这种补偿也可以通过在温度高于，例如1200℃的烧结期间供入含有一氧化碳的烧结气体来实现。然后使钢粉在低于约1200℃的温度掺碳。然后在高于约1200℃的温度发生脱碳。如果在冷却所生成的烧结坯块时，在约1200℃的温度使用一种惰性气体作为烧结气体或使用真空的话，那么通过对供入的气体进行适当的计量并控制适当的时间，就可以使烧结坯块中的碳含量相当于钢粉中的碳含量。烧结坯块的密度是根据阿基米德原理测定的，其结构粒度是借助于显微照相术来测定的。
在附图中，对保持在约1320℃烧结温度的烧结坯块A和B的密度d（A）和d（B）与粒度g（A）和g（B）进行互相比较。按照本发明工艺所生产的烧结坯块A含有上面所述的钢粉和0.2%（重量）的硼;另一方面，按照先有技术生产的烧结坯块B则只含有钢粉。正如从曲线d（A）可以看到的那样，加入少量的硼，在1320℃烧结1小时之后，就已经制得了实际上100%压坯的，即实际上无孔的烧结坯块A，与此相比，相应压坯但未加硼的烧结坯块，按照曲线d（B），只压坯到96-97%。其实，对烧结坯块A的结构所测得的粒度为约50-60微米，这似乎比烧结坯块B的粒度大一些，但是，必须考虑到烧结坯块B必须在1000-1200巴的压力下和1100-1250℃的温度用热等静压法进行后压坯，以便获得可以和烧结坯块A比较的密度。然而，在后压坯时会生成比较粗大的颗粒结构。
与按照先有技术生产的烧结坯块相比，按照本发明工艺生产的烧结坯块的某些机械性能，如抗蠕变性有显著提高，而其它机械性能，特别是用作蒸汽透平机叶片时的重要性能，如韧性及耐腐蚀性仍能保持。
极为重要的是，在实施本发明的工艺时硼在钢粉中应呈特别均匀分散的形式，因为在钢粉中某些部位聚集的含硼粉末在烧结时会按另一种方式扩散进入钢中，并在以后留下所不希望的微孔。
如果烧结开始时在真空下进行，然后在一种惰性气体气氛中，较好是在含有氩气的气氛中进行的话，就可制得特别密实的烧结坯块。同时，采用这种烧结步骤还可大大避免钢粉成分的实质性蒸发和由此而产生的与起始原料重量相比的烧结坯块的重量损失。此外，一旦烧结块的微孔不再与表面接触就马上用氩气回充真空，这样，由于微孔（真空）和炉中气氛（大于1巴的氩气）之间的压差的结果，就实现了进一步的压坯。
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