用于制造鋼成型體的方法
【技術領域】
[0001]本發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件的方法。
【背景技術】
[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調整到希望的組分。接著，這樣的鋼毛坯在連續鑄造設備中被連續地澆鑄為預制材料，然后，所述預制材料在乳制車間中通過熱機械式乳制在具有或沒有接著有目的地進行的熱處理的情況下乳制成棒鋼，所述棒鋼然后用作相應構件的切削加工的原始材料。
[0003]可用以制造金屬構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的燒結，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，相應于所期望的目標組分預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合劑混合并壓制成成型件。然后去除結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溫度的情況下實施還原并使用由可去除的成分和穩定的成分組成的結合劑混合物，然后將可去除的成分脫去；接著在氧化氛圍中對成型體加載以550°C到950°C之間的溫度，由此使穩定的結合劑部分轉化為氣態分解產物并從基體去除，然后將成型體在含碳的氛圍中預還原并接著以含氫的氣體中再還原。然而該現有技術沒有明確針對本身具有突出的強度的、貝氏體構成的鋼成型體的制造。
【發明內容】
[0005]具有權利要求1的特征的方法具有以下優點，通過預先確定的用于鋼成型體的粉狀原始組分，優選可在后面的過程步驟中調整到貝氏體相，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點。由此，借助粉末注射成型實現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于傳統生產的高強度鋼的材料特性。此外，根據本發明方法產生的鋼成型體的特點是，該鋼成型體由于其化學組分而是相變惰性的，使得在空冷時也構成具有有利的機械特性的貝氏體組織。因此相應于從約1100到1600MPa范圍內的相對高的機械強度或者說靜態強度和與之伴隨的高延展性，該高延展性通過10%到15%之間的均勻應變來體現。基于材料特性，根據本發明的方法適合于天然承受高負荷的構件，尤其用于共軌噴射閥的構件，然而也適合于制造其他承受周期性負荷的構件。此外，與現有技術相比，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。
[0006]本發明的進一步的有利擴展和方案通過在從屬權利要求中列舉的措施得知。
[0007]根據本發明方法的一種優選方案，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。根據本發明的方法的一種方案變型可在于，借助過程氣體、優選通過一氧化碳進行碳的添加。根據另一種方案變型，碳的添加可通過混入石墨和/或碳化物來進行。根據本發明的方法的一種變化，可借助含碳氫化合物的結合劑進行碳的添加，其中，在該情況下在根據本發明的方法中設定一跟隨在燒結之后的工藝步驟，用于成型體的脫脂。
[0008]本發明方法的一種導致成型體的固有強度提高的有利改進方案在于，給在氧化鐵基礎上構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]根據本發明方法的一種實施變型，將極細粒的氧化物陶瓷顆粒混入到粉末狀組分中，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。由此可提高在本發明方法結束時構成的成型體的靜態強度。
【附圖說明】
[0010]在后面的說明書中和在附圖中詳細解釋本發明的實施例。附圖以示意圖示出:
[0011]圖1用于說明本發明方法的作用機理的曲線圖，其中，示出不同狀態區域的相對于時間上的冷卻行為的溫度走向，
[0012]圖2 —種按照本發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粒貝氏體構成；
[0013]圖3 —種按照本發明方法制造的組織的極其示意性的視圖，該組織由極細粒貝氏體和微細析出的碳化物構成；和
[0014]圖4 一種按照本發明方法制造的組織的極其示意性的視圖，該組織由極細粒貝氏體和非金屬氧化物顆粒以及極細粒碳化物構成。
【具體實施方式】
[0015]圖1借助示意性的狀態曲線圖10示出本發明方法的作用原理。在該狀態曲線圖的縱坐標軸上相對于在橫坐標軸上延伸的冷卻時間繪出鋼的主要狀態區域的溫度走向。在狀態曲線圖10的上方溫度區域中示出鐵素體-珠光體狀態區域11，在中間溫度區域中示出貝氏體狀態區域12并且在下方溫度區域中示出馬氏體狀態區域13。本發明的作用機理在于，從氧化鐵基體、例如Fe302出發，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，在燒結時從奧氏體到鐵素體-珠光體狀態區域11的相變被抑制或至少被推遲這么長的冷卻時間:使得在從燒結溫度到室溫的緩慢冷卻速度下也優選構成貝氏體。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)，使貝氏體狀態區域12既在溫度軸T上也在時間軸t上擴寬，其中，鐵素體-珠光體狀態區域11由于合金元素的添加而在狀態曲線圖10中向右、即朝向更長的冷卻時間t移動，并且，馬氏體狀態區域13在狀態曲線圖10中向下、即向更低的溫度移動。由此根據本發明可能的是，產生所謂的相變惰性材料，該材料不再以馬氏體構成，而是以貝氏體構成。附加地，根據本發明，微量合金元素和鋁與碳和/或氮一起構成極微小的析出物，其阻止燒結期間的晶粒生長并進而導致極細粒的結構。
[0016]為此所需的基本組分以氧化鐵基體為出發點包括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合金例如鐵錳或鐵鈦來混合。
[0018]圖2示出本發明的第一實施例。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構成，在晶界上具有小的、極細的析出物103。組織100極細粒地構成，其中，貝氏體晶粒101具有明顯小于20微米的貝