复合活化烧结的无磁钢材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，特别是涉及一种复合活化烧结的无磁钢材料及其制造方法。
背景技术
无磁钢的相对磁导率μ值略大于1，在磁场中为磁化作用很弱，为基本不产生磁感应的低磁钢铁材料，故形象地称之为无磁钢。无磁钢室温组织要求为稳定的奥氏体，而铁素体、珠光体和马氏体组织在常温下为铁磁性，高锰无磁钢就是通过添加锰元素来扩大Fe-C合金相图中的奥氏体区，在室温条件下获得稳定的单相奥氏体组织。
工业上，高锰无磁钢产品一般是通过铸造获得，且加工硬化明显，对于精度要求高的小零件若能用粉末冶金的方法生产能很好地解决该问题。锰因与氧亲和力大、熔点高、易挥发等缺点较难进行合金化，以Fe-Mn预合金粉的形式引入可以解决这些弊端，又可以保证材料的磁性不变。但是存在Fe-Mn预合金粉本身具有强烈加工硬化的特性、压缩性差、氧化严重、生坯强度低，烧结密度低等不足。
现有采用高锰预合金粉以粉末冶金制造无磁钢工艺，为了提高粉料的压制性和烧结密度，主要是通过加入高含量压缩性好的Cu粉提高成型性，同时利用其液相烧结的作用，提高烧结密度以获得高密度烧结的无磁制品。但是该方法采用的Cu粉价格高，导致工艺的成本居高不下。另有方法利用FeB作为活化剂进行液相烧结，但是其烧结温度(1200℃～1280℃)高，高温烧结时间(1.5～2h)长，导致烧结成本高及烧结炉的寿命短。
因此，现有的无磁钢制造方法均难以满足市场高性价比的需求，且虽然能够获得较高密度烧结的无磁制品，但是无磁钢的力学性能仍有待提高。
发明内容
基于此，有必要提供一种复合活化烧结的无磁钢材料的制造方法。该制造方法能够在较低的烧结温度和较短的烧结时间条件下，制造出密度更高、抗拉强度和伸长率更优异的无磁钢材料，同时有效降低无磁钢材料的生产成本。
一种复合活化烧结的无磁钢材料的制造方法，包括如下步骤：
复合合金粉的配制：
Fe-Mn预合金粉中加入复合活化剂FePRe、Fe粉和粘结剂混合，得复合合金粉；其中，所述复合活化剂FePRe为FeP中间合金粉和富Ce复合稀土粉的混合物；所述复合活化剂的用量为所述Fe-Mn预合金粉重量的0.75～3.5％，Fe粉的用量为所述Fe-Mn预合金粉和复合活化剂总重量的5～10％；
合金粉末生坯制备：将所述复合合金粉压制成型得到合金粉末生坯；
烧结：将所述合金粉末生坯进行烧结，得所述无磁钢材料。
在其中一个实施例中，以占所述Fe-Mn预合金粉的重量百分比计，所述复合活化剂中所述FeP中间合金粉的含量为0.5～3％，富Ce复合稀土粉的含量为0.25～0.5％。
在其中一个实施例中，所述FeP中间合金粉中P的重量百分比为15～25％；及/或，所述富Ce复合稀土粉中Ce的重量百分比为44～46％。
在其中一个实施例中，所述FeP中间合金粉的粒度为150～350目；及/或，所述富Ce复合稀土粉的粒度为300～500目。
在其中一个实施例中，所述复合活化剂的用量为所述Fe-Mn预合金粉重量的2～2.5％，Fe粉的用量为所述Fe-Mn预合金粉和复合活化剂总重量的6～8％。
在其中一个实施例中，所述富Ce复合稀土粉包括如下重量百分比的成分：Ce%2044％～46％、La%2016％～18％、Pr%206％～7％、Nd%2027％～29％、Sm%202％～3％。
在其中一个实施例中，所述Fe-Mn预合金粉包括如下重量百分比的成分：Mn%2015～19％、C%200.6～1.2％、Si%200.7～1.0％、S≤0.05％、P≤0.09％、Pb≤0.1％，余量为Fe。
在其中一个实施例中，所述Fe-Mn预合金粉由A3钢、中碳锰铁和高碳锰铁经熔炼混合后，采用水雾化法制备而成。所述A3钢是一种低碳钢，其含碳量≤0.03％。
在其中一个实施例中，所述Fe-Mn预合金粉的粒度分布为150～325目。
在其中一个实施例中，所述粘结剂为石腊基蜡粉，用量为所述Fe-Mn预合金粉和复合活化剂总重量的0.5～1.2％。
在其中一个实施例中，所述生坯的密度为6.5～6.8g/cm3。
在其中一个实施例中，所述烧结的温度为1120℃～1190℃，时间1～1.2h。
本发明还提供所述的制造方法制造得到的无磁钢材料及其制品。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的无磁钢材料的制造方法，以Fe-Mn预合金粉为主要粉料，配伍采用FeP中间合金粉和富Ce复合稀土粉混合的复合活化剂以及Fe粉，其中Fe粉可解决Fe-Mn预合金粉的压缩性和成形性差的问题，配合FeP中间合金粉和富Ce复合稀土粉的复合活化作用，富Ce复合稀土粉可起到对高锰粉的还原和界面净化作用，而FeP中间合金粉在所形成的液相与所加入的Fe粉以及经过还原和界面净化的部分高锰粉间进行反应，在较低的烧结温度条件下即可形成持续液相活化烧结。由此使合金粉末压缩性和成型性好，采用普通机械压机即可压制成型，且生坯密度高，使得烧结制得的无磁钢材料尺寸更稳定、密度更高，显著提高无磁钢材料的力学性能，使其抗拉强度可达到580MP以上，伸长率高达10％以上。同时，烧结温度低、时间短，能够有效降低无磁钢材料的生产成本，能够满足市场高性价比的需求。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的复合活化烧结的无磁钢材料及其制造方法作进一步详细的说明。
本发明实施例中采用的Fe-Mn预合金粉的粒度分布为150～325目，制备方法如下：
根据所需的Fe-Mn预合金粉成分，按一定配比将A3钢置于中频炉中升温熔化后，加入中碳锰铁和高碳锰铁；待熔清后，用硅铁脱氧，采用水雾化法制备Fe-Mn预合金粉。
石腊基蜡粉购自广州庆帆翔新材料有限公司。
FeP中间合金粉购自长沙天久金属材料有限公司。
富Ce复合稀土粉为金属材料熔炼添加剂，购自湖南稀土金属材料研究所，主要由如下重量百分比的成分组成：Ce%2044％～46％、La%2016％～18％、Pr%206％～7％、Nd%2027％～29％、Sm%202％～3％，以及可能的少量重稀土元素(如Y、Dy、Eu等)。
实施例1
本实施例一种无磁钢制品(平衡块)的制造方法，包括如下步骤：
a)首先，取Fe-Mn预合金粉，并按占Fe-Mn预合金粉的重量百分比，加入3.5％复合活化剂(FeP中间合金粉的含量为3.0％，富Ce复合稀土粉的含量为0.5％)，再加入所述Fe-Mn预合金粉、复合活化剂总重量1.2％的石腊基蜡粉粘结剂和10％的Fe粉，用混粉机搅拌均匀备用；
其中，FeP中间合金粉中P的重量百分比为20％，粒度为250目；富Ce复合稀土粉为市售产品，其中Ce的重量百分比为45％，粒度为400目；
Fe-Mn预合金粉包括如下重量百分比的成分：Mn%2019％、C%200.6％、Si%200.8％、S≤0.05％、P≤0.09％、Pb≤0.1％，余量为Fe。
b)将混好的混合粉末送普通机械压机压制成型，制得平衡块的生坯，密度控制在6.6g/cm3。
c)将压制的生坯在推舟炉中进行烧结，其烧结温度为1165℃，烧结时间1h。
d)对烧结后的生坯进行抛光去毛刺处理，即可。
实施例2
本实施例一种无磁钢制品(平衡块)的制造方法，包括如下步骤：
a)首先，取Fe-Mn预合金粉，并按占Fe-Mn预合金粉的重量百分比，加入0.75％复合活化剂(FeP中间合金粉的含量为0.5％，富Ce复合稀土粉的含量为0.25％)，再加入所述Fe-Mn预合金粉、复合活化剂总重量1.2％的石腊基蜡粉粘结剂和5％的Fe粉，用混粉机搅拌均匀备用；
其中，FeP中间合金粉中P的重量百分比为20％，粒度为250目；富Ce复合稀土粉为市售产品，其中Ce的重量百分比为45％，粒度为400目；
Fe-Mn预合金粉包括如下重量百分比的成分：Mn%2019％、C%200.6％、Si%200.8％、S≤0.05％、P≤0.09％、Pb≤0.1％，余量为Fe。
b)将混好的混合粉末送普通机械压机压制成型，制得平衡块的生坯，密度控制在6.6g/cm3。
c)将压制的生坯在推舟炉中进行烧结，其烧结温度为1190℃，烧结时间1h。
d)对烧结后的生坯进行抛光去毛刺处理，即可。
实施例3
本实施例一种无磁钢制品(平衡块)的制造方法，包括如下步骤：
a)首先，取Fe-Mn预合金粉，并按占Fe-Mn预合金粉的重量百分比，加入2.25％复合活化剂(FeP中间合金粉的含量为2％，富Ce复合稀土粉的含量为0.25％)，再加入所述Fe-Mn预合金粉、复合活化剂总重量1.2％的石腊基蜡粉粘结剂和7％的Fe粉，用混粉机搅拌均匀备用；
其中，FeP中间合金粉中P的重量百分比为20％，粒度为250目；富Ce复合稀土粉为市售产品，其中Ce的重量百分比为45％，粒度为400目；
Fe-Mn预合金粉包括如下重量百分比的成分：Mn%2019％、C%200.6％、Si%200.8％、S≤0.05％、P≤0.09％、Pb≤0.1％，余量为Fe。
b)将混好的混合粉末送普通机械压机压制成型，制得平衡块的生坯，密度控制在6.6g/cm3。
c)将压制的生坯在推舟炉中进行烧结，其烧结温度为1120℃，烧结时间1h。
d)对烧结后的生坯进行抛光去毛刺处理，即可。
对比例1
本对比例一种无磁钢制品(平衡块)，其原料和制造同实施例1，区别在于：未采用所述FeP粉。
对比例2
本对比例一种无磁钢制品(平衡块)，其原料和制造同实施例1，区别在于：未采用所述富Ce复合稀土粉。
对实施例1-3和对比例1-2进行性能测试：
测试方法：室温拉伸性能测试按GB/T%207964执行；密度按GB%205163执行；
测试结果如表1所示。
表1
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
