專利名稱：適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料及制備方法。屬于粉末冶金材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著粉末冶金工藝技術(shù)的飛速發(fā)展，粉末冶金鐵基制品已廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、家電等各領(lǐng)域，精度要求也越來越高。為保證精度要求，工藝上常采用磨削加工，但這種方法效率很低，制造成本高。現(xiàn)代工藝方法常以高速(轉(zhuǎn)速12000-14000r/min)鏜削取代磨削達(dá)到降低成本的目的。高速鏜削效率高(加工Φ 20X 50mm軸套單件只需3_5秒)、精度高(圓度O. 002-0. 004mm,直線度彡O. 003mm,粗糙度Rz ( 3. 2um)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)達(dá)到或者超過了磨削加工的精度。然而這種加工方法在普通粉末冶金鐵基制品中一直未得以廣泛應(yīng)用，其主要是因?yàn)槠胀ǚ勰┮苯痂F基材質(zhì)存在體積百分比10-20%的孔隙，在高速鏜削加工使用過程中，加工刀粒刃口部位由于受到高速微動(dòng)沖擊的作用而極易發(fā)生崩刃和加速磨損，從而 導(dǎo)致普通粉末冶金鐵基材質(zhì)表現(xiàn)出可切削性差的特點(diǎn)，即便采用立方氮化硼刀粒壽命也只有3-5件。通過研究開發(fā)一種適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料，有助于解決高速鏜削加工條件下的粉末冶金鐵基產(chǎn)品的表面加工質(zhì)量問題和刀具使用壽命問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)以鏜代磨，提高生產(chǎn)效率，顯著降低制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料。本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供一種適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料的制備方法。本發(fā)明適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料，包括下述組分按重量百分比組成銅1 — 2，硫化錳1-2，二硫化鑰 0.5-1，氟化鈣O. 3，氟化鎂0.3，石墨O. 6 — O. 8,余量為鐵。本發(fā)明適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料的制備方法，包括如下步驟第一步配料按設(shè)計(jì)的合金組分配比稱量鐵、銅、硫化錳、二硫化鑰、氟化鈣、氟化鎂、石墨組分物料，同時(shí)按照物料總重量的O. 7-0. 9%另外加入硬脂酸鋅，硬脂酸鋅在燒結(jié)熱處理過程中脫除；所述鐵、銅和石墨組元以單質(zhì)粉末的形式加入，所述的硫化錳、二硫化鑰、氟化鈣和氟化鎂以化合物形式加入；第二步混料、成型將稱量好的各物料混合均勻，置入鋼模中，以500 700MPa的壓制壓力壓制得到壓制毛坯，保壓時(shí)間1-3 秒；第三步燒結(jié)熱處理在分解氨氣氛環(huán)境中，將壓制毛坯加熱到1050°C — 1150°C，保溫O. 5-1. 5小時(shí)，然后在800 - 900°C保溫05-1. 5小時(shí)，隨爐冷卻至200°C以下出爐，得到粉末冶金鐵基材料燒
結(jié)坯體。本發(fā)明適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料的制備方法，所述的鐵過100目篩；所述的銅過200目篩；所述的石墨平均粒度均為20 μ m;所述的硫化錳、二硫化鑰、氟化隹丐和氟化鎂均過300目篩。本發(fā)明適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料的制備方法，所述混料在V型混料機(jī)中進(jìn)行，混料時(shí)間60-90分鐘。本發(fā)明適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料的制備方法，第三步中，加熱速度為每分鐘8-10°C ;隨爐冷卻速度為每分鐘6-8°C。本發(fā)明適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料的制備方法，制得的粉末冶金鐵基材料燒結(jié)坯體密度在6. 85-6. 95g/cm3。本發(fā)明的粉末冶金鐵基材料中固體潤(rùn)滑劑硫化錳和二硫化鑰含量較高，可以在高速切削過程中形成固體潤(rùn)滑膜，氟化鈣和氟化鎂還具有助切削的作用，可以很大程度上抵消粉末冶金鐵基材質(zhì)中所存在孔隙的消極影響，減小刀粒的磨損，因而高速切削性能優(yōu)異；同時(shí)，本發(fā)明的粉末冶金鐵基材料密度在6. 85-6. 95g/cm3之間，力學(xué)性能適中。本發(fā)明的材料采用粉末冶金技術(shù)制備，可以節(jié)約原材料，適于規(guī)模生產(chǎn)，制造成本低。本發(fā)明由于采用上述組分配比及制備方法，所制備的材料含有比例恰當(dāng)?shù)某煞纸M元，鐵素體、珠光體、硫化物、氟化物等組織分布均勻，相對(duì)于很多其它粉末冶金鐵基材料，在高速切削加工過程中刀粒潤(rùn)滑條件良好且微動(dòng)沖擊磨損更小，因此其高速切削性能有大幅提高而制造成本基本持平。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)具有穩(wěn)定可靠的高速鏜削加工性能，能夠大幅延長(zhǎng)刀具使用壽命，顯著降低加工成本。綜上所述，本發(fā)明制備的一種適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料具有優(yōu)異的高速鏜削加工性能和適中的力學(xué)性能，其制備方法簡(jiǎn)單可行，制得的材料可滿足現(xiàn)有高速鏜削機(jī)床的加工要求和實(shí)現(xiàn)相關(guān)家電產(chǎn)品對(duì)滑動(dòng)軸承類零部件產(chǎn)品的使用要求。


附圖I是本發(fā)明實(shí)施例I制備的粉末冶金鐵基材料的金相照片；附圖2是本發(fā)明實(shí)施例2制備的粉末冶金鐵基材料的金相照片；附圖3是本發(fā)明實(shí)施例3制備的粉末冶金鐵基材料的金相照片；從附圖I中可以看出，實(shí)施例I制備的粉末冶金鐵基材料微觀組織結(jié)構(gòu)為鐵素體、珠光體、硫化物和孔隙。從附圖2中可以看出，實(shí)施例2制備的粉末冶金鐵基材料微觀組織結(jié)構(gòu)為鐵素體、珠光體、硫化物和孔隙。從附圖3中可以看出，實(shí)施例3制備的粉末冶金鐵基材料微觀組織結(jié)構(gòu)為鐵素體、珠光體、硫化物和孔隙。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例I制備一種適用于高速Il削加工的粉末冶金鐵基材料,其中鐵96wt%,銅lwt%,硫化猛lwt%, 二硫化鑰O. 8wt%,氟化I丐O. 3wt%,氟化鎂O. 3wt%,石墨O. 6wt%。其制備工藝包括如下步驟將稱量好的各物料投入V型混料機(jī)中混料時(shí)間60分鐘；在鋼模中壓制毛坯，壓制壓力500MPa，保壓時(shí)間3秒；在分解氨氣氛環(huán)境中，加熱速度為每分鐘8_10°C將壓制毛坯從室溫升溫均勻加熱到1050°C保溫I小時(shí)，然后在800 - 900°C保溫I小時(shí)，之后均勻冷卻 至200°C以下出爐，得到燒結(jié)粉末冶金鐵基材料。本實(shí)施例制備的燒結(jié)粉末冶金鐵基材料的性能密度6. 90g/cm3,硬度70 — 90HB,拉伸強(qiáng)度280 - 320MPa ;高速鏜削加工性能良好，采用立方氮化硼刀粒加工時(shí)，通過粗糙度儀測(cè)定材料表面粗糙度為Rz2. 0-2. 8 μ m，將該材料制成Φ 25 X Φ 18 X 50mm軸套進(jìn)行單次進(jìn)刀量為O. IOmm的內(nèi)孔高速鏜時(shí)，刀粒使用壽命可達(dá)580件軸套，可以完全滿足高速鏜削加工對(duì)刀粒使用壽命和被加工面的表面質(zhì)量要求。實(shí)施例2制備一種適用于高速Il削加工的粉末冶金鐵基材料,其中鐵95wt%,銅2wt%,硫化猛lwt%, 二硫化鑰O. 8wt%,氟化I丐O. 3wt%,氟化鎂O. 3wt%,石墨O. 6wt%。其制備工藝包括如下步驟將稱量好的各物料投入V型混料機(jī)中混料時(shí)間60分鐘；在鋼模中壓制毛坯，壓制壓力600MPa，保壓時(shí)間3秒；在分解氨氣氛環(huán)境中，加熱速度為每分鐘8-10°C將壓制毛坯從室溫升溫均勻加熱到1100°C保溫I小時(shí)，然后在800 - 900°C保溫I小時(shí)，之后均勻冷卻至200°C以下出爐，得到燒結(jié)粉末冶金鐵基材料。本實(shí)施例制備的燒結(jié)粉末冶金鐵基材料的性能密度6. 95g/cm3,硬度80-100HB，拉伸強(qiáng)度320-380MPa ;高速鏜削加工性能良好，采用立方氮化硼刀粒加工時(shí)，通過粗糙度儀測(cè)定材料表面粗糙度為Rz I. 8-2. 6 μ m，將該材料制成Φ25Χ Φ 18 X 50mm軸套進(jìn)行單次進(jìn)刀量為O. IOmm的內(nèi)孔高速鏜時(shí)，刀粒使用壽命可達(dá)630件軸套，可以完全滿足高速鏜削加工對(duì)刀粒使用壽命和被加工面的表面質(zhì)量要求。實(shí)施例3制備一種適用于高速Il削加工的粉末冶金鐵基材料,其中鐵94wt%,銅2wt%,硫化錳2wt%，二硫化鑰O. 6wt%，氟化鈣O. 3wt%，氟化鎂O. 3wt%，石墨O. 8wt%。其制備工藝包括如下步驟將稱量好的各物料投入V型混料機(jī)中混料時(shí)間90分鐘；在鋼模中壓制毛坯，壓制壓力700MPa，保壓時(shí)間3秒；在分解氨氣氛環(huán)境中，加熱速度為每分鐘8_10°C將壓制毛坯從室溫升溫均勻加熱到1050°C保溫I小時(shí)，然后在800 - 900°C保溫I小時(shí)，之后均勻冷卻至200°C以下出爐，得到燒結(jié)粉末冶金鐵基材料。本實(shí)施例制備的燒結(jié)粉末冶金鐵基材料的性能密度6. 85g/cm3,硬度70 — 90HB,拉伸強(qiáng)度270 - 3IOMPa ;高速鏜削加工性能良好，采用立方氮化硼刀粒加工時(shí)，通過粗糙度儀測(cè)定材料表面粗糙度為Rz I. 7-2. 4 μ m,將該材料制成Φ 25 X Φ 18 X 50mm軸套進(jìn)行單次進(jìn)刀量為O. IOmm的內(nèi)孔高速鏜時(shí)，刀粒使用壽命可達(dá)680件軸套，可以完全滿足高速鏜削加工對(duì)刀粒使用壽命和被加工面的表面 質(zhì)量要求。
權(quán)利要求
1.適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料，包括下述組分按重量百分比組成銅 I — 2,硫化錳1-2，二硫化鑰O. 5-1，氟化鈣O. 3，氟化鎂O. 3，石墨0.6 — O. 8，余量為鐵。
2.適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料的制備方法，包括如下步驟第一步配料按設(shè)計(jì)的合金組分配比稱量鐵、銅、硫化錳、二硫化鑰、氟化鈣、氟化鎂、石墨組分物料，同時(shí)按照物料總重量的O. 7-0. 9%另外加入硬脂酸鋅，硬脂酸鋅在燒結(jié)熱處理過程中脫除；所述鐵、銅和石墨組元以單質(zhì)粉末的形式加入，所述的硫化錳、二硫化鑰、氟化鈣和氟化鎂以化合物形式加入；第二步混料、成型將稱量好的各物料混合均勻，置入鋼模中，以500 700MPa的壓制壓力壓制得到壓制毛坯，保壓時(shí)間I一 3秒；第三步燒結(jié)熱處理在分解氨氣氛環(huán)境中，將壓制毛坯加熱到1050°C — 1150°C，保溫O. 5-1. 5小時(shí)，然后在800 - 900°C保溫05-1. 5小時(shí)，隨爐冷卻至200°C以下出爐，得到粉末冶金鐵基材料燒結(jié)坯體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料的制備方法，其特征在于所述的鐵過100目篩；所述的銅過200目篩；所述的石墨平均粒度均為20 μ m;所述的硫化猛、二硫化鑰、氟化韓和氟化鎂均過300目篩。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料的制備方法，其特征在于所述混料在V型混料機(jī)中進(jìn)行，混料時(shí)間60-90分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料的制備方法，其特征在于第三步中，加熱速度為每分鐘8-10°C ;隨爐冷卻速度為每分鐘6-8°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5任意一項(xiàng)所述的適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料的制備方法，其特征在于制得的粉末冶金鐵基材料燒結(jié)坯體密度在6. 85-6. 95g/cm3。
全文摘要
適用于高速鏜削加工的粉末冶金鐵基材料及制備方法，其材料配方按重量百分比計(jì)算為銅1－2，硫化錳1-2，二硫化鉬0.5-1，氟化鈣0.3，氟化鎂0.3，石墨0.6－0.8，余量為鐵，其中所述的鐵、銅和石墨組元以單質(zhì)粉末的形式加入，所述的硫化錳、二硫化鉬、氟化鈣和氟化鎂以化合物形式加入。其制備方法包括配料，混料、成型，燒結(jié)熱處理三個(gè)步驟。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單可行，制備的粉末冶金鐵基材料具有良好的高速精加工性能和力學(xué)性能，其制得的材料可滿足現(xiàn)有高速鏜削機(jī)床對(duì)加工表面質(zhì)量和刀具的使用要求，同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)相關(guān)家電產(chǎn)品對(duì)滑動(dòng)軸承類零部件產(chǎn)品的使用要求。本發(fā)明的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)以鏜代磨，顯著降低生產(chǎn)成本，提高加工表面質(zhì)量。適于工業(yè)化推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)B23B27/14GK102925807SQ201210418170
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者彭世超, 熊翔, 黨勝云, 劉如鐵, 劉旭 申請(qǐng)人:益陽(yáng)世龍新材料有限公司