專利名稱：壓制部件的選擇性燒結(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
公知為"擠壓和燒結(jié)"的粉末冶金過程包括將金屬粉末 壓緊以獲得具有期望形狀的部件。然后，整個(gè)部件被放置在處于低于 金屬熔化溫度的燒結(jié)溫度的爐內(nèi)。在燒結(jié)期間粉末顆粒結(jié)合或熔合。 對(duì)于采用常規(guī)方法制成的用于任何工程應(yīng)用的部件來說，該爐燒結(jié)操 作可能是必要的，因?yàn)樵摬考奈创慊?未燒結(jié))密度足夠低，使得 部件在很少或無作用力的情況下或由于誤操作而破裂。在常規(guī)方法中， 在整個(gè)部件被燒結(jié)后對(duì)部件進(jìn)行機(jī)加工。與單一擠壓和燒結(jié)技術(shù)相對(duì)， 二次擠壓和燒結(jié)技術(shù)包括將金屬粉末壓制(擠壓)以制成未淬火壓制 件、在低于最終燒結(jié)溫度的溫度處預(yù)燒結(jié)該未淬火壓制件、再壓制和 燒結(jié)。該二次擠壓技術(shù)可以獲得比單一擠壓技術(shù)稍高的密度。 從詳細(xì)說明和附圖將能更完整地理解本發(fā)明的示例性實(shí) 施例，其中 后述的實(shí)施例本質(zhì)上僅為示例性(說明性)的，且不旨 在以任何方式限定本發(fā)明、其應(yīng)用或使用。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，使用這 樣的方法制成部件壓制粉末狀和/或顆粒材料以形成具有任何合適形 狀和大小的未淬火壓制件，隨后選擇性燒結(jié)需要強(qiáng)化的壓制件區(qū)域， 并可選地淬火以使得部件的選擇性燒結(jié)區(qū)域硬化。壓制粉末狀和/或顆 粒材料可用于制成多種產(chǎn)品，包括但不局限于桿件和齒輪。參考

圖1， 采用一個(gè)實(shí)施例方法制成的部件10具有已燒結(jié)部分12和未燒結(jié)部分 14。在一個(gè)實(shí)施例中，已燒結(jié)部分12能夠被燒結(jié)硬化。根據(jù)一個(gè)實(shí)施 例制成部件10的方法能夠降低部件的制造成本，同時(shí)保持該部件對(duì)于 其所期望應(yīng)用來說足夠的強(qiáng)度。如圖2所示，在一個(gè)實(shí)施例中部件IO 能夠是具有已燒結(jié)部分12和未燒結(jié)部分14的凸輪軸凸角16。 粉末狀和/或顆粒材料能夠是，例如但不局限于，金屬、 金屬合金、金屬復(fù)合物、陶瓷復(fù)合物以及陶瓷和金屬合成物。在一個(gè) 實(shí)施例中該粉末材料可以是含鐵的。壓制粉末狀和/或顆粒材料能夠使 用磁場來實(shí)現(xiàn)。在 一 個(gè)示例性實(shí)施例中，該壓制可使用動(dòng)磁壓制(D M C ) 過程來實(shí)現(xiàn)。DMC過程使用電磁形成一個(gè)或多個(gè)襯底或容器，所述襯 底或容器覆蓋或保持該粉末狀和/或顆粒材料。在一個(gè)示例性實(shí)施例中， 提供磁場產(chǎn)生部件。粉末狀和/或顆粒材料能夠放置在導(dǎo)電容器或套管 中。該容器能夠包括導(dǎo)電材料，例如但不局限于，銅、銀、鋁、不銹 鋼及它們的合金。磁場產(chǎn)生部件可操作產(chǎn)生第 一 磁場。 在一個(gè)實(shí)施例中，,茲場產(chǎn)生部件(例如^f旦不局限于，導(dǎo) 電線圈)可以放置成環(huán)繞該導(dǎo)電容器。在一個(gè)實(shí)施例中，從該容器分 離的電源能夠以快速電流脈沖的形式提供電能給導(dǎo)電線圏。在電流流 經(jīng)導(dǎo)電線圈時(shí)，能夠形成第一磁場。 磁場產(chǎn)生部件和包括粉末狀和/或顆粒材料的容器能夠構(gòu) 造和設(shè)置成使得第 一磁場在容器中感應(yīng)電流并使得該感應(yīng)電流產(chǎn)生第二磁場。第 一磁場和第二磁場的量值和方向使得它們彼此排斥并使得 容器被壓緊。當(dāng)容器被壓緊時(shí)，容器壁向粉末狀和/或顆粒材料施加壓 力，從而壓制該粉末狀和/或顆粒材料。在一個(gè)實(shí)施例中，模能夠放置 在容器內(nèi)且粉末狀和/或顆粒材料能夠放置在該容器內(nèi)以便環(huán)繞該模， 以在容器被壓緊時(shí)形成壓制件的各種特征。該壓制能夠得到材料的致密本體。該致密本體能夠公知 為未淬火(未燒結(jié))壓制件。動(dòng)磁壓制方法導(dǎo)致具有比采用常規(guī)粉末 冶金過程制成的壓制件更高的均勻密度的更大強(qiáng)度未淬火壓制件。例 如，DMC過程通常制成具有密度超過理論密度90%的未淬火壓制件， 其中該理論密度定義為不包含任何孔或瑕疵的材料的密度。然而，采 用DMC過程形成的未淬火壓制件的密度更通常約為理論密度的95%。 在另一個(gè)實(shí)施例中，采用DMC過程形成的未淬火壓制件的密度能夠超 過理論密度的95%。在一個(gè)實(shí)施例中，然后，未淬火壓制件能夠按期 望進(jìn)行機(jī)加工，因?yàn)槠湓谖创慊馉顟B(tài)具有足夠的強(qiáng)度來保持其形狀。 在燒結(jié)之前，機(jī)加工處于未淬火狀態(tài)的壓制件能夠節(jié)約大量能量和工 具成本。 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，磁力產(chǎn)生部件能夠是線圈，且 容器能夠放置在線圏中，以便具有粉末狀和/或顆粒材料的容器的至少 一部分接收于線圏內(nèi)。容器能夠具有這樣的結(jié)構(gòu)，使得在容器被壓緊 時(shí)制成具有期望形狀的部件。例如，如果部件被制成圓柱狀桿件，那
么容器能夠是圓柱形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，得到的粉末狀和/或顆粒材 料壓制部件通過該過程制成，并然后移除該容器(例如通過在容器壁 上施加負(fù)載使得容器滑離該壓制部件)。之后，如果期望，能夠?qū)⒎?末和/或顆粒材料壓制部件的全部或部分進(jìn)行機(jī)加工。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，壓制件1(H吏用感應(yīng)加熱而^皮選4爭性地 燒結(jié)。為了實(shí)現(xiàn)感應(yīng)加熱，壓制件被放置在感應(yīng)線圈內(nèi)。AC電流被傳 送通過感應(yīng)線圈且得到的磁場感應(yīng)渦流，該渦流產(chǎn)生局部熱。 在另一個(gè)實(shí)施例中，部件IO使用激光硬化(激光熱處理) 而被選擇性地?zé)Y(jié)。能夠精確地控制激光來熱處理特定區(qū)域而不影響 部件的其余部分。激光迅速地升高目標(biāo)材料的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中， 環(huán)繞區(qū)域的自淬火能夠引起目標(biāo)材料的硬化。不管使用感應(yīng)加熱或激 光加熱，在這兩種情況下圍繞工件能夠提供保護(hù)性氣氛，以防止在壓 制件表面的化學(xué)或微結(jié)構(gòu)的不希望變化。 在一個(gè)實(shí)施例中，能夠在選擇性燒結(jié)操作之后進(jìn)行淬火 操作，因而實(shí)現(xiàn)單一步驟選擇性燒結(jié)硬化。參考圖1-2,第一部分12 能夠被燒結(jié)和硬化。對(duì)于具有合適化學(xué)性能的合適的含鐵部件，在一 個(gè)步驟中，加熱操作之后隨即進(jìn)行淬火操作實(shí)現(xiàn)第一部分12的燒結(jié)和 硬化。在一個(gè)實(shí)施例中，在以本技術(shù)中公知方式感應(yīng)加熱或激光硬化 之后立即進(jìn)行淬火，例如但不局限于，在感應(yīng)加熱設(shè)備上使用淬火環(huán)。 淬火能夠引起部件的第一部分12的相變和增大的硬度。 本發(fā)明實(shí)施例的前述描述在本質(zhì)上^f又為示例性的，因而， 實(shí)施例的變型不應(yīng)被:認(rèn)為偏離本發(fā)明的津奇神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括使用至少第一磁場壓制粉末材料，以形成壓制件；選擇性地?zé)Y(jié)所述壓制件的第一部分和剩下壓制件的第二部分未燒結(jié)，以形成部件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括 在選擇性燒結(jié)之前機(jī)加工所述壓制件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述粉末材料是含鐵的，且 還包括在選擇性燒結(jié)之后立即淬火所述部件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述選擇性地?zé)Y(jié)包括感應(yīng) 力口熱。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述選擇性地?zé)Y(jié)包括激光 硬化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述粉末材料是導(dǎo)電的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述粉末材料包括金屬、金 屬合金、金屬復(fù)合物、陶瓷復(fù)合物或陶瓷和金屬合成物中的一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述使用至少所述第一磁場 壓制所述粉末材料包括提供導(dǎo)電容器并將所述粉末材料放置在所述 容器中，且其中所述第一磁場在所述容器中感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生第二 磁場，使得所述第一和第二磁場彼此排斥且所述容器被壓緊以壓制所 述粉末材料，從而提供壓制件；且之后，選擇性地?zé)Y(jié)所述壓制件的 第 一 部分和剩下所述壓制件的第二部分未燒結(jié)，以形成包括第 一 已燒 結(jié)部分和第二未燒結(jié)部分的部件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，使用線圈產(chǎn)生所述第一磁場。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述顆粒材料是含鐵的，件的所述第一部分。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括在選擇性地?zé)Y(jié)之前機(jī)加 工所述壓制件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述選擇性地?zé)Y(jié)包括感 應(yīng)力口熱。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述選擇性地?zé)Y(jié)包括激 光硬化。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述顆粒材料是導(dǎo)電的。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述顆粒材料包括金屬、 金屬合金、金屬復(fù)合物、陶資復(fù)合物或陶瓷和金屬合成物中的一種。
16. —種方法，包括提供粉末材料和覆蓋所述粉末材料的襯底； 電磁地形成所述襯底，以將所述粉末材料壓制成壓制件；和 選擇性地?zé)Y(jié)所述壓制件的第 一部分和剩下所述壓制件的第二部 分未燒結(jié)，以形成部件。
17. —種產(chǎn)品，包括部件的第一部分，包括壓制的第一粉末材料；和 所述部件的第二部分，包括熔合的第二粉末材料，所述第二粉末材 料包括具有多個(gè)顆粒的粘結(jié)本體，所述顆粒具有結(jié)合或熔合在一起的 鄰近表面，其中所述第二部分的密度大于所述第一部分的密度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的產(chǎn)品，其中，所述部件的所述第一部分 的密度大于理論密度的90%。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的產(chǎn)品，其中，所述部件的所述第一部分 的密度約為理論密度的95%。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的產(chǎn)品，其中，所述部件的所述第一部分 的密度大于理論密度的95%。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的產(chǎn)品，其中，所述第一粉末材料是含鐵的。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的產(chǎn)品，其中，所述第二部分的硬度大于 所述第一部分的硬度，且其中所述第二部分包括熔合并淬火的第二粉 末材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及壓制部件的選擇性燒結(jié)。一個(gè)實(shí)施例包括使用至少第一磁場壓制粉末材料以形成壓制件，且選擇性燒結(jié)所述壓制件的第一部分并剩下所述壓制件的第二部分未燒結(jié)，以形成部件。
文檔編號(hào)B22F3/16GK101612665SQ200910149989
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日
發(fā)明者S·G·瓦卡德 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司