一種鐵基粉末冶金零件的制造方法
【專利摘要】一種鐵基粉末冶金零件的制造方法，其特征在于步驟：1)設(shè)計(jì)材料組成；2）混料：其中碳元素采用鍍銅石墨粉；3）成型：將上述已混合粉末進(jìn)行壓制，得到生坯；4）預(yù)燒結(jié)：將生坯在非氧化性氣氛中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度800℃～1090℃，預(yù)燒結(jié)時(shí)間1～120分鐘；5）加工：包括復(fù)壓、機(jī)械加工、擠壓、表面滾壓；6）燒結(jié)：在非氧化性氣氛中進(jìn)行二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度大于1090℃。本發(fā)明采用鍍銅石墨粉作為碳源，與傳統(tǒng)的復(fù)壓復(fù)燒或二次壓燒工藝相比，其優(yōu)勢(shì)在于：其一，預(yù)燒結(jié)坯的硬度可以大幅度降低；其二，燒結(jié)較780～850℃預(yù)燒的充分，預(yù)燒后產(chǎn)品可以進(jìn)行機(jī)械加工，表面滾壓等受較大應(yīng)力的處理。
【專利說明】一種鐵基粉末冶金零件的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粉末冶金領(lǐng)域，尤其是一種鐵基粉末冶金零件的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]粉末冶金是生產(chǎn)高強(qiáng)度和形狀復(fù)雜的齒輪有效的工藝。目前，通過使用高性能的粉末、成型、燒結(jié)和特殊的后加工，粉末冶金工藝已經(jīng)可以生產(chǎn)出密度超過7.4g/cm3的零件。復(fù)壓復(fù)燒技術(shù)可以大幅提升產(chǎn)品的密度。采用普通的霧化鐵粉經(jīng)成形和燒結(jié)，鐵基粉末冶金零件的密度只能達(dá)到7.lg/cm3左右。要想進(jìn)一步提高粉末冶金零件的密度，可以采用成形-預(yù)燒結(jié)-復(fù)壓-二次燒結(jié)的復(fù)壓復(fù)燒工藝。預(yù)燒結(jié)有兩個(gè)作用。其一，對(duì)成形時(shí)已經(jīng)加工硬化的粉末進(jìn)行退火，降低鐵粉顆粒的屈服強(qiáng)度，利于二次壓制時(shí)提高密度。其二，脫出產(chǎn)品中的有機(jī)潤(rùn)滑劑。有機(jī)潤(rùn)滑劑由于密度較低，在產(chǎn)品中占據(jù)較大的空間，成形時(shí)這些潤(rùn)滑劑難以壓縮，密度的提高受到限制。而預(yù)燒時(shí)95%以上的潤(rùn)滑劑都能夠脫出，復(fù)壓時(shí)潤(rùn)滑劑占據(jù)的位置就可以壓縮，利于提高密度。
[0003]碳是鐵基粉末冶金材料的重要合金元素。一般的零件都不可避免地含有0.3%以上的碳。在鐵基粉末冶金中，碳基本以石墨的形態(tài)在混料時(shí)加入。由鐵粉與石墨粉的混合粉制成的結(jié)構(gòu)零件，其材料的強(qiáng)度同樣隨著含碳量增加而增高。由鐵粉與石墨粉的混合粉成形的壓坯，在燒結(jié)時(shí)，石墨中的碳擴(kuò)散到鐵中，形成奧氏體(碳在高溫形態(tài)鐵中的固溶體)壓還燒結(jié)后冷卻到室溫時(shí)，奧氏體發(fā)生相變，化合碳含量為0.80%時(shí),形成珠光體(鐵素體與滲碳體的共晶混合物);化合碳含量低于0.80%(即亞共析鋼)時(shí)，形成鐵素體與珠光體的混合物；化合碳含量高于0.80%(即過共析鋼)時(shí)，形成珠光體與滲碳體的混合物。
[0004]為了避免或減緩碳的擴(kuò)散，保留更多的鐵素體，一般預(yù)燒結(jié)溫度通常為780?850°C左右，隨著預(yù)燒結(jié)溫度的提升，碳的擴(kuò)散增加，珠光體等組織比例顯著增加。隨著珠光體含量增加，復(fù)壓的壓力增加，同時(shí)模具損耗也增加。
[0005]但是，由于預(yù)燒結(jié)溫度太低，燒結(jié)坯的強(qiáng)度不高，在封閉模腔中進(jìn)行復(fù)壓一般沒有大的問題，但現(xiàn)在產(chǎn)品的要求越來(lái)越高，例如要求產(chǎn)品的密度大于7.4g/cm3，齒輪(鏈輪)齒面表面致密化。例如高碳產(chǎn)品的表面致密化時(shí)難以進(jìn)行，采用預(yù)燒結(jié)的方式，由于強(qiáng)度不足，在滾壓時(shí)整個(gè)齒部完全脫落，難以實(shí)現(xiàn)致密化。
[0006]因此，為了得到硬度較低有較高延伸率的材料，一般僅加入少量的石墨作為合金元素(碳低于0.3%)，產(chǎn)品主要通過滲碳熱處理來(lái)進(jìn)行增碳，由于產(chǎn)品密度提高，滲碳時(shí)間太長(zhǎng)，強(qiáng)度難以達(dá)到要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在預(yù)燒結(jié)后具有較高的燒結(jié)強(qiáng)度，同時(shí)具有較低硬度的鐵基粉末冶金零件的制造方法。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種鐵基粉末冶金零件的制造方法，其特征在于包括以下步驟:
[0009]I)設(shè)計(jì)材料組成:根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，除鐵外，還至少包含有銅和碳兩種合金元素，碳含量0.1?1.2wt%,銅含量0.1?5.0wt% ；
[0010]2)混料:其中碳元素采用鍍銅石墨粉；
[0011]3)成型:將設(shè)計(jì)好的模具安裝到粉末冶金成型壓機(jī)上，并將上述已混合粉末進(jìn)行壓制，得到生坯；
[0012]4)預(yù)燒結(jié):將成型的生坯在非氧化性氣氛中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度800°C?1090°C，預(yù)燒結(jié)時(shí)間I?120分鐘；
[0013]5)加工；
[0014]6)燒結(jié):在非氧化性氣氛中進(jìn)行二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度大于1090°C，燒結(jié)時(shí)間5?90分鐘。
[0015]作為優(yōu)選，所述鍍銅石墨粉的化學(xué)成分為:碳:銅=20?60%:40?80%，其中有不超過2%的不可避免的雜質(zhì)，上述百分比為質(zhì)量百分比。
[0016]作為優(yōu)選，所述鍍銅石墨粉的松裝密度為2.0?6.0g/cm3,所述鍍銅石墨粉的粒度為-100目到-5000目。
[0017]優(yōu)選，所述步驟4)預(yù)燒結(jié)的燒結(jié)溫度為950?1080°C，時(shí)間20?120分鐘，燒結(jié)爐為網(wǎng)帶爐、推桿爐、鐘罩爐或真空爐。
[0018]優(yōu)選，所述步驟4)和步驟6)的非氧化性氣氛為氮基氣氛或真空。
[0019]優(yōu)選,所述非氧化性氣氛為含氫10vol%的氮?dú)錃夥铡?br> [0020]最后，所述加工還包括機(jī)械加工之前的復(fù)壓、和機(jī)械加工之后的擠壓、表面滾壓。[0021 ] 所述材料組成還包含有(λ 2?L 3wt%的鑰或者0.1?5wt%鉻。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:采用鍍銅石墨粉作為碳源，與傳統(tǒng)的復(fù)壓復(fù)燒或二次壓燒工藝相比，其優(yōu)勢(shì)在于:其一，預(yù)燒結(jié)坯的硬度可以大幅度降低；其二，燒結(jié)較780?850°C預(yù)燒的充分；另外產(chǎn)品可以進(jìn)行機(jī)械加工，表面滾壓等受較大應(yīng)力的加工處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為鍍銅石墨粉的照片；
[0024]圖2為實(shí)施例1預(yù)燒結(jié)后的金相組織；
[0025]圖3為實(shí)施例1燒結(jié)后的金相組織；
[0026]圖4為實(shí)施例2預(yù)燒結(jié)后的金相組織；
[0027]圖5為實(shí)施例2燒結(jié)后的金相組織；
[0028]圖6為實(shí)施例3預(yù)燒結(jié)后的金相組織；
[0029]圖7為實(shí)施例3燒結(jié)后的金相組織；
[0030]圖8為實(shí)施例4預(yù)燒結(jié)后的金相組織；
[0031]圖9為實(shí)施例4燒結(jié)后的金相組織；
[0032]圖10為實(shí)施例5預(yù)燒結(jié)后的金相組織；
[0033]圖11為實(shí)施例5燒結(jié)后的金相組織；
[0034]圖12為零件表面的孔隙圖鑒圖；
[0035]圖13為零件表面的孔隙圖鑒圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0037]實(shí)施例1
[0038]I)設(shè)計(jì)材料組成:材料為MFIF FC0200，碳為0.3%，銅為1.6%，2%以下的不可避免的其他成分，余為鐵，質(zhì)量百分百。
[0039]2)混料，其中石墨采用含石墨為50%銅為50%的鍍銅石墨粉，比例為0.6%，霧化純鐵粉為97.7%，電解銅粉:1.3%，潤(rùn)滑劑0.4% ;質(zhì)量百分百。
[0040]3)成型:將設(shè)計(jì)好的模具安裝到粉末冶金成型壓機(jī)上，并將上述已混合粉末進(jìn)行壓制，得到生坯；
[0041]4)預(yù)燒結(jié):將成型生坯在含氫10vol%的氮?dú)錃夥罩羞M(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度10500C，預(yù)燒結(jié)時(shí)間30鐘；
[0042]5)燒結(jié):燒結(jié)溫度1120°C，燒結(jié)時(shí)間45分鐘，氣氛為含氫10vol%的氮?dú)錃夥眨?br> [0043]預(yù)燒結(jié)后硬度為HRB25?32，珠光體含量為0%，見圖2。燒結(jié)后珠光體含量為20%，硬度為HRB38?42，金相組織見圖3。
[0044]實(shí)施例2
[0045]I)設(shè)計(jì)材料組成:材料為MFIF FC0205，碳為0.6%，銅為1.6%，2%以下的不可避免的其他成分，余為鐵，質(zhì)量百分百。
[0046]2)混料，其中石墨采用含石墨為50%銅為50%的鍍銅石墨粉，比例為1.2%，霧化鐵粉為97.4%，電解銅粉:1.0%，潤(rùn)滑劑0.4% ;質(zhì)量百分百。
[0047]3)成型:將設(shè)計(jì)好的模具安裝到粉末冶金成型壓機(jī)上，并將上述已混合粉末進(jìn)行壓制，得到生坯；
[0048]4)預(yù)燒結(jié):將成型生坯在含氫10vol%的氮?dú)錃夥罩羞M(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度1040°C，預(yù)燒結(jié)時(shí)間30鐘；
[0049]5)燒結(jié):燒結(jié)溫度大于1120°C，燒結(jié)時(shí)間60分鐘，氣氛為含氫10vol%的氮?dú)錃夥眨?br> [0050]預(yù)燒結(jié)后硬度為HRB43?50，珠光體含量為35%，金相組織見圖4。燒結(jié)后珠光體含量為75%，硬度為HRB55?61，金相組織見圖5。
[0051]實(shí)施例3
[0052]I)設(shè)計(jì)材料組成:碳為0.6%，銅為1.6%，鑰為0.35%，2%以下的不可避免的其他成分，余為鐵，質(zhì)量百分百。
[0053]2)混料，其中石墨采用含石墨為50%銅為50%的鍍銅石墨粉，比例為1.2%，含鑰
0.85%的鐵鑰合金粉為40%，霧化鐵粉為57.4%，電解銅粉:1.0%，潤(rùn)滑劑0.4% ;質(zhì)量百分百。
[0054]3)成型:將設(shè)計(jì)好的模具安裝到粉末冶金成型壓機(jī)上，并將上述已混合粉末進(jìn)行壓制，得到生坯；
[0055]4)預(yù)燒結(jié):將成型生坯在含氫10vol%的氮?dú)錃夥罩羞M(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度10600C，預(yù)燒結(jié)時(shí)間30鐘；
[0056]5)燒結(jié):燒結(jié)溫度大于1120°C,燒結(jié)時(shí)間25分鐘,氣氛為含氫10vol%的氮?dú)錃夥眨?br> [0057]預(yù)燒結(jié)后硬度為HRB41?50，上貝氏體25%，鐵素體75%，金相組織見圖6。燒結(jié)后硬度為HRB65?68，上貝氏體50%，珠光體25%，鐵素體25%，金相組織見圖7。
[0058]實(shí)施例4
[0059]I)設(shè)計(jì)材料組成:碳為0.25%，銅為0.2%，鉻為1.5%，2%以下的不可避免的其他成分，余為鐵，質(zhì)量百分百。
[0060]2)混料，其中石墨采用含石墨為50%銅為50%的鍍銅石墨粉，比例為0.5%，含鉻
1.5%鐵鉻合金粉為99.1%，潤(rùn)滑劑0.4% ;質(zhì)量百分百。
[0061]3)成型:將設(shè)計(jì)好的模具安裝到粉末冶金成型壓機(jī)上，并將上述已混合粉末進(jìn)行壓制，得到生坯；
[0062]4)預(yù)燒結(jié):將成型生坯在含氫10vol%的氮?dú)錃夥罩羞M(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度10600C，預(yù)燒結(jié)時(shí)間30鐘；
[0063]5)燒結(jié):燒結(jié)溫度大于1120°C，燒結(jié)時(shí)間60分鐘，氣氛為含氫10vol%的氮?dú)錃夥眨?br> [0064]預(yù)燒結(jié)后硬度為HRB18?20，金相組織見圖8。燒結(jié)后硬度為HRB53，金相組織見圖9。
[0065]實(shí)施例5
[0066]I)設(shè)計(jì)材料組成:碳為0.65%，銅為0.65%，鉻為1.5%，2%以下的不可避免的其他成分，余為鐵，質(zhì)量百分百。
[0067]2)混料，其中石墨采用含石墨為50%銅為50%的鍍銅石墨粉，比例為1.3%，含鉻
1.5%鐵鉻合金粉為98.3%，潤(rùn)滑劑0.4% ;質(zhì)量百分百。
[0068]3)成型:將設(shè)計(jì)好的模具安裝到粉末冶金成型壓機(jī)上，并將上述已混合粉末進(jìn)行壓制，得到生坯；
[0069]4)預(yù)燒結(jié):將成型生坯在含氫10vol%的氮?dú)錃夥罩羞M(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度10600C，預(yù)燒結(jié)時(shí)間30鐘；
[0070]5)表面滾壓:將零件放在表面滾壓機(jī)上進(jìn)行滾壓。
[0071]6)燒結(jié):燒結(jié)溫度大于1120°C，燒結(jié)時(shí)間45分鐘，氣氛為含氫10vol%的氮?dú)錃夥眨?br> [0072]7)金相檢測(cè):預(yù)燒結(jié)后硬度為HRB70，金相組織見圖10 ;燒結(jié)后硬度為HRB82，金相組織見圖11。
[0073]零件表面的孔隙圖鑒圖12 ；
[0074]實(shí)施例6
[0075]I)設(shè)計(jì)材料組成:碳為0.65%，銅為0.65%，鉻為1.5%，2%以下的不可避免的其他成分，余為鐵，質(zhì)量百分百。
[0076]2)混料，其中石墨采用石墨粉，比例為0.65%，銅為電解銅粉，比例為0.65%，含鉻
1.5%鐵鉻合金粉為98.3%，潤(rùn)滑劑0.4% ;質(zhì)量百分百。
[0077]3)成型:將設(shè)計(jì)好的模具安裝到粉末冶金成型壓機(jī)上，并將上述已混合粉末進(jìn)行壓制，得到生坯；
[0078]4)預(yù)燒結(jié):將成型生坯在含氫10vol%的氮?dú)錃夥罩羞M(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度10600C，預(yù)燒結(jié)時(shí)間30鐘；
[0079]5)表面滾壓:將零件放在表面滾壓機(jī)上進(jìn)行滾壓。
[0080]6)燒結(jié):燒結(jié)溫度大于1120°C，燒結(jié)時(shí)間45分鐘，氣氛為含氫10vol%的氮?dú)錃夥眨?br> [0081]7)金相檢測(cè):零件表面的孔隙圖鑒圖13。
[0082]由圖12和圖13對(duì)比可以看出，采用銅包覆石墨粉，在滾壓后，可以有效減少孔隙的數(shù)量，同時(shí)表面致密層的厚度更深。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵基粉末冶金零件的制造方法，其特征在于包括以下步驟: .1)設(shè)計(jì)材料組成:根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，除鐵外，還至少包含有銅和碳兩種合金元素，碳含量0.1?1.2wt%,銅含量0.1?5.0wt% ； . 2)混料:其中碳元素采用鍍銅石墨粉； .3)成型:將設(shè)計(jì)好的模具安裝到粉末冶金成型壓機(jī)上，并將上述已混合粉末進(jìn)行壓制，得到生坯； . 4)預(yù)燒結(jié):將成型的生坯在非氧化性氣氛中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度800°C?1090°C，預(yù)燒結(jié)時(shí)間1?120分鐘； . 5)加工； . 6)燒結(jié):在非氧化性氣氛中進(jìn)行二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度大于1090°C，燒結(jié)時(shí)間5?90分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述鍍銅石墨粉的化學(xué)成分為:碳:銅=20?60%:40?80%，其中有不超過2%的不可避免的雜質(zhì)，上述百分比為質(zhì)量百分比。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于:所述鍍銅石墨粉的松裝密度為.2.0?6.0g/cm3，所述鍍銅石墨粉的粒度為-100目到-5000目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述步驟4)預(yù)燒結(jié)的燒結(jié)溫度為.950?1080°C，時(shí)間20?120分鐘，燒結(jié)爐為網(wǎng)帶爐、推桿爐、鐘罩爐或真空爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述步驟4)和步驟6)的非氧化性氣氛為氮基氣氛或真空。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于:所述非氧化性氣氛為含氫10vol%的氮?dú)錃夥铡?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述加工包括機(jī)械加工，擠壓成形，整形，復(fù)壓，表面滾壓致密化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述材料組成還包含有0.2?.1.3wt%的鑰或者0.1?5wt%鉻。
【文檔編號(hào)】B22F3/16GK104368816SQ201310353629
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】包崇璽, 王勁松 申請(qǐng)人:東睦新材料集團(tuán)股份有限公司