一種高強(qiáng)度汽車零部件粉末冶金件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有更高強(qiáng)度的汽車零部件粉末冶金件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]粉末冶金作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中已起著不可缺少的作用。隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，我國粉末冶金已從50年代制作含油軸承的初級(jí)階段，向著制作中、高強(qiáng)度的機(jī)械結(jié)構(gòu)零件方向發(fā)展。用粉末冶金方法制造機(jī)械結(jié)構(gòu)零件，有著少、無切削的特性，又能夠自動(dòng)化、大批量生產(chǎn)，所以用粉末冶金制造機(jī)械結(jié)構(gòu)零件具有材料利用率高、能耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且基本沒有環(huán)境污染，是公認(rèn)的綠色技術(shù)。幾十年來，我國粉末冶金技術(shù)突飛猛進(jìn)，新材料、新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。
[0003]汽車用離合器盤轂芯是離合器的中心，承受著芯軸(花鍵)的持續(xù)或瞬間的正反扭動(dòng)，需要有足夠的強(qiáng)度，為保證使用壽命，還要有一定的表面硬度。目前生產(chǎn)“盤轂芯”(DK15)所用材料為45號(hào)鋼，經(jīng)鍛造、機(jī)加工、熱處理完成其制作，整個(gè)過程因其復(fù)雜的形狀，機(jī)械加工強(qiáng)度非常大，材料耗損大。采用鋼材加工每個(gè)基料重約270克，制成的成品約重75克，那么就有約195克金屬廢料。而用粉末冶金工藝制作相同的“盤轂芯”，成品重約70克，使用金屬粉末約70.3克，材料的利用率非常高，而且基本不用機(jī)加工。
[0004]采用粉末冶金制作零部件也有其不足之處，即所制得零部件產(chǎn)品的密度達(dá)不到致密體鋼材那么高，目前粉末冶金機(jī)械結(jié)構(gòu)零件常規(guī)制作密度在6.8?7.0克/立方厘米之間，較低的密度限制了成品強(qiáng)度的提高，因而提高制品的密度也是粉末冶金一個(gè)永恒的追求。所以，在面臨著“盤轂芯”這樣一個(gè)高強(qiáng)度要求的零件時(shí)，用現(xiàn)有制作方法顯然無法滿足提高強(qiáng)度的要求，提高金屬粉末冶金件的強(qiáng)度是擺在本領(lǐng)域技術(shù)人員面前的一道難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種高強(qiáng)度粉末冶金件及其制備方法，尤其適于作為汽車零部件制造，通過設(shè)計(jì)合金成分、配比，改善冶金工藝來提高粉末冶金件的密度和金相組織以達(dá)到提高冶金件強(qiáng)度的目的。
[0006]本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為:一種高強(qiáng)度汽車零部件粉末冶金件，按質(zhì)量百分比計(jì)，其化學(xué)成分為c:0.25?0.35%，N1:2.5?3.5%，Cu:1.7?2.6%，Mo:0.8?1.0%，P:0.3?0.75%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0007]粉末原料的粒度具體為，:石墨:300目以細(xì)，鎳粉:250目以細(xì)，銅粉:200目以細(xì)，鉬粉:250目以細(xì)，磷粉:250目以細(xì)，鐵粉:小于100目、大于150目的鐵粉，占鐵粉總質(zhì)量的20?25% ;小于150目、大于200目的鐵粉，占鐵粉總質(zhì)量的25?35% ;小于200目、大于325目的鐵粉，占鐵粉總質(zhì)量的25?35% ;325目以細(xì)的鐵粉，占鐵粉總質(zhì)量的20?25%。
[0008]本發(fā)明所對(duì)應(yīng)的粉末冶金件成品的密度為7.3?7.4g/cm3，與現(xiàn)有粉末冶金件相比，質(zhì)地更加致密，密度有了顯著提高，最終成品的強(qiáng)度也得到了明顯提高。
[0009]本發(fā)明粉末冶金件的主要組分是這樣確定的:
鎳:可以在提高材料的強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，明顯改善材料的沖擊韌性，使材料獲得良好的綜合力學(xué)性能，并能使材料具有較好的淬透性和耐磨性。
[0010]銅:在材料中除了有很好的固溶強(qiáng)化作用，還能起到活化燒結(jié)的作用，因此有利于提高材料的密度和強(qiáng)度。另外能改善材料的抗腐蝕、抗氧化性能。還能減少零件燒結(jié)時(shí)的收縮變形，有利于提高零件的幾何尺寸精度。
[0011]磷:磷的原子半徑為0.077nm,能與鐵形成間隙式固溶體，間隙式固溶體引起的晶格畸變能高，因此強(qiáng)化的效果十分顯著。綜合而言，磷在材料中可起到固溶強(qiáng)化、孔隙球化和活化燒結(jié)的作用，能使材料獲得較高的強(qiáng)度和密度，并使沖擊韌性得到改善。
[0012]鉬:有很強(qiáng)的細(xì)化晶粒的作用，對(duì)提高材料的強(qiáng)度、淬透性、紅硬性有很明顯的效果，并能有效地減少回火脆性。材料熱處理時(shí)能獲得較好的綜合力學(xué)性能。
[0013]本發(fā)明的另一目的是提供上述高強(qiáng)度汽車零部件粉末冶金件的制備方法，工藝流程為配料一混合一壓制一燒結(jié)一尚溫?zé)Y(jié)一熱處理一拋光一光飾一成品檢測(cè)一充油一打包，其中，
混合是將配好的粉末物料投入至混合機(jī)，充分混勻；
壓制是在模具與粉料均加溫保持在100°c ± 10°C的溫度下進(jìn)行的，壓制工藝:壓力:1000KN?1600KN，與傳統(tǒng)壓制方法相比，高溫壓制顯著提高壓坯的密度；
燒結(jié)工藝:燒結(jié)溫度:1120°C ±5°C，燒結(jié)時(shí)間:5?8h，將壓還正常燒結(jié)；
高溫?zé)Y(jié)工藝:將壓坯正常燒結(jié)后再進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，高溫?zé)Y(jié)溫度:1280°C ±5°C，高溫?zé)Y(jié)時(shí)間:5?10h，此時(shí)坯料中的鎳、鉬元素充分合金化，元素的性能得到充分發(fā)揮，另夕卜，高溫?zé)Y(jié)能夠使產(chǎn)品的尺寸少量收縮，使密度得到提高，達(dá)到7.40 g/cm3；
熱處理:將工件加熱至900 ± 15 °C，保溫70 土 lOmin，油淬；隨后回火，回火加熱溫度250±10°C，回火保溫時(shí)間90±10min，通過碳氮共滲熱處理，提高產(chǎn)品的表面硬度值HRC25 ?30 ；
拋光:去除廣品毛刺；
光飾:提尚廣品表面光澤度；
充油:于負(fù)壓狀態(tài)下向產(chǎn)品內(nèi)充入占粉末冶金件4%體積比的潤滑油，提高產(chǎn)品在使用中的耐磨性。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明通過重新設(shè)計(jì)粉末冶金件的元素成分，提高粉末冶金件的致密度、提高強(qiáng)度和表面硬度。進(jìn)一步地，主體合金元素除了多具備能提高材料的密度、強(qiáng)度、硬度及沖擊韌性等綜合力學(xué)性能外，關(guān)鍵是這些元素的組合還能夠相互克服其自身的某些缺陷，如混合于鐵粉與石墨粉混合粉中的細(xì)鎳粉，通常燒結(jié)時(shí)不能充分?jǐn)U散，但銅粉與磷粉的加入能使這種缺陷得到改善。在高溫?zé)Y(jié)過程中，使元素合金化，金相組織發(fā)育地更加成熟穩(wěn)定。
[0015]與現(xiàn)有粉末冶金件相比，本發(fā)明重新設(shè)計(jì)了成分，改進(jìn)了粉末冶金件的壓制燒結(jié)工藝，獲得了一種致密性更高的粉末冶金件，所對(duì)應(yīng)制造的汽車零部件密度大，強(qiáng)度和表面硬度均得到了顯著地增加。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0017]實(shí)施例1
本實(shí)施例中的高強(qiáng)度汽車零部件“盤轂芯”粉末冶金件，按質(zhì)量百分比計(jì)，其化學(xué)成分為 C:0.3%，N1:3%，Cu:2%，Mo:0.5%，P:0.5%，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
[0018]元素組分所對(duì)應(yīng)的原料包括石墨:300目以細(xì)，鎳粉:250目以細(xì)，銅粉:200目以細(xì)，鉬粉:250目以細(xì)，磷粉:250目以細(xì)，鐵粉:小于100目、大于150目的鐵粉，占鐵粉總質(zhì)量的20?25% ;小于150目、大于200目的鐵粉，占鐵粉總質(zhì)量的25?35% ;小于200目、大于325目的鐵粉，占鐵粉總質(zhì)量的25?35% ;325目以細(xì)的鐵粉，占鐵粉總質(zhì)量的20?25%。
[0019]上述高強(qiáng)度盤轂芯粉末冶金件的制備方法，工藝流程為配料一混合一壓制一燒結(jié)一高溫?zé)Y(jié)一熱處理一拋光一光飾一成品檢測(cè)一充油一打包，其中，
混合是將配好的粉末物料投入至混合機(jī)，充分混勻；
壓制是在模具與粉料均加溫保持在100°C ± 10°C的溫度下進(jìn)行的，壓制工藝:壓力:1000KN?1600KN，高溫壓制顯著提高壓還的密度至7.30?7.40 g/cm3；
燒結(jié)工藝:燒結(jié)溫度:1120°C ±5°C，燒結(jié)時(shí)間:5h，將壓還正常燒結(jié)；
高溫?zé)Y(jié)工藝:將壓坯正常燒結(jié)后再進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，高溫?zé)Y(jié)溫度