一種粉末冶金鋁合金相位器轉(zhuǎn)子的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種粉末冶金鋁合金相位器轉(zhuǎn)子的制備方 法，應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 可變氣門(mén)正時(shí)能優(yōu)化氣門(mén)特性參數(shù)，改善發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣性能，較好的滿足發(fā)動(dòng)機(jī) 在高轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷與小負(fù)荷時(shí)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、廢氣排放的要求，整體提高發(fā)動(dòng)機(jī) 綜合性能。按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)，液壓連續(xù)可變相位器大體可分為葉片式和柱塞式兩大類(lèi)。葉 片式連續(xù)可變凸輪相位器系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部油壓作用于葉片使其偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了相位角的無(wú)級(jí)調(diào) 節(jié)，在相同的情況下，相位調(diào)節(jié)范圍和響應(yīng)速度方面有了大幅度提升，而且在起動(dòng)、怠速等 的鎖止裝置也充分保障了系統(tǒng)的可靠性，使發(fā)動(dòng)機(jī)性能獲得相比其它相位器有更大的改 善。葉片式凸輪相位器的主要部件由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子與傳動(dòng)齒輪固定連接，后者通過(guò) 軸向中心螺栓與凸輪軸抗扭矩連接，其中，轉(zhuǎn)子作為葉輪構(gòu)成。
[0003] 目前在可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)行業(yè)，葉片式相位器轉(zhuǎn)子通常采用燒結(jié)鋼或壓鑄、擠壓 鋁合金制造。燒結(jié)鋼轉(zhuǎn)子致密度大約在90%，存在連通的孔隙，可能發(fā)生油泄漏，精加工時(shí) 費(fèi)用很高，較重。隨著汽車(chē)輕量化的要求，出現(xiàn)了鋁合金相位器轉(zhuǎn)子，制造形式為壓鑄或擠 壓型材后機(jī)加工，加工量大，加工成本高，材料利用率低，由于制造方法的限制，材料成分相 對(duì)固定，合金元素不能隨意變化，不能制造含有高硅含量或含有碳化硅顆粒的產(chǎn)品。壓鑄件 存在一些固有缺陷，比如：在澆鑄時(shí)，熔液前端的溫度太低，相疊時(shí)產(chǎn)出痕跡（冷紋）；容易 產(chǎn)生氣孔、縮孔等缺陷，顯微組織不均勻，表面晶粒較細(xì)，心部晶粒粗大，嚴(yán)重影響零件的力 學(xué)性能；大多數(shù)壓鑄鋁合金不可熱處理，所以強(qiáng)度不高。擠壓變形鋁合金轉(zhuǎn)子可進(jìn)行熱處理 強(qiáng)化，力學(xué)性能較高，但生產(chǎn)工藝復(fù)雜，對(duì)于形狀復(fù)雜及精度要求高的產(chǎn)品，需要進(jìn)行大量 的機(jī)加工，生產(chǎn)成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、成本低的粉末冶 金鋁合金相位器轉(zhuǎn)子的制備方法，可適合批量生產(chǎn)，制得的粉末冶金制相位器轉(zhuǎn)子具有較 好的力學(xué)性能。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種粉末冶金鋁合金相位器轉(zhuǎn)子 的制備方法，其特征在于依次包括以下步驟：
[0006] 1)將鋁粉、Al-Mg合金母粉、Al-Si合金母粉、Al-Fe合金母粉、銅粉、鎳粉及有機(jī)潤(rùn) 滑劑按下述質(zhì)量比例混合成混合粉，使得各元素在總組分中的質(zhì)量百分含量為：銅1. 8~ 3. 0%，鎂1. 0~2. 0%，鐵1. 0~1. 5% ;鎳0. 8~2. 0%，硅0. 1~0. 5%，有機(jī)潤(rùn)滑劑： 0. 8~1. 5%,不超過(guò)2%的不可避免雜質(zhì)，余量為錯(cuò)；
[0007] 2)使用模具壓制成形得到粉末冶金生坯，成形壓力150~650MPa，成形密度 2. 20 ~2. 75g/cm3 ;
[0008] 3)將粉末冶金生坯置于燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為530~635°C，燒結(jié)時(shí)間 30~90分鐘，燒結(jié)還密度大于2. 60g/cm3 ;
[0009] 4)對(duì)燒結(jié)坯進(jìn)行噴砂去毛刺；
[0010] 5)接著對(duì)燒結(jié)坯進(jìn)行固溶處理，固溶溫度450~560°C，固溶保溫時(shí)間30~ 60min，淬火；
[0011] 6)將淬火處理后的燒結(jié)坯進(jìn)行復(fù)壓精整，復(fù)壓精整變形量不小于15% ;
[0012] 7)對(duì)零件進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為195~205°C，時(shí)效時(shí)間50~500分鐘；
[0013] 8)最后對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行車(chē)削加工，達(dá)到最終尺寸要求。
[0014] 作為優(yōu)選，所述步驟1)的有機(jī)潤(rùn)滑劑為蠟類(lèi)或酰胺類(lèi)潤(rùn)滑劑。
[0015] 作為優(yōu)選，所述步驟2)的鋁粉采用高純度霧化鋁粉，該霧化鋁粉中氧含量小于 0. 3(wt) %，壓制性能在250MPa下大于2. 60g/cm3,松裝密度大于1. 05g/cm3,流速25~ 30s/50g，平均粒度為150±10μπι之間。
[0016] 作為優(yōu)選，所述步驟2)的Al-Mg合金母粉中Mg含量為49~51 (wt) %，含氧量小 于0. 2 (wt) %，平均粒度為5~8 μ m ;A1-Si合金母粉中Si含量為18~38 (wt) %，含氧量 小于0. 2 (wt) %，平均粒度為10~15 μ m ;A1-Fe合金粉中Fe含量為9~11 (wt) %，含氧量 小于0. 2 (wt) %，平均粒度為10~15 μ m，銅粉為電解銅粉，銅含量彡99. 9 (wt) %，平均粒度 為8~10 μ m ;鎳粉為羰基鎳粉，鎳含量彡99. 9 (wt) %，平度粒度為3. 0~5. 5 μ m。
[0017] 作為優(yōu)選，所述步驟3)模具采用硬質(zhì)合金陰模和高速鋼模沖，成形壓力為450~ 600MPa，成形密度大于2. 50g/cm3。
[0018] 作為改進(jìn)，所述步驟4)燒結(jié)是在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，保護(hù)氣氛為高純氮，氧含量低 于10PPM，露點(diǎn)低于-40°C，燒結(jié)溫度為580~605°C，燒結(jié)爐為網(wǎng)帶爐。
[0019] 再改進(jìn)，所述步驟4)噴砂采用的磨料為氧化鋁顆?；蜾撋?，顆粒尺寸小于 200 μ m,噴砂時(shí)間大于30秒。
[0020] 再優(yōu)選，所述步驟5)的固溶溫度為450~560°C，淬火介質(zhì)為水，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間 < 10s。
[0021] 再優(yōu)選，所述步驟6)的復(fù)壓精整需在固溶-淬火處理后4小時(shí)內(nèi)進(jìn)行，復(fù)壓精整 在整形壓機(jī)上，在整形模具中進(jìn)行全整形。
[0022] 再優(yōu)選，所述步驟7)的時(shí)效處理需在復(fù)壓精整后2小時(shí)內(nèi)進(jìn)行，時(shí)效處理的時(shí)間 為3~8h。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：提供了一種材料利用率高，生產(chǎn)成本低，適 合于大批量生產(chǎn)的鋁合金轉(zhuǎn)子生產(chǎn)方法，與燒結(jié)鋼材質(zhì)的轉(zhuǎn)子相比，鋁合金粉壓制性能好， 壓制時(shí)所需壓力僅為鐵粉的一半，這樣就使得壓制模具具有較長(zhǎng)的使用壽命，壓制速度更 快，壓制成本降低；燒結(jié)鋁合金的的溫度遠(yuǎn)低于燒結(jié)鋼，燒結(jié)過(guò)程中能耗降低；燒結(jié)過(guò)程中 僅需要氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣氛，經(jīng)濟(jì)效益提高；粉末冶金鋁轉(zhuǎn)子的加工性能更好，包括加工速度 更快，表面粗糙度好，刀具壽命長(zhǎng)；在運(yùn)輸和存儲(chǔ)過(guò)程中不需要進(jìn)行表面防護(hù)處理。與壓鑄 或擠壓鋁合金轉(zhuǎn)子相比，粉末冶金是一種近凈成形的技術(shù)，鋁合金原材料利用率高，生產(chǎn)效 率高，生產(chǎn)成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉(zhuǎn)子的外觀示意圖；
[0025] 圖2(a)是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉(zhuǎn)子所用純鋁粉粉末顆粒形貌圖；
[0026] 圖2 (b)是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉(zhuǎn)子所用Al-Mg合金粉的粉末顆粒形 貌圖；
[0027] 圖2(c)是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉(zhuǎn)子所用Al-Si合金粉的粉末顆粒形 貌圖；
[0028] 圖2 (d)是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉(zhuǎn)子所用Al-Fe合金粉的粉末顆粒形 貌圖；
[0029] 圖2(e)是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉(zhuǎn)子所用電解銅粉的粉末顆粒形貌 圖；
[0030] 圖2(f)是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉(zhuǎn)子所用羰基鎳粉的粉末顆粒形貌 圖；
[0031] 圖3是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉(zhuǎn)子燒結(jié)后的孔隙照片；
[0032] 圖4是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉(zhuǎn)子熱處理后的顯微組織照片；
[0033] 圖5是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉(zhuǎn)子熱處理后的斷口掃描照片。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的特點(diǎn)，采用元素粉末進(jìn)行配料設(shè)計(jì)鋁銅鎂鐵鎳系合金材料，元素粉 末通過(guò)混合后室溫壓制成型，然后在網(wǎng)帶爐中燒結(jié)，燒結(jié)產(chǎn)品再進(jìn)行固溶、整形、時(shí)效、機(jī)加 工、去毛刺處理，得到尺寸及性能均滿足使用性能的相位器轉(zhuǎn)子。
[0035] 實(shí)施例1 :
[0036] 1、將鋁粉、高合金母粉（Al-Mg合金母粉、Al-Si合金母粉、Al-Fe合金母粉）、銅 粉、鎳粉及有機(jī)潤(rùn)滑劑按下述質(zhì)量比例混合，使得各元素在總組分中的質(zhì)量百分含量為：銅 2. 0%，鎂2.0%，鐵1.0%;鎳1.8%，硅0.25%，蠟類(lèi)潤(rùn)滑劑：1.0%，不超過(guò)2%的不可避免 雜質(zhì)，余量為鋁；混料時(shí)采用雙錐混料機(jī)，混料機(jī)轉(zhuǎn)速為15rpm，混料時(shí)間30min。
[0037] 2、將混合均勻的轉(zhuǎn)子材料粉末，在設(shè)計(jì)的模具中250MPa壓強(qiáng)下壓制成形得到粉 末冶金錯(cuò)轉(zhuǎn)子生還，生還的成形密度為2. 60g/cm3。
[0038] 3、將壓制成形的粉末冶金轉(zhuǎn)子置于連續(xù)燒結(jié)爐的網(wǎng)帶上進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)溫度為 595°C，燒結(jié)氣氛為高純氮?dú)?，燒結(jié)時(shí)間60分鐘，粉末冶金轉(zhuǎn)子的燒結(jié)密度為2. 62g/cm3。
[0039] 4、燒結(jié)結(jié)束后進(jìn)行噴砂去毛刺，所用砂子粒度小于200 μ m，噴砂時(shí)間大于30秒。
[0040] 5、去毛刺后粉末冶金轉(zhuǎn)子進(jìn)行固溶、淬火處理，固溶溫度為515°C，固溶保溫時(shí)間 為60min，淬火介質(zhì)為水，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間< 10s。
[0041] 6、將固溶-淬火處理后的轉(zhuǎn)子在4小時(shí)內(nèi)進(jìn)行復(fù)壓精整，復(fù)壓精整在整形壓機(jī)上， 在整形模具中進(jìn)行全整形，整形變形量15%。大變形量的整形可矯正因燒結(jié)而引起的粉末 冶金轉(zhuǎn)子的變形，使零件更接近圖紙尺寸，同時(shí)為下一步的時(shí)效提供形變，縮短時(shí)效時(shí)間。
[0042] 7、經(jīng)精整后的轉(zhuǎn)子在2小時(shí)內(nèi)進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為195°C，時(shí)效時(shí)間8h，時(shí) 效后轉(zhuǎn)子的顯微組織見(jiàn)圖4,斷口形貌見(jiàn)圖5,熱處理后的力學(xué)性能如表1所示。
[0043] 8、按相位器轉(zhuǎn)子圖紙，對(duì)轉(zhuǎn)子的進(jìn)行精密車(chē)削。
[0044] 實(shí)施例1所制轉(zhuǎn)子的力學(xué)性能與擠壓方法制的轉(zhuǎn)子性能對(duì)比如表1所示：粉末冶 金鋁相位器轉(zhuǎn)子室溫及高溫強(qiáng)度都均優(yōu)于擠壓方法所生產(chǎn)的轉(zhuǎn)子，但延伸率及硬度稍低。<