CN101612665B - 压制部件的选择性烧结 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压制部件的选择性烧结。一个实施例包括使用至少第一磁场压制粉末材料以形成压制件，且选择性烧结所述压制件的第一部分并剩下所述压制件的第二部分未烧结，以形成部件。

Description

压制部件的选择性烧结
技术领域
本发明总体上涉及的领域包括压制部件的选择性烧结。
背景技术
公知为“挤压和烧结”的粉末冶金过程包括将金属粉末压紧以获得具有期望形状的部件。然后，整个部件被放置在处于低于金属熔化温度的烧结温度的炉内。在烧结期间粉末颗粒结合或熔合。对于采用常规方法制成的用于任何工程应用的部件来说，该炉烧结操作可能是必要的，因为该部件的未淬火(未烧结)密度足够低，使得部件在很少或无作用力的情况下或由于误操作而破裂。在常规方法中，在整个部件被烧结后对部件进行机加工。与单一挤压和烧结技术相对，二次挤压和烧结技术包括将金属粉末压制(挤压)以制成未淬火压制件、在低于最终烧结温度的温度处预烧结该未淬火压制件、再压制和烧结。该二次挤压技术可以获得比单一挤压技术稍高的密度。
动磁压制(DMC)技术能够制成的部件具有比采用常规挤压和烧结技术制成的部件更高的未淬火密度和更高的性能。DMC方法施加由非接触电磁作用力产生的压力，以将粉末状和/或颗粒材料压制成高密度本体。
发明内容
一个实施例包括使用至少第一磁场将粉末材料压制，以形成压制件，并选择性地烧结该压制件的第一部分和剩下压制件的第二部分未烧结，以形成部件。
本发明的其它示例性实施例将从后文提供的详细说明显而易见。应当理解的是，虽然该详细的说明和特定实例公开了本发明的示例性实施例，但是它们仅旨在描述目的且不旨在限定本发明的范围。
附图说明
从详细说明和附图将能更完整地理解本发明的示例性实施例，其中：
图1示出了根据一个实施例的产品；
图2示出了根据一个实施例的产品。
具体实施方式
后述的实施例本质上仅为示例性(说明性)的，且不旨在以任何方式限定本发明、其应用或使用。根据一个实施例，使用这样的方法制成部件：压制粉末状和/或颗粒材料以形成具有任何合适形状和大小的未淬火压制件，随后选择性烧结需要强化的压制件区域，并可选地淬火以使得部件的选择性烧结区域硬化。压制粉末状和/或颗粒材料可用于制成多种产品，包括但不局限于杆件和齿轮。参考图1，采用一个实施例方法制成的部件10具有已烧结部分12和未烧结部分14。在一个实施例中，已烧结部分12能够被烧结硬化。根据一个实施例制成部件10的方法能够降低部件的制造成本，同时保持该部件对于其所期望应用来说足够的强度。如图2所示，在一个实施例中部件10能够是具有已烧结部分12和未烧结部分14的凸轮轴凸角16。
粉末状和/或颗粒材料能够是，例如但不局限于，金属、金属合金、金属复合物、陶瓷复合物以及陶瓷和金属合成物。在一个实施例中该粉末材料可以是含铁的。压制粉末状和/或颗粒材料能够使用磁场来实现。在一个示例性实施例中，该压制可使用动磁压制(DMC)过程来实现。DMC过程使用电磁形成一个或多个衬底或容器，所述衬底或容器覆盖或保持该粉末状和/或颗粒材料。在一个示例性实施例中，提供磁场产生部件。粉末状和/或颗粒材料能够放置在导电容器或套管中。该容器能够包括导电材料，例如但不局限于，铜、银、铝、不锈钢及它们的合金。磁场产生部件可操作产生第一磁场。
在一个实施例中，磁场产生部件(例如但不局限于，导电线圈)可以放置成环绕该导电容器。在一个实施例中，从该容器分离的电源能够以快速电流脉冲的形式提供电能给导电线圈。在电流流经导电线圈时，能够形成第一磁场。
磁场产生部件和包括粉末状和/或颗粒材料的容器能够构造和设置成使得第一磁场在容器中感应电流并使得该感应电流产生第二磁场。第一磁场和第二磁场的量值和方向使得它们彼此排斥并使得容器被压紧。当容器被压紧时，容器壁向粉末状和/或颗粒材料施加压力，从而压制该粉末状和/或颗粒材料。在一个实施例中，模能够放置在容器内且粉末状和/或颗粒材料能够放置在该容器内以便环绕该模，以在容器被压紧时形成压制件的各种特征。
该压制能够得到材料的致密本体。该致密本体能够公知为未淬火(未烧结)压制件。动磁压制方法导致具有比采用常规粉末冶金过程制成的压制件更高的均匀密度的更大强度未淬火压制件。例如，DMC过程通常制成具有密度超过理论密度90％的未淬火压制件，其中该理论密度定义为不包含任何孔或瑕疵的材料的密度。然而，采用DMC过程形成的未淬火压制件的密度更通常约为理论密度的95％。在另一个实施例中，采用DMC过程形成的未淬火压制件的密度能够超过理论密度的95％。在一个实施例中，然后，未淬火压制件能够按期望进行机加工，因为其在未淬火状态具有足够的强度来保持其形状。在烧结之前，机加工处于未淬火状态的压制件能够节约大量能量和工具成本。
在一个示例性实施例中，磁力产生部件能够是线圈，且容器能够放置在线圈中，以便具有粉末状和/或颗粒材料的容器的至少一部分接收于线圈内。容器能够具有这样的结构，使得在容器被压紧时制成具有期望形状的部件。例如，如果部件被制成圆柱状杆件，那么容器能够是圆柱形状。在一个实施例中，得到的粉末状和/或颗粒材料压制部件通过该过程制成，并然后移除该容器(例如通过在容器壁上施加负载使得容器滑离该压制部件)。之后，如果期望，能够将粉末和/或颗粒材料压制部件的全部或部分进行机加工。
在可选机加工之后，压制件然后被选择性烧结以形成部件10。该选择性烧结能够节约能量成本和制造时间。在一个实施例中，可通过使部件的期望区域遭受任何合适的热源来实现选择性烧结，所述热源能够在存在适宜气氛时给压制件的期望区域提供足够的热能，从而防止表面层的任何氧化。加热持续时间和所施加输入热能的量取决于需要通过烧结进一步强化的部件的部分。该烧结过程能够加强压制件的机械性能，因为颗粒彼此扩散结合。参考图1，部件10的已烧结部分12能够具有比未烧结部分14更高的密度。在一个实施例中，仅压制件需要被强化的区域被选择性地烧结，以在该区域上承受更大负载需求。例如，参考图2，与未烧结部分14相比，凸轮轴凸角的已烧结部分12能够具有由于其在发动机中的功能引起的更大的强度需求。已烧结部分12能够包括部件10的任何期望部分。已烧结部分12和未烧结部分14能够具有任何合适的几何形状。已烧结部分12能够包括具有多个颗粒的粘结本体，所述颗粒具有结合或熔合在一起的邻近表面。
根据一个实施例，压制件10使用感应加热而被选择性地烧结。为了实现感应加热，压制件被放置在感应线圈内。AC电流被传送通过感应线圈且得到的磁场感应涡流，该涡流产生局部热。
在另一个实施例中，部件10使用激光硬化(激光热处理)而被选择性地烧结。能够精确地控制激光来热处理特定区域而不影响部件的其余部分。激光迅速地升高目标材料的温度。在一个实施例中，环绕区域的自淬火能够引起目标材料的硬化。不管使用感应加热或激光加热，在这两种情况下围绕工件能够提供保护性气氛，以防止在压制件表面的化学或微结构的不希望变化。
在一个实施例中，能够在选择性烧结操作之后进行淬火操作，因而实现单一步骤选择性烧结硬化。参考图1-2，第一部分12能够被烧结和硬化。对于具有合适化学性能的合适的含铁部件，在一个步骤中，加热操作之后随即进行淬火操作实现第一部分12的烧结和硬化。在一个实施例中，在以本技术中公知方式感应加热或激光硬化之后立即进行淬火，例如但不局限于，在感应加热设备上使用淬火环。淬火能够引起部件的第一部分12的相变和增大的硬度。
本发明实施例的前述描述在本质上仅为示例性的，因而，实施例的变型不应被认为偏离本发明的精神和范围。

Claims (14)

1.一种用于压制部件的方法，包括：
使用至少第一磁场压制粉末材料，以形成压制件；
选择性地烧结所述压制件的第一部分和剩下压制件的第二部分未烧结，以形成部件，其中，所述使用至少所述第一磁场压制所述粉末材料包括：提供导电容器并将所述粉末材料放置在所述容器中，且其中所述第一磁场在所述容器中感应电流，从而产生第二磁场，使得所述第一和第二磁场彼此排斥且所述容器被压紧以压制所述粉末材料，从而提供压制件；且之后，选择性地烧结所述压制件的第一部分和剩下所述压制件的第二部分未烧结，以形成包括第一已烧结部分和第二未烧结部分的部件。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在选择性烧结之前机加工所述压制件。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粉末材料是含铁的，且还包括在选择性烧结之后立即淬火所述部件。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述选择性地烧结包括感应加热。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述选择性地烧结包括激光硬化。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粉末材料是导电的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粉末材料包括金属、金属合金、或陶瓷复合物中的一种。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，使用线圈产生所述第一磁场。
9.一种压制部件，包括：
部件的第一部分，包括压制的第一粉末材料；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个颗粒的粘结本体，所述颗粒具有结合或熔合在一起的邻近表面，其中所述第二部分的密度大于所述第一部分的密度，其中，所述第一部分被烧结，所述第二部分未烧结。
10.根据权利要求9所述的压制部件，其中，所述部件的所述第一部分的密度大于理论密度的90％。
11.根据权利要求9所述的压制部件，其中，所述部件的所述第一部分的密度为理论密度的95％。
12.根据权利要求9所述的压制部件，其中，所述部件的所述第一部分的密度大于理论密度的95％。
13.根据权利要求9所述的压制部件，其中，所述第一粉末材料是含铁的。
14.根据权利要求13所述的压制部件，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。
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