CN1021206C - 铁基及铁铜双金属制品的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种铁基及铁铜双金属制品的生产工艺，系属于粉末治金领域，其主要特征是采用一次冷压成型，在810℃-880℃低温下进行烧结，然后再经复压和850℃-880℃的温度下复烧。由上述工艺所制取的产品不仅其性能达到并超过了已有技术，而且大幅度的节省了能耗、节约了大量的有色金属材料。本发明是迄今为止最为理想的具有少切削、无印削特点的粉末冶金工艺方法。
Description
本发明系属于粉末冶金领域，即提供了一种用来生产铁基及铁-铜双金属制品的生产工艺。
目前，铁基粉末冶金制品已被许多领域广泛采用，尤其在减摩材料和汽车齿轮等零件应用的更为广泛，自粉末冶金问世以来，人们就普遍的采用高于1050℃的烧结温度来烧结铁基制品，高温烧结不仅带来了耗能高，炉损大等一系列的问题，而且也限制了以铁基的双金属制品的生产。因此，长期以来，人们生产铁-铜结构制品，主要采用静配合，铆接、焊接、精接、电镀、涂层、热轧、热压、离心浇铸等方法。上述前四种生产方法共同点是需要将铁和铜分别经切削加工成形后，再重新组合成一体，这些方法工序多、材料浪费大，在组合过程中不易保证设计精度，而余下的那些方法所需专用设备投资大，生产效率低。
本发明为解决上述问题，经过反复实验，打破了长期以来国内外从理论到实践都认为在低温下不可能烧结出具有高强度的铁基制品这一传统偏见，提供了一种节约原料，节省能源、降低成本、提高生产效率、工序简单的铁基制品及铁-铜双金属制品的生产工艺。
本发明是这样实现的：
一、混料
铁基料配方如表1所示
铜基料配方如表2所示
表1
序 铁基料 粒度 松装比重
材料名称 配方重 原料成分要求
号 量% （目） g/cm2
1 铁粉 余为铁 Fe＞98% C＜0.09% -100 2.4
2 电解铜粉 3-4 Cu＞99.5% -150
3 铅粉 3-4 Pb≥99.5%工业纯 -200
4 石墨粉 0.5 C≥98%磷片状 -200
5 硬质酸锌 0.3 工业纯 -200
6 20＃锭子油 0.3 工业纯
7 硫磺粉 0.4 工业纯 -150
表2
序 铜基料
材料名称 配方重 粒度目
号 量%
1 铜粉 99.7 -100
2 硬质酸锌 0.3 -200
其中在铁基料中加入低熔点粉末铅粉，在铁铜双金属制品中加入一些做为“引铜”的微量铜粉。
铁基料先把20＃锭子油和铁粉抖匀，无团块后，和其它元素一起放入V型混料机内，以每钟30转的速度混合4小时，取出放入存料器内供压制使用。
铜基料把铜粉和硬质酸锌放入V型混料机内，以每种30转速度混合两小时，取出放入存料器内供压质制时使用。
铜基料把铜粉和硬质酸锌放入V型混料机内，以每种30转的速度混合两小时，取出放入存料器内供压制时使用。
二、压制
将铁-铜粉末分别装入钢模内，在常温下一次压制成型，所需压力以获得铁基制品初压密度为5.8-6.2g/cm2为宜;铜基制品初压密度为6.6-7.0g/cm2为宜。一般的粉末冶金装料只需将粉末一次装入模中即可压制，而生产双金属制品则需根据制品的要求不
同，装粉的方法亦不同。当制取横端面双金属制品时，可按用料计算公式算出的铁粉和铜粉的用料量。把所需铁粉或铜粉根据制品设计要求先放入模具内，通过手摇或机械振动等方法使粉料平整，然后再装入另一种粉末，一次压制即可。如果制品要求是两面铜中间夹铁的，也需按上述方法分层装粉，若制取纵轴面双金属制品时，需在模具放置定位隔套，分别把铁粉和铜粉装得与阴模平齐，然后抽下隔套就可以压制了，若制品在横端面与纵轴面都需双金属结构时，只需将上述两种装粉方法配合使用。
三、烧结
将压制好的双金属粉末压坯，放入铁制烧结舟内，并装入三氧化二铝焙料，把烧件盖平，再加一层铁盖放入炉内，在810-880℃下烧结1小时左右，最佳温度是820±10℃。烧结气氛可以是氢气，分解氨、城市转化煤气。低温烧结后的双金属制品表面无氧化，铜、铁层次分明，铁基材料的硬度值为HB≥40，即可转为复压工序。
四、复压、复烧
双金属粉末冶金制品的复压工序，可按正常复压工艺进行，复压时，复压件表面应沾上机油或其它润滑油，复压的单位压力一般是8-10T/cm2，所需压力以获得铁基制品和压密度为5.8-6.2g/cm3;铜基制品和压密度为6.6-7.0g/cm3为宜。复烧的温度为850-880℃，保温时间为2-3小时，待双金属制品冷却到50-60℃时出炉。
五、机加、浸油
复烧后的产品需进行少量的机械加工，如抛光、倒角、车油槽、车台阶等，从而达到制品所需的形状，尺寸精度及光洁度等技
术要求。浸油是为了减少摩擦系数，增加抗腐蚀性能而提高双金属制品的耐磨性，延长其使用寿命。本发明采用的真空浸油，其方法是：把工件装入浸油器中并升温到100-140℃，开动直空泵，待真空表指针指在720mmHg后，保持20-30分钟，即可取出工件。
下面给出用本发明所生产出的双金属制品机械性能。
表3例出铁基材料经复压复烧后的机械性能。
配料成分% 密度 硬度 抗拉强度 压溃强度 复烧温度
S Pb C Cu Fe g/cm3HB kg/mm2kg/mm2℃
0.3 2 0.8 3 余 6.97 82.6 20 39.4 850°
0.3 3 0.8 2 余 7.0 88.7 19.8 41.3 850°
0.3 3 0.8 3 余 7.02 99.2 22.3 54.3 860°
0.4 3 0.6 4 余 7.1 84.5 23.0 48.5 860°
0.4 4 0.5 4 余 7.15 82.3 22.1 49.3 860°
由上表可以看出，铁基材料虽然在805℃左右进行低温烧结，但均得到了较好的机械性，随着合金元素铜和铜的加入量的增加，密度和强度都有一定的提高，由本发明所提供的上述几种材料的配方经多次试验及实际应用，材料的机械性能都很稳定，与铜金属的结合强度也较高。
铜基材料的硬度为H8＝52-66，密度8.15～8.32g/cm3，抗拉强度为105～119N/mm2，压溃强度为＞26Kg/mm2，可见铜基材料不仅有较高的机械性能，而且也具备了良好的减摩性能，并且经复压复烧后，提高了材料密度，使之具备代替高Pv值减摩材料的条件。
下面给出由本发明所提供的实施1
工业平缝机中的GO5滑动轴承的生产工艺如下：
一、混料
1、铁基料成份：S 0.3%，Pd 2%，C 0.8%，Cu 3% 余为Fe。
2、铜基料成份：铜粉99.7%，硬质酸锌0.3%。
混料方式见前叙。
二、压制
1、铁基料松装比重 2.42g/Cm3初压密度 6.0g/Cm3
铜基料松装比重 2.78g/Cm3初压密度 6.88g/Cm3
三、烧结
初烧温度为 820℃±10℃
保温时间 1小时
烧结气氛 氢气
四、复压（HB＞40kg的烧结件）
铁基复压密度 7.0g/Cm3
铜基复压密度 8.0g/Cm3
五、复烧
复烧温度为860℃ 气氛：氢气保护
保温时间为 2小时
泠却到50-60℃时出炉
六、机加、浸油
采用真空浸油，把工件装入浸油器中升温至120℃，开动真空泵，待真空表指针到720mmHg后，保持25分钟，即可取出工件。
本发明除可用上述产品外，还适用于制取高滑动速度减摩材料、防腐材料、装饰材料。由本发明提供的生产工艺制取的铁基制品及以铁为基的双金属制品不仅其性能达到并超过了已有技术而且大幅度的节省了能耗，节约了大量的国家紧缺的有色金属材料，综上所述，可以看出本发明是迄今为止最为理想的一种具有少切削，无切削特点的铁基制品及铁-铜双金属制品的生产工艺。
Claims (5)
1、一种铁基金属制品的生产工艺，其特征在于：
一、混料，铁基料的配方如下表所示
序号
材料名称
铁基科配方重量％
原料成分要求
粒度（目）
松装比重
1
铁粉
余为铁
Fe>98% C>0.09%
-100
24
2
电解铜粉
3－4
Cu>99.5%
-150
3
铅粉
3－6
Pb≥99.5%工业纯
－200
4
石墨粉
0.3-0.8
C≥98%磷片状
－200
5
硬质酸锌
0.3
工业纯
－200
6
20＃锭子油
0.3
工业纯
7
硫磺粉
0.3-0.4
工业纯
－150
在铁基料中加入低熔点粉末铅粉
二、压制
将以上铁基料装入钢模内，在常温下一次压制成型，所需压力以获得铁基制品的初压密度为5.8-6.29g/cm2为宜；
三、烧结
烧结是在810～880℃低温下进行，保温时间为1小时；
四、复压
单位压力为8-10顿/cm2
五、复烧
复烧温度为850～880℃，保温时间2-3小时，待随炉冷却到50～60℃时出炉；烧结气氛为氢气、分解氨、城市转化煤气均可。
2、一种铁-铜双金属制品的生产工艺，其特征在于：
一、混料，铁基料的配方同上表，铜基料的配方如下表所示
序 铜基料
材料名称 配方重 粒度目
号 量%
1 铜粉 99.7 -100
2 硬质酸锌 0.3 -200
其中在铁基料中加入了做为“引铜”的微量铜粉;
二、压制
将以上材料分别装入钢模内，在常温下一次压制成型，所需压力以获得铁基制品初压密度为5.8-6.2g/cm3、铜基制品初压密度为6.6-7.0g/cm2为宜;
三、烧结
烧结在810～880℃低温下进行，保温时1小时;
四、复压
单位压力为8-10顿、cm2;
五、复烧
复烧温度为850～880℃，保温时间2-3小时，随炉冷却到50-60℃时出炉。
3、按照权利要求1、2所述的生产工艺，其特征在于，低温烧结的最佳温度为820±10℃。
4、按照权利要求1、2所述的生产工艺，其特征在于，加入的低熔点粉最好是铅粉。
5、按照权利要求2所述铁-铜双金属生产工艺，其特征在于，“引铜”最佳量为4%。
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