CN103223490B - 一种摩托车曲轴粉末冶金的制备方法 - Google Patents

一种摩托车曲轴粉末冶金的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种摩托车曲轴粉末冶金的制备方法，这种摩托车曲轴是由下述重量百分比的原料制成：0.4-0.6%的镍、0.4-0.6%的硫化锰粉、0.4-0.6%的铝、0.4-0.6%的锰、0.3-0.4%的硬脂酸锌、1-2%的改性助剂、21-25%的铜、其余为铁；本发明通过加入的改性助剂，在混合原料中提供了超细粉末，从而提高了混合料的松装密度，且通过硅烷偶联剂等助剂得到的新型改性助剂，进一步提高了制品的耐磨性等各项物理特性，其中聚乙烯醋酸乙烯酯和液体石蜡添加到改性助剂中，在同等压制压力下大幅提高粉末冶金结构件压坯强度，改变了原材料颗粒结合形态与孔隙形状，从根源上解决了裂纹的产生。

Description

一种摩托车曲轴粉末冶金的制备方法
技术领域
本发明主要涉及一种摩托车曲轴粉末冶金的制备方法，属于铸造领域。
背景技术
随着我国经济不断发展，粉末冶金结构用途越来越广。粉末冶金作为一种近净成型技术，在生产结构件等批量大、尺寸精度高、加工费高昂的零件时有很大的经济优势。但粉末冶金结构件存在一个弱点：产品在未烧结前压坯强度很低，导致成型与搬运过程中容易出现裂纹，且无法在制造过程中探知。这在某些应用上如汽车关键部位零件是致命的缺陷，导致了粉末冶金结构件只能应用在中低风险受力件上，使用范围受到了很大的限制。
粉末冶金结构件强度主要受三方面因数影响：一是材料成分，二是产品密度，三是产品在成型与搬运过程中是否出现裂纹。材料成分影响制造成本，产品密度对成型机台与模具损耗影响很大，而裂纹主要受压坯强度影响，且很难探知。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种摩托车曲轴粉末冶金的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种摩托车曲轴粉末冶金的制备方法，它包括以下步骤：
（1）配料：所述的摩托车曲轴是由下述重量百分比的原料制成：
0.4-0.6%的镍、0.4-0.6%的硫化锰粉、0.4-0.6%的铝、0.4-0.6%的锰、0.3-0.4%的硬脂酸锌、1-2%的改性助剂、21-25%的铜、其余为铁；
所述的改性助剂是由下述重量份的原料制成：
纳米二氧化硅90-100、氢氧化钙30-40、硬脂酸30-40、过氧化二异丙苯6-8、聚乙烯醋酸乙烯酯8-10、失水山梨醇单油酸酯2-4、纳米碳化硅粉2-3、液体石蜡3-4、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷0.8-1、水适量；
所述的改性助剂的制备方法包括以下步骤：
A、将上述重量份的氢氧化钙加入到等质量的水中，在90-110℃下搅拌加热20-30分钟，得氢氧化钙水溶液；
B、将上述重量份的硬脂酸加热到60-70℃，加入上述重量份的失水山梨醇单油酸酯、纳米碳化硅粉，升高温度至于80-85℃，恒温搅拌1-2小时，在搅拌条件下缓慢添加入上述氢氧化钙水溶液，添加完毕后继续搅拌1-2小时，得混合液；
C、将上述重量份的纳米二氧化硅颗粒分散到水中，得到含纳米二氧化硅的悬浮液；
D、在上述含纳米二氧化硅的悬浮液中加入上述重量份的过氧化二异丙苯、聚乙烯醋酸乙烯酯、液体石蜡在500-600转/分的速度下搅拌40-50分钟，再加入上述重量份的乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷与步骤B得到的混合液，高速1800-2000转/分搅拌20-30分钟，烘干，研碎成超细粉末，即得所述改性助剂。
（2）压制：将上述重量份的铜、铁、改性助剂预先混合，再加入剩余各原料，在600-1000 MPa的压力下压制3-4分钟，制成冷压毛坯；
（3）烧结：在烧结气氛为真空、还原性气氛或惰性气氛的条件下，将上述冷压毛坯在1-5MPa 的压力下进行烧结，温度制度为：先在300-500℃下预烧5-10分钟，然后以5-7℃/分的速度升高温度，当温度达到700-800℃时，恒温15-25分钟，再以3-5℃/分的速度升高温度，当温度达到900-1050℃时，恒温1-2小时，然后再以4-6℃/分的速度降低温度至常温冷却，得到毛坯；
（4）整形：将烧结后的毛坯用整形模具对其进行整形，得半成品；
（5）热处理：将上述半成品在860-880℃下保温1-3 小时，然后进入油槽淬火，油温为45-55℃；
（6）冷处理：将热处理后的半成品在常温下静置18-20小时，放入-50- -60℃的环境下冷处理60-80分钟；
（7）回火：将冷处理后的半成品送入回火炉回火1-2 小时，回火温度200-250℃，保温1-2小时；
（8）真空浸油：将回火后的半成品放入含有润滑油的真空箱内，加热温度至75-90℃，保持时间为25-40分钟，即得所述摩托车曲轴。
本发明的优点是：
本发明通过加入的改性助剂，在混合原料中提供了超细粉末，这种超细粉末能够填充在大颗粒的缝隙间，从而提高了混合料的松装密度，且该超细粉末的主要成分为纳米二氧化硅和硬脂酸钙，通过硅烷偶联剂、过氧化二异丙苯等助剂得到的新型改性助剂，进一步提高了制品的耐磨性等各项物理特性，其中聚乙烯醋酸乙烯酯和液体石蜡作为润滑剂添加到改性助剂中，增强了该改性助剂在混合压制的效果，在同等压制压力下大幅提高粉末冶金结构件压坯强度，改变了原材料颗粒结合形态与孔隙形状，从根源上解决了裂纹的产生。
具体实施方式
实施例1
一种摩托车曲轴粉末冶金的制备方法，它包括以下步骤：
（1）配料：所述的摩托车曲轴是由下述重量百分比的原料制成：
0.6%的镍、0.6%的硫化锰粉、0.6%的铝、0.6%的锰、0.4%的硬脂酸锌、2%的改性助剂、25%的铜、其余为铁；
所述的改性助剂是由下述重量份的原料制成：
纳米二氧化硅100、氢氧化钙40、硬脂酸40、过氧化二异丙苯8、聚乙烯醋酸乙烯酯10、失水山梨醇单油酸酯4、纳米碳化硅粉3、液体石蜡3-4、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷0.8、水适量；
所述的改性助剂的制备方法包括以下步骤：
A、将上述重量份的氢氧化钙加入到等质量的水中，在110℃下搅拌加热20-30分钟，得氢氧化钙水溶液；
B、将上述重量份的硬脂酸加热到70℃，加入上述重量份的失水山梨醇单油酸酯、纳米碳化硅粉，升高温度至于85℃，恒温搅拌2小时，在搅拌条件下缓慢添加入上述氢氧化钙水溶液，添加完毕后继续搅拌2小时，得混合液；
C、将上述重量份的纳米二氧化硅颗粒分散到水中，得到含纳米二氧化硅的悬浮液；
D、在上述含纳米二氧化硅的悬浮液中加入上述重量份的过氧化二异丙苯、聚乙烯醋酸乙烯酯、液体石蜡在600转/分的速度下搅拌50分钟，再加入上述重量份的乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷与步骤B得到的混合液，高速2000转/分搅拌30分钟，烘干，研碎成超细粉末，即得所述改性助剂。
（2）压制：将上述重量份的铜、铁、改性助剂预先混合，再加入剩余各原料混合，在1000 MPa的压力下压制4分钟，制成冷压毛坯；
（3）烧结：在烧结气氛为真空、还原性气氛或惰性气氛的条件下，将上述冷压毛坯在5MPa 的压力下进行烧结，温度制度为：先在500℃下预烧10分钟，然后以7℃/分的速度升高温度，当温度达到800℃时，恒温25分钟，再以5℃/分的速度升高温度，当温度达到1050℃时，恒温2小时，然后再以6℃/分的速度降低温度至常温冷却，得到毛坯；
（4）整形：将烧结后的毛坯用整形模具对其进行整形，得半成品；
（5）热处理：将上述半成品在880℃下保温1小时，然后进入油槽淬火，油温为55℃；
（6）冷处理：将热处理后的半成品在常温下静置20小时，放入-60℃的环境下冷处理80分钟；
（7）回火：将冷处理后的半成品送入回火炉回火2 小时，回火温度250℃，保温2小时；
（8）真空浸油：将回火后的半成品放入含有润滑油的真空箱内，加热温度至90℃，保持时间为40分钟，即得所述摩托车曲轴。
性能测试：
极限拉伸强度强度 σb (MPa)： 822
屈服强度 σs (MPa)： 512
伸长率 δ5 (%)： 16.4
断面收缩率 ψ (%)： 42。

Claims (1)

1.一种摩托车曲轴粉末冶金的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
（1）配料：所述的摩托车曲轴是由下述重量百分比的原料制成： 0.4-0.6%的镍、0.4-0.6%的硫化锰粉、0.4-0.6%的铝、0.4-0.6%的锰、0.3-0.4%的硬脂酸锌、1-2%的改性助剂、21-25%的铜、其余为铁； 所述的改性助剂是由下述重量份的原料制成： 纳米二氧化硅90-100、氢氧化钙30-40、硬脂酸30-40、过氧化二异丙苯6-8、聚乙烯醋酸乙烯酯8-10、失水山梨醇单油酸酯2-4、纳米碳化硅粉2-3、液体石蜡3-4、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷0.8-1、水适量； 所述的改性助剂的制备方法包括以下步骤： A、将上述重量份的氢氧化钙加入到等质量的水中，在90-110℃下搅拌加热20-30分钟，得氢氧化钙水溶液； B、将上述重量份的硬脂酸加热到60-70℃，加入上述重量份的失水山梨醇单油酸酯、纳米碳化硅粉，升高温度至80-85℃，恒温搅拌1-2小时，在搅拌条件下缓慢添加入上述氢氧化钙水溶液，添加完毕后继续搅拌1-2小时，得混合液； C、将上述重量份的纳米二氧化硅颗粒分散到水中，得到含纳米二氧化硅的悬浮液； D、在上述含纳米二氧化硅的悬浮液中加入上述重量份的过氧化二异丙苯、聚乙烯醋酸乙烯酯、液体石蜡在500-600转/分的速度下搅拌40-50分钟，再加入上述重量份的乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷与步骤B得到的混合液，高速1800-2000转/分搅拌20-30分钟，烘干，研碎成超细粉末，即得所述改性助剂；
（2）压制：将上述重量份的铜、铁、改性助剂预先混合，再加入剩余各原料，在600-1000 MPa的压力下压制3-4分钟，制成冷压毛坯；
（3）烧结：在烧结气氛为真空、还原性气氛或惰性气氛的条件下，将上述冷压毛坯在1-5MPa 的压力下进行烧结，温度制度为：先在300-500℃下预烧5-10分钟，然后以5-7℃/分的速度升高温度，当温度达到700-800℃时，恒温15-25分钟，再以3-5℃/分的速度升高温度，当温度达到900-1050℃时，恒温1-2小时，然后再以4-6℃/分的速度降低温度冷却至常温，得到毛坯；
（4）整形：将烧结后的毛坯用整形模具对其进行整形，得半成品；
（5）热处理：将上述半成品在860-880℃下保温1-3 小时，然后进入油槽淬火，油温为45-55℃；
（6）冷处理：将热处理后的半成品在常温下静置18-20小时，放入-50- -60℃的环境下冷处理60-80分钟；
（7）回火：将冷处理后的半成品送入回火炉回火1-2 小时，回火温度200-250℃，保温1-2小时；
（8）真空浸油：将回火后的半成品放入含有润滑油的真空箱内，加热温度至75-90℃，保持时间为25-40分钟，即得所述摩托车曲轴。
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