CN103894598B - 一种铁基粉末冶金大风叶嵌件及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁基粉末冶金大风叶嵌件及其生产工艺，属于粉末冶金技术领域。所述的铁基粉末冶金大风叶嵌件由以下质量百分比的成份组成：铜粉：1.5-1.85%，石墨：0.7-0.8%，硬脂酸锌：0.3-0.8%，余量为水雾化铁粉。其中水雾化铁粉由两种不同粒径的水雾化铁粉复配而成，75μm-150μm粒径的水雾化铁粉占总水雾化铁粉的75-85%，20μm-45μm粒径的水雾化铁粉占总水雾化铁粉的15-25%。并涉及了该铁基粉末冶金大风叶嵌件的生产工艺。本发明铁基粉末冶金大风叶嵌件具有优良的耐腐蚀性能，其硬度和抗拉强度高，内孔尺寸精度和形位公差保证在尺寸精度7级以上。

Description

一种铁基粉末冶金大风叶嵌件及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种铁基粉末冶金大风叶嵌件及其生产工艺，属于粉末冶金技术领域。

背景技术

现代汽车的冷却风叶嵌件，一般采用锌合金压铸成型，经表面喷砂时效整形后在注塑机上直接镶嵌在冷却风叶中。但这种锌合金冷却风叶安装在汽车的发动机前面，在恶劣的气候条件下长期使用，用户没有能力进行清洗和润滑，而锌合金本身抗蚀性差，易在这样的环境下产生晶间腐蚀使风叶嵌件老化同时也会使相配合的轴产生腐蚀生锈间隙松动甚至断裂。此外，在频繁的汽车运动过程中由于间隙增大导致内孔变形，最后风叶打滑不转会使发动机的水温升高而发生故障。

而粉末冶金是一项集材料制备与零件成形于一体，节能、节材、高效、近净成形、无（少）污染的先进制造技术，在材料和零件制造业具有不可替代的地位和作用，是提高材料性能和发展新材料的重要手段。粉末冶金材料是基体和空隙的复合体，而空隙是其固有特性，空隙的存在降低了有效承载面积，增加了应力集中的可能性，它能引起裂纹，降低韧性和疲劳强度。

近几年来，粉末冶金工艺的技术及经济优势越来越被人们所认可，粉末冶金机械零件的用途也越来越广，市场覆盖面也越来越宽，特别是铁基粉末冶金零件的需求量随着汽车工业的发展而不断增加。现有技术中对于铁基粉末冶金冷却风机嵌件的研究报道则较少。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供一种物理性能好，尺寸精度高，硬度高，抗蚀性好的大风叶嵌件。

本发明的上述目的是通过以下技术方案来实施：一种铁基粉末冶金大风叶嵌件，所述的铁基粉末冶金大风叶嵌件由以下质量百分比的成份组成：铜粉：1.50-1.85%，石墨：0.70-0.80%，硬脂酸锌：0.30-0.80%，余量为水雾化铁粉。

本发明以水雾化铁粉为主，加入适量的成型添加剂硬脂酸锌、铜粉、石墨，使铁基粉末冶金大风叶嵌件的原料配伍更加合理。此外，本发明采用的水雾化铁粉在压制生产时只需要一次压制成型即可，在提高产品耐腐蚀性能的同时可降低生产成本。

在上述的铁基粉末冶金大风叶嵌件中，作为优选，所述的水雾化铁粉由两种不同粒径的水雾化铁粉复配而成，其中75μm-150μm粒径的水雾化铁粉占总水雾化铁粉的75-85%，20μm-45μm粒径的水雾化铁粉占总水雾化铁粉的15-25%。与普通的水雾化铁粉相比，本发明所采用的水雾化铁粉是两种不同粒径的水雾化铁粉复配而成，不用粒径的混合物可使铁基粉末冶金大风叶嵌件的粉末颗粒在成型过程中更加均匀地分布。

在上述的铁基粉末冶金大风叶嵌件中，作为优选，所述的水雾化铁粉松装密度为2.95-3.5g/cm³，压缩性为7.0-7.30，铁粉流动性为20-31s/50g。随着颗粒粒径减小，铁粉的流动性降低、松装密度增大，而颗粒粒径大的粉末其压缩系数大，粉末屈服强度低，压缩性好。在总孔隙度相当的情况下，粉末粒径小的压坯其孔隙尺寸较小、孔隙数量较多、孔隙的分布较均匀。本发明采用75μm-150μm和20μm-45μm两种不同粒径的水雾化铁粉以不同比例搭配，通过控制粒度搭配，使铁粉松装密度在2.95-3.5g/cm³，压缩性为7.0-7.30，铁粉流动性在20-31s/50g的范围内变化。

本发明在铁基粉末冶金大风叶嵌件的原料中加入铜粉，可通过提高大风叶嵌件的最终密度来提高导电性和热导率，通过控制大风叶嵌件的孔隙率，达到良好的润滑效果。

石墨具有良好的化学稳定性，具有耐腐蚀、导热性好、渗透率低等特点，且膨胀系数小，能耐急冷急热的变化，因此，在铁基粉末冶金大风叶嵌件的原料中加入石墨不仅可以防腐、防锈，还具有良好的润滑作用。从而提高铁基粉末冶金大风叶嵌件的抗腐蚀性能，并使铁基粉末冶金大风叶嵌件不会由于干摩擦而导致风叶嵌件内孔的变形，进而提高大风叶嵌件的使用寿命。

在上述的铁基粉末冶金大风叶嵌件中，作为优选，所述的铁基粉末冶金大风叶嵌件由以下质量百分比的成分组成：铜粉：1.75%，石墨：0.75%，硬脂酸锌：0.50%，余量为水雾化铁粉。

在上述的铁基粉末冶金大风叶嵌件中，作为优选，所述的铁基粉末冶金大风叶嵌件由以下质量百分比的成分组成：铜粉：1.55%，石墨：0.80%，硬脂酸锌：0.40%，余量为水雾化铁粉。

本发明的第二个目的在于提供一种上述铁基粉末冶金大风叶嵌件的生产工艺，所述的生产工艺包括以下步骤：

S1、混料：按所述铁基粉末冶金大风叶嵌件的质量百分比称取原料，将称取好的原料倒入粉末混料机混合，得均匀的铁基粉末混合物；

S2、压制成型：将步骤S1中的铁基粉末混合物送入成型机中，采用一次压制成型法制得大风叶嵌件坏件；

S3、烧结：将步骤S2中制得的大风叶嵌件坏件置于平板垫上送入烧结炉中，在氮气和氢气混合气体的保护下进行烧结，得到大风叶嵌件半成品；

S4、研磨：将步骤S3中制得的大风叶嵌件半成品和磨料按1:1-3的比例混合放入震动研磨机中，并加入防锈剂和光亮剂进行共振研磨；

S5、后处理：将共振研磨后的大风叶嵌件半成品先后进行超声波清洗和蒸气处理，最后浸入70-90℃的热油中真空处理20-40min，得最终产品铁基粉末冶金大风叶嵌件。

因为本发明采用水雾化铁粉为主要原料，固可以先采用一次压制成型法，然后在特定的时间和温度以及气体的保护下保温烧结，保证零件在不同温度下有充足的条件进行金相转变，然后进行研磨、超声波清洗、水蒸气处理，真空浸油得最终产品铁基粉末冶金大风叶嵌件。

在上述铁基粉末冶金大风叶嵌件的生产工艺中，作为优选，步骤S2中所述压制成型的压力为650-700Mpa，保压时间2-4s。进一步优选，所述压制成型的压力为680-700Mpa，保压时间2-4s。

在上述铁基粉末冶金大风叶嵌件的生产工艺中，作为优选，步骤S3中所述的烧结步骤为：先在500-750℃下脱蜡预烧，然后在940-960℃下保温烧结15-30min，接着在1070-1110℃下保温烧结15-30min，然后在1115-1130℃下保温烧结40-50min，最后在1080-1110℃下预冷10-30min后随炉冷却。本发明在氮气和氢气混合气氛还原保护下进行烧结，从940℃至1130℃按工艺温度曲线设定其烧结保温时间，使零件在不同时间不同温度下保温烧结，整过烧结过程时间为4-4.5小时，既保证了大风叶嵌件坏件不氧化或不产生氧化皮，又保证了大风叶嵌件坏件在不同温度下有充足的条件进行金相转变。其中，步骤S3中所述的平板垫为耐高温复合材料平板垫，可以防止大风叶嵌件坏件在高温烧结时变形，从而保证了产品尺寸的稳定性和精度。

在上述铁基粉末冶金大风叶嵌件的生产工艺中，作为优选，步骤S4中所述的磨料为碳化硅磨料、白刚玉磨料、棕刚玉磨料中的一种或多种。进一步优选，所述的磨料为碳化硅磨料。所述的防锈剂可采用现有技术中普通的防锈剂，所述的光亮剂可采用现有技术中普通的抛光液。本发明对烧结后的大风叶嵌件半成品加入磨料共振研磨可以有效地去除毛刺，同时研磨过程中，加入防锈剂和光亮剂可以有效的防止零件在研磨过程发生氧化，并使零件表面光亮。

通过热处理还可以提高大风叶嵌件的表面硬度，并提高大风叶嵌件的耐磨性能。其原因在于，与成分相同的致密材料相比，本发明铁基粉末冶金大风叶嵌件的组织内含有一定的孔隙，具有硬度低、耐腐蚀性与气密性差等特点，对其进行水蒸汽处理后，会在其表面生成一种硬且致密、与铁基体牢固粘结的以Fe₃0₄为主体的氧化层，可以较大地提高烧结铁基材料的硬度、抗压强度、耐锈蚀性、耐磨性以及气密性等性能指标，并且在用做封口处理时，其成本大约只有渗铜的15％，浸塑料的30％，可大大地降低生产成本。一方面，本发明对水蒸汽处理后的大风叶嵌件进行超声波清洗既可以提高清洗速度快，提高生产效率，提高清洗效果，又可以对深孔、细缝和工伯隐蔽处亦可清洗干净，从而节省溶剂、热能、工作场地和人工等成本。另一方面，大风叶嵌件受环境气氛中水汽、氧气、酸、碱、盐和碳化物等物质的影响，在一定的温度、湿度和时间延续的条件下，会发生物理、化学的变化而发生锈蚀，将超声波清洗后的大风叶嵌件浸防锈油后可有效地防止大风叶嵌件发生锈蚀。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明铁基粉末冶金大风叶嵌件通过合理配伍其原料，使其具有优良的耐腐蚀性能，不会在恶劣的环境下发生腐蚀，还使其具有润滑作用不会由于干摩擦而导致风叶嵌件内孔的变形，从而提高其使用寿命。

2、本发明铁基粉末冶金大风叶嵌件的内孔尺寸精度和形位公差能通过模具保证在尺寸精度7级以上，孔对称度为0.03毫米，粗糙度可以达到Ra0.8，尺寸一致性为100%，压制密度为6.9g/cm³以上。

3、本发明铁基粉末冶金大风叶嵌件通过原料的合理配伍以及特定的生产工艺，使其硬度达HB120-140，抗拉强度300N/m²。

附图说明

图1为本发明铁基粉末冶金大风叶嵌件的立体结构示意图。

图2为本发明铁基粉末冶金大风叶嵌件的平面结构示意图。

图3为本发明铁基粉末冶金大风叶嵌件中环形垫块的平面结构示意图。

图4为本发明铁基粉末冶金大风叶嵌件中环形垫块过渡面为平面的截面图。

图5为本发明铁基粉末冶金大风叶嵌件中环形垫块过渡面为弧形面的截面图。

图中，100、嵌件本体；110、圆形轴心柱；111、装配孔；120、热熔槽；130、第一缺口；140、安装部；141、安装孔；200、环形垫块；210、通孔；220、第二缺口；230、第二安装部；231、第二安装孔；240、第一过度面。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1-5所示，本发明的铁基粉末冶金大风叶嵌件，包括嵌件本体，所述嵌件本体中部开设有装配孔，所述嵌件本体上表面设有一圈热熔槽，所述热熔槽位于装配孔外围且与装配孔同轴，所述嵌件本体外侧壁上均匀开设有若干弧形缺口，任意相邻两缺口间形成一安装部，每个安装部上分别开设有若干用于安装叶片的第一安装孔，所述嵌件本体上表面设置有环形垫块，所述环形垫块位于热熔槽外围且与装配孔同轴，环形垫块边缘开设有若干与第一安装孔同轴的第二安装孔，所述环形垫块周缘具有第一过渡面，所述过渡面为自环形垫块上表面至下表面逐渐向外倾斜的平面，环形垫块下表面周缘与嵌件本体外周缘重合，所述环形垫块随嵌件本体旋转并带动叶片转动。

表1：本发明实施例1-3铁基粉末冶金大风叶嵌件的组成成份及质量百分比

表2：实施例1-3水雾化铁粉的两种不同粒径

实施例1

按表1实施例1中所述铁基粉末冶金大风叶嵌件的组成成份及其质量百分比以及表2实施例1中不同粒径的水雾化铁粉称取原料，将称取好的原料倒入粉末混料机混合，得均匀的铁基粉末混合物。其中，所述的混合均匀的水雾化铁粉的松装密度为3.0g/cm³，压缩性为7.15，铁粉流动性为27s/50g；

将上述铁基粉末混合物送入成型机中，采用一次压制成型法在680Mpa的压力下保压3s，制得大风叶嵌件坏件；

将上述制得的大风叶嵌件坏件置于平板垫上送入烧结炉中，在氮气和氢气混合气体的保护下进行烧结，烧结的步骤为：先在650℃下脱蜡预烧，然后在950℃下保温烧结20min，接着在1090℃保温烧结20min，然后在1120℃下保温烧结45min，最后在1090℃下预冷20min后随炉冷却，得到大风叶嵌件半成品；

将上述制得的大风叶嵌件半成品和碳化硅磨料按1：2的比例混合放入震动研磨机中，并加入防锈剂和光亮剂进行共振研磨；

将共振研磨后的大风叶嵌件半成品先后进行超声波清洗，水蒸气处理最后浸入80℃的热油中真空处理30min，得最终产品铁基粉末冶金大风叶嵌件。

实施例2

按表1实施例2中所述铁基粉末冶金大风叶嵌件的组成成份及其质量百分比以及表2实施例2中不同粒径的水雾化铁粉称取原料，将称取好的原料倒入粉末混料机混合，得均匀的铁基粉末混合物。其中，所述的混合均匀的水雾化铁粉的松装密度为2.95g/cm³，压缩性为7.10，铁粉流动性为22s/50g；

将上述铁基粉末混合物送入成型机中，采用一次压制成型法在650Mpa的压力下保压2s，制得大风叶嵌件坏件；

将上述制得的大风叶嵌件坏件置于平板垫上送入烧结炉中，在氮气和氢气混合气体的保护下进行烧结，烧结的步骤为：先在500℃下脱蜡预烧，然后在940℃下保温烧结15min，接着在1070℃保温烧结15min，然后在1115℃下保温烧结40min，最后在1080℃下预冷10min后随炉冷却，得到大风叶嵌件半成品；

将上述制得的大风叶嵌件半成品和白刚玉磨料按1:3的比例混合放入震动研磨机中，并加入防锈剂和光亮剂进行共振研磨；

将共振研磨后的大风叶嵌件半成品先后进行水蒸气处理、超声波清洗，最后浸入70℃的热油中处理20min，得最终产品铁基粉末冶金大风叶嵌件。

实施例3

按表1实施例3中所述铁基粉末冶金大风叶嵌件的组成成份及其质量百分比以及表2实施例3中不同粒径的水雾化铁粉称取原料，将称取好的原料倒入粉末混料机混合，得均匀的铁基粉末混合物。其中，所述的混合均匀的水雾化铁粉的松装密度为3.5g/cm³，压缩性为7.20，铁粉流动性为30s/50g；

将上述铁基粉末混合物送入成型机中，采用一次压制成型法在700Mpa的压力下保压4s，制得大风叶嵌件坏件；

将上述制得的大风叶嵌件坏件置于平板垫上送入烧结炉中，在氮气和氢气混合气体的保护下进行烧结，烧结的步骤为：先在750℃下脱蜡预烧，然后在960℃下保温烧结30min，接着在1110℃保温烧结30min，然后在1130℃下保温烧结50min，最后在1110℃下预冷30min后随炉冷却，得到大风叶嵌件半成品；

将上述制得的大风叶嵌件半成品和碳化硅磨料按1：2.5的比例混合放入震动研磨机中，并加入防锈剂和光亮剂进行共振研磨；

将共振研磨后的大风叶嵌件半成品先后进行水蒸气处理、超声波清洗，最后浸入90℃的热油中处理40min，得最终产品铁基粉末冶金大风叶嵌件。

将实施例1-3中生产得到的铁基粉末冶金大风叶嵌件与现有技术中普通的锌合金风叶嵌件进行性能测试并进行比较，结果如表3所示。

表3：实施例1-3的铁基粉末冶金大风叶嵌件与现有技术中普通的锌合金风叶嵌件的性能比较

综上所述，现有技术中普通的锌合金风叶嵌件的尺寸稳定性很差，在2-3个月后尺寸会慢慢收缩，对装配尺寸控制公差要比粉末冶金大0.02mm，内孔粗糙度也只能保证在Ra1.6，材料硬度为HB60-65,密度为6.75/mm³，抗拉强度只能保证在250N/mm²。而本发明的铁基粉末冶金大风叶嵌件通过合理配伍其原料，使其具有优良的耐腐蚀性能，不会在恶劣的环境下发生腐蚀，还使其具有润滑作用不会由于干摩擦而导致风叶嵌件内孔的变形，从而提高其使用寿命。同时，其内孔尺寸精度和形位公差能通过模具保证在尺寸精度7级以上，孔对称度为0.03毫米，粗糙度可以达到Ra0.8，尺寸一致性为100%，压制密度为6.9g/cm³以上。且通过特定的生产工艺，本发明铁基粉末冶金大风叶嵌件的硬度达HB120-140，抗拉强度300N/m²。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (5)

1.一种铁基粉末冶金大风叶嵌件，其特征在于，包括嵌件本体，所述嵌件本体中部开设有装配孔，所述嵌件本体上表面设有一圈热熔槽，所述热熔槽位于装配孔外围且与装配孔同轴，所述嵌件本体外侧壁上均匀开设有若干弧形缺口，任意相邻两缺口间形成一安装部，每个安装部上分别开设有若干用于安装叶片的第一安装孔，所述嵌件本体上表面设置有环形垫块，所述环形垫块位于热熔槽外围且与装配孔同轴，环形垫块边缘开设有若干与第一安装孔同轴的第二安装孔，所述环形垫块周缘具有第一过渡面，所述过渡面为自环形垫块上表面至下表面逐渐向外倾斜的平面，环形垫块下表面周缘与嵌件本体外周缘重合，所述环形垫块随嵌件本体旋转并带动叶片转动；所述的铁基粉末冶金大风叶嵌件由以下质量百分比的成份组成：铜粉：1.50-1.85％，石墨：0.70-0.80％，硬脂酸锌：0.30-0.80％，余量为水雾化铁粉，其中，所述的水雾化铁粉由两种不同粒径的水雾化铁粉复配而成，其中75μm-150μm粒径的水雾化铁粉占总水雾化铁粉的75-85％，20μm-45μm粒径的水雾化铁粉占总水雾化铁粉的15-25％；所述水雾化铁粉松装密度为2.95-3.5g/cm³，压缩性为7.0-7.30，铁粉流动性为20-31s/50g；

所述铁基粉末冶金大风叶嵌件的生产工艺包括以下步骤：

S1、混料：按所述铁基粉末冶金大风叶嵌件的组成成份及其质量百分比称取原料，将称取好的原料倒入粉末混料机混合，得均匀的铁基粉末混合物；

S2、压制成型：将步骤S1中的铁基粉末混合物送入成型机中，采用一次压制成型法制得大风叶嵌件坏件；所述压制成型的压力为650-700Mpa，保压时间2-4s；

S3、烧结：将步骤S2中制得的大风叶嵌件坏件置于平板垫上送入烧结炉中，在氮气和氢气混合气体的保护下进行烧结，得到大风叶嵌件半成品；所述的烧结步骤为：先在500-750℃下脱蜡预烧，然后在940-960℃下保温烧结15-30min，接着在1070-1110℃保温烧结15-30min，然后在1115-1130℃下保温烧结40-50min，最后在1080-1110℃下预冷10-30min后随炉冷却；

S4、研磨：将步骤S3中制得的大风叶嵌件半成品和磨料按1:1-3的比例混合放入震动研磨机中，并加入防锈剂和光亮剂进行共振研磨；

S5、热处理：将共振研磨后的大风叶嵌件半成品先后进行超声波清洗然后进行蒸气处理，最后浸入70-90℃的热油中真空处理20-40min，得最终产品铁基粉末冶金大风叶嵌件。

2.根据权利要求1所述的铁基粉末冶金大风叶嵌件，其特征在于，所述的铁基粉末冶金大风叶嵌件由以下质量百分比的成分组成：铜粉：1.75％，石墨：0.75％，硬脂酸锌：0.50％，余量为水雾化铁粉。

3.根据权利要求1所述的铁基粉末冶金大风叶嵌件，其特征在于，所述的铁基粉末冶金大风叶嵌件由以下质量百分比的成分组成：铜粉：1.55％，石墨：0.80％，硬脂酸锌：0.40％，余量为水雾化铁粉。

4.根据权利要求1所述的铁基粉末冶金大风叶嵌件，其特征在于，铁基粉末冶金大风叶嵌件的生产工艺步骤S2中所述压制成型的压力为680-700Mpa，保压时间2-4s。

5.根据权利要求1所述的铁基粉末冶金大风叶嵌件，其特征在于，所述的磨料为碳化硅磨料、白刚玉磨料、棕刚玉磨料中的一种或多种。