CN105290402A - 一种带密封腔粉末冶金零件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带密封腔粉末冶金零件的制备方法,该方法依次包括设计材料组成、压制、烧结及加工,其中在压制过程中,分别在密封腔基体与密封腔盖上设计了专门用于烧结焊接的结构,使二者组装后形成用于容纳焊接剂的导流槽;与现有技术的非粉末冶金工艺相比,本发明省去了后续密封腔基体与密封腔盖的组装装配工序,在烧结焊接过程中直接形成具有密封腔的零件,不仅大大缩短了生产周期、降低了生产成本,也使得密封腔的密封性得到有效提高;同时,采用本发明对密封腔基体与密封腔盖设置的配合结构,可在烧结焊接前使二者达到精确定位,简化焊接的工艺步骤,且经过烧结焊接过程中形成密封腔后的零件整体连接强度好,使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金零件的制备技术领域,具体指一种带密封腔粉末冶金零件的制备方法。
背景技术
随着工业的发展,对零件的要求越来越高,受成本、交货周期和噪音等方面的影响,机械加工的零件往往难以满足要求。粉末冶金是一项能制造形状复杂零件的技术,具有节省原材料、节能、省工的特点,适合于大批量生产。
目前采用常规的粉末冶金工艺尚不能直接成型带密封腔粉末冶金零件,这是由于粉末冶金成型工艺的特性决定的。一般情况来说,采用粉末冶金工艺制造一个密闭密封腔的思路是分别成型上下两个密封腔盖,再成型一个密封腔基体,再将三者进行装配,或采用密封圈,使用螺栓压紧,达到密封的效果。但是,此种连接方式会导致密封腔的密封性较差,难以满足高压力环境的要求,且制备成本较高,难以满足大批量生产的需求。
因此,对于目前带密封腔粉末冶金零件的制备方法,有待于做进一步的改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状,提供一种带密封腔粉末冶金零件的制备方法,该方法制备的零件密封性能好,且制备方法简单、制备成本低,可进行大批量生产。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种带密封腔粉末冶金零件的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)设计材料组成:
按质量百分比计,密封腔基体所采用的材料包括以下组分:碳0~1.0%,铜0~5%,镍0~15%,钼0~3%,铬0~20%,5%以下的其它元素以及余量的铁;
按质量百分比计,密封腔盖所采用的材料包括以下组分:碳0~1.0%,铜0~5%,镍0~15%,钼0~3%,铬0~20%,5%以下的其它元素以及余量的铁;
上述密封腔基体与密封腔盖所采用的材料相同或不同;
(2)压制:将上述密封腔基体材料或密封腔盖材料压制成密度为6.0~7.3g/cm3的密封腔基体或密封腔盖;
其中,所述密封腔基体上成型有一顶部开口的内腔,该密封腔基体顶部具有围绕内腔的顶部开口外周向下凹设的槽,对应的,所述密封腔盖的底部具有能卡入槽内的凸圈;所述密封腔盖上开设有位于凸圈外周并上下贯通的孔,所述密封腔基体与密封腔盖装配完成状态下,所述凸圈与槽的内侧壁相贴合或靠近而与槽的外侧壁之间形成用于容纳焊接剂的导流槽,所述密封腔盖上的孔与该导流槽相连通;
(3)烧结:将密封腔基体与密封腔盖组装在一起,将钎焊剂放置在导流槽或密封腔盖上的孔内,并将该整体放置在烧结炉中进行钎焊烧结,钎焊烧结温度在1000~1300℃,保温时间为5~50分钟;
(4)加工:焊接后根据图纸尺寸和精度,对零件进行必要的机加工。
作为优选,所述槽的外侧壁成型为自下而上逐渐向外倾斜的斜面。所述斜面与槽的底部平面之间的夹角为90~160°。该结构更加便于烧结焊接过程中将钎焊剂导流至导流槽内。
优选地,所述密封腔基体与密封腔盖装配完成状态下,所述凸圈下边沿到槽底部之间的距离为0.02~0.3mm。
在上述各方案中,当零件密度低于7.2g/cm3时,在加工完成后对零件的密封腔进行蒸汽处理。
优选地,所述的焊接剂为采用镍基、铜基或银基合金粉末压制而成的钎焊剂或钎焊膏。
优选地,烧结时所采用的烧结炉为网带炉、真空炉、推杆炉、钟罩炉中的一种。
优选地,烧结时采用氮基气体、纯氢气体、吸热性气氛中的任意一种作为助焊气。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明开发了一种利用粉末冶金工艺制备具有密封腔的粉末冶金零件的全新方法,与现有技术的非粉末冶金工艺相比,本发明省去了后续密封腔基体与密封腔盖的组装装配工序,在烧结焊接过程中直接形成具有密封腔的零件,不仅大大缩短了生产周期、降低了生产成本,也使得密封腔的密封性得到有效提高;同时,采用本发明对密封腔基体与密封腔盖设置的配合结构,可在烧结焊接前使二者达到精确定位,简化了焊接的工艺步骤,且经过烧结焊接过程中形成密封腔后的零件整体连接强度好,使用寿命长,可进行大批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例中密封腔基体的结构示意图;
图2为图1的剖视图;
图3为本发明实施例中密封腔盖的结构示意图;
图4为图3的剖视图;
图5为本实施例中密封腔基体与密封腔盖组装在一起的结构示意图;
图6为图5的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1~6所示,本实施例中密封腔基体1上成型有一顶部开口的内腔11,该密封腔基体1顶部具有围绕内腔11的顶部开口外周向下凹设的槽12,槽12可以为U形、V形、圆形或其它异性状等,对应的,密封腔盖2的底部具有能卡入槽12内的凸圈21。密封腔盖2上开设有位于凸圈21外周并上下贯通的孔22,本实施例中的孔为多个,并靠近密封腔盖2的边缘间隔布置。密封腔基体1与密封腔盖2装配完成状态下,凸圈21与槽12的内侧壁相紧靠,以起到定位密封腔盖的作用,凸圈21与槽12的外侧壁之间形成用于容纳焊接剂的导流槽121,密封腔盖2上的孔22与该导流槽121相连通,以便于烧结焊接过程中钎焊剂自孔22中流入导流槽121中。槽12的外侧壁成型为自下而上逐渐向外倾斜的斜面122,该斜面122与槽12的底部平面之间的夹角A为90~160°。密封腔基体1与密封腔盖2装配完成状态下,凸圈21下边沿到槽12底部之间的距离为0.02~0.3mm。
实施例1:
本实施例中带密封腔粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤:
(1)设计材料组成:
密封腔基体的化学成分
碳含量% | 铜含量% | 其它 | 铁 |
0.8 | 2 | 无 | 余量 |
密封腔盖的化学成分
碳含量% | 铜含量% | 其它 | 铁 |
0.5 | 1.5 | 无 | 余量 |
(2)压制:将上述密封腔基体材料压制成密度为7.0g/cm3的密封腔基体,密封腔盖材料压制成密度为7.0g/cm3的密封腔盖;
(3)烧结:将焊接剂放置在导流槽中,将密封腔基体与密封腔盖组装在一起,将该整体放置在烧结炉中进行钎焊烧结,在氮基气体气氛中,钎焊烧结温度在1120℃,保温时间为30分钟;在该过程中,钎焊剂熔化,其中一部分渗入密封腔材料中,一部分渗入导流槽的间隙中;
(4)加工:焊接后根据图纸尺寸和精度,对零件进行必要的机加工;
(5)在加工完成后对零件的密封腔进行蒸汽处理。
实施例2:
本实施例中带密封腔粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤:
(1)设计材料组成:
密封腔基体的化学成分
碳含量% | 铜含量% | 其它 | 铁 |
0.2 | 2 | 无 | 余量 |
密封腔盖的化学成分
铜含量% | 其它 | 铁 |
1.5 | 无 | 余量 |
(2)压制:将上述密封腔基体材料压制成密度为6.5g/cm3的密封腔基体,密封腔盖材料压制成密度为6.5g/cm3的密封腔盖;
(3)烧结:将焊接膏涂覆于密封腔基体的槽中,将密封腔基体与密封腔盖组装在一起,将该整体放置在烧结炉中进行钎焊烧结,在氮基气体气氛中,钎焊烧结温度在1120℃,保温时间为30分钟;在该过程中,钎焊剂熔化,其中一部分渗入密封腔材料中,一部分渗入导流槽的间隙中;
(4)加工:焊接后根据图纸尺寸和精度,对零件进行必要的机加工;
(5)在加工完成后对零件的密封腔进行蒸汽处理。
实施例3:
本实施例中带密封腔粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤:
(1)设计材料组成:
密封腔基体的化学成分
碳含量% | 铜含量% | 其它 | 铁 |
0.4 | 3 | 无 | 余量 |
密封腔盖的化学成分
碳含量% | 铜含量% | 其它 | 铁 |
0.4 | 3 | 无 | 余量 |
(2)压制:将上述密封腔基体材料压制成密度为7.3g/cm3的密封腔基体,密封腔盖材料压制成密度为7.3g/cm3的密封腔盖;
(3)烧结:将焊接剂放置在导流槽中,将密封腔基体与密封腔盖组装在一起,将该整体放置在烧结炉中进行钎焊烧结,在氮基气体气氛中,钎焊烧结温度在1120℃,保温时间为30分钟;在该过程中,钎焊剂熔化,其中一部分渗入密封腔材料中,一部分渗入导流槽的间隙中;
(4)加工:焊接后根据图纸尺寸和精度,对零件进行必要的机加工。
实施例4:
本实施例中带密封腔粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤:
(1)设计材料组成:
密封腔基体的化学成分
铜含量% | 镍含量% | 其它 | 铁 |
2 | 2 | 无 | 余量 |
密封腔盖的化学成分
碳含量% | 铜含量% | 其它 | 铁 |
0.5 | 1.5 | 无 | 余量 |
(2)压制:将上述密封腔基体材料压制成密度为7.0g/cm3的密封腔基体,密封腔盖材料压制成密度为7.0g/cm3的密封腔盖;
(3)烧结:将密封腔基体与密封腔盖组装在一起,将焊接剂放置在密封腔盖的孔中,将该整体放置在烧结炉中进行钎焊烧结,在氮基气体气氛中,钎焊烧结温度在1120℃,保温时间为50分钟;在该过程中,钎焊剂熔化,其中一部分渗入密封腔材料中,一部分渗入导流槽的间隙中;
(4)加工:焊接后根据图纸尺寸和精度,对零件进行必要的机加工;
(5)在加工完成后对零件的密封腔进行蒸汽处理。
实施例5:
本实施例中带密封腔粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤:
(1)设计材料组成:
密封腔基体的化学成分
铬含量% | 镍含量% | 钼含量% | 铁 |
18 | 10 | 2.5 | 余量 |
密封腔盖的化学成分
碳含量% | 铬含量% | 镍含量% | 钼含量% | 铁 |
0.2 | 18 | 4 | 0.5 | 余量 |
(2)压制:将上述密封腔基体材料压制成密度为6.6g/cm3的密封腔基体,密封腔盖材料压制成密度为6.6g/cm3的密封腔盖;
(3)烧结:将焊接剂放置在导流槽中,将密封腔基体与密封腔盖组装在一起,将该整体放置在烧结炉中进行钎焊烧结,在氮基气体气氛中,钎焊烧结温度在1300℃,保温时间为30分钟;在该过程中,钎焊剂熔化,其中一部分渗入密封腔材料中,一部分渗入导流槽的间隙中;
(4)加工:焊接后根据图纸尺寸和精度,对零件进行必要的机加工;
(5)在加工完成后对零件的密封腔进行蒸汽处理。
实施例6:
本实施例中带密封腔粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤:
(1)设计材料组成:
密封腔基体的化学成分
碳含量% | 铬含量% | 钼含量% | 铁 |
1.0 | 1.5 | 0.3 | 余量 |
密封腔盖的化学成分
碳含量% | 铬含量% | 钼含量% | 铁 |
0.7 | 1.5 | 0.3 | 余量 |
(2)压制:将上述密封腔基体材料压制成密度为6.9g/cm3的密封腔基体,密封腔盖材料压制成密度为7.0g/cm3的密封腔盖;
(3)烧结:将焊接剂放置在导流槽中,将密封腔基体与密封腔盖组装在一起,将该整体放置在烧结炉中进行钎焊烧结,在氮基气体气氛中,钎焊烧结温度在1120℃,保温时间为30分钟;在该过程中,钎焊剂熔化,其中一部分渗入密封腔材料中,一部分渗入导流槽的间隙中;
(4)加工:焊接后根据图纸尺寸和精度,对零件进行必要的机加工;
(5)在加工完成后对零件的密封腔进行蒸汽处理。
实施例7:
本实施例中带密封腔粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤:
(1)设计材料组成:
密封腔基体的化学成分
镍含量% | 铁 |
2 | 余量 |
密封腔盖的化学成分
碳含量% | 镍含量% | 铁 |
0.5 | 1.5 | 余量 |
(2)压制:将上述密封腔基体材料压制成密度为7.0g/cm3的密封腔基体,密封腔盖材料压制成密度为7.0g/cm3的密封腔盖;
(3)烧结:将密封腔基体与密封腔盖组装在一起,将焊接剂放置在密封腔盖的孔中,将该整体放置在烧结炉中进行钎焊烧结,在氮基气体气氛中,钎焊烧结温度在1120℃,保温时间为30分钟;在该过程中,钎焊剂熔化,其中一部分渗入密封腔材料中,一部分渗入导流槽的间隙中;
(4)加工:焊接后根据图纸尺寸和精度,对零件进行必要的机加工;
(5)在加工完成后对零件的密封腔进行蒸汽处理。
实施例8:
本实施例中带密封腔粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤:
(1)设计材料组成:
密封腔基体的化学成分
碳含量% | 铜含量% | 其它 | 铁 |
0.4 | 3 | 无 | 余量 |
密封腔盖的化学成分
碳含量% | 铜含量% | 其它 | 铁 |
0.4 | 3 | 无 | 余量 |
(2)压制:将上述密封腔基体材料压制成密度为7.3g/cm3的密封腔基体,密封腔盖材料压制成密度为7.3g/cm3的密封腔盖;
(3)烧结:将焊接剂放置在导流槽中,将密封腔基体与密封腔盖组装在一起,将该整体放置在烧结炉中进行钎焊烧结,在氮基气体气氛中,钎焊烧结温度在1120℃,保温时间为5分钟;在该过程中,钎焊剂熔化,其中一部分渗入密封腔材料中,一部分渗入导流槽的间隙中;
(4)加工:焊接后根据图纸尺寸和精度,对零件进行必要的机加工。
实施例9:
本实施例中带密封腔粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤:
(1)设计材料组成:
密封腔基体的化学成分
碳含量% | 钼含量% | 铁 |
0.8 | 1.5 | 余量 |
密封腔盖的化学成分
碳含量% | 铜含量% | 铁 |
0.5 | 1.5 | 余量 |
(2)压制:将上述密封腔基体材料压制成密度为7.0g/cm3的密封腔基体,密封腔盖材料压制成密度为7.0g/cm3的密封腔盖;
(3)烧结:将焊接剂放置在导流槽中,将密封腔基体与密封腔盖组装在一起,将该整体放置在烧结炉中进行钎焊烧结,在氮基气体气氛中,钎焊烧结温度在1000℃,保温时间为50分钟;在该过程中,钎焊剂熔化,其中一部分渗入密封腔材料中,一部分渗入导流槽的间隙中;
(4)加工:焊接后根据图纸尺寸和精度,对零件进行必要的机加工;
(5)在加工完成后对零件的密封腔进行蒸汽处理。
上述各实施例中的钎焊剂采用熔点为850~1200℃的镍基合金粉末或钎焊膏。钎焊剂如果使用钎焊膏,则不需要成形环形的钎焊剂,直接将钎焊膏挤入钎焊剂容置槽中即可。本发明的钎焊剂的化学成分及性能如下:
钎焊剂的化学成分
Ni | Cu | Mn | B | Si | Fe | 松装密度 |
41.5% | 39.1% | 15.4% | 1.5% | 1.9% | 其余 | 2.14g/cm3 |
根据焊接强度的不同要求,可以使用铜基、银基钎焊剂,但要求熔点范围要比较宽,应当大于30℃以上,优选为镍基钎焊剂,这是由于镍是铁基粉末冶金零件中常见的合金元素,焊缝的强度最高,完全可以满足零件高可靠性的使用要求。
Claims (8)
1.一种带密封腔粉末冶金零件的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)设计材料组成:
按质量百分比计,密封腔基体所采用的材料包括以下组分:碳0~1.0%,铜0~5%,镍0~15%,钼0~3%,铬0~20%,5%以下的其它元素以及余量的铁;
按质量百分比计,密封腔盖所采用的材料包括以下组分:碳0~1.0%,铜0~5%,镍0~15%,钼0~3%,铬0~20%,5%以下的其它元素以及余量的铁;
上述密封腔基体与密封腔盖所采用的材料相同或不同;
(2)压制:将上述密封腔基体材料或密封腔盖材料压制成密度为6.0~7.3g/cm3的密封腔基体或密封腔盖;
其中,所述密封腔基体上成型有一顶部开口的内腔,该密封腔基体顶部具有围绕内腔的顶部开口外周向下凹设的槽,对应的,所述密封腔盖的底部具有能卡入槽内的凸圈;所述密封腔盖上开设有位于凸圈外周并上下贯通的孔,所述密封腔基体与密封腔盖装配完成状态下,所述凸圈与槽的内侧壁相贴合或靠近而与槽的外侧壁之间形成用于容纳焊接剂的导流槽,所述密封腔盖上的孔与该导流槽相连通;
(3)烧结:将密封腔基体与密封腔盖组装在一起,将钎焊剂放置在导流槽或密封腔盖上的孔内,并将该整体放置在烧结炉中进行钎焊烧结,钎焊烧结温度在1000~1300℃,保温时间为5~50分钟;
(4)加工:焊接后根据图纸尺寸和精度,对零件进行必要的机加工。
2.根据权利要求1所述的带密封腔粉末冶金零件的制备方法,其特征在于:所述槽的外侧壁成型为自下而上逐渐向外倾斜的斜面。
3.根据权利要求2所述的带密封腔粉末冶金零件的制备方法,其特征在于:所述斜面与槽的底部平面之间的夹角为90~160°。
4.根据权利要求1所述的带密封腔粉末冶金零件的制备方法,其特征在于:所述密封腔基体与密封腔盖装配完成状态下,所述凸圈下边沿到槽底部之间的距离为0.02~0.3mm。
5.根据权利要求1所述的带密封腔粉末冶金零件的制备方法,其特征在于:当零件密度低于7.2g/cm3时,在加工完成后对零件的密封腔进行蒸汽处理。
6.根据权利要求1所述的带密封腔粉末冶金零件的制备方法,其特征在于:所述的焊接剂为采用镍基、铜基或银基合金粉末压制而成的钎焊剂或钎焊膏。
7.根据权利要求1所述的带密封腔粉末冶金零件的制备方法,其特征在于:烧结时所采用的烧结炉为网带炉、真空炉、推杆炉、钟罩炉中的一种。
8.根据权利要求1所述的带密封腔粉末冶金零件的制备方法,其特征在于:烧结时采用氮基气体、纯氢气体、吸热性气氛中的任意一种作为助焊气。
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210208 Address after: 222069 China (Jiangsu) pilot Free Trade Zone, Lianyungang City, Jiangsu Province Patentee after: Lianyungang Fuchi Zhizao Technology Co.,Ltd. Address before: 315191 No.8 Jingjiang Road, Yinzhou Industrial Park, Ningbo, Zhejiang Province Patentee before: MBTM New Materials Group Co.,Ltd. |
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TR01 | Transfer of patent right |