CN105499580B

CN105499580B - 一种粉末冶金缸体的制造方法

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Publication number: CN105499580B
Application number: CN201410498327.6A
Authority: CN
Inventors: 包崇玺; 詹学救; 周国燕; 毛增光
Original assignee: NBTM New Materials Group Co Ltd
Current assignee: NBTM New Materials Group Co Ltd
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2018-04-03
Anticipated expiration: 2034-09-25
Also published as: CN105499580A

Abstract

一种粉末冶金缸体的制造方法，步骤：将铁、铬、钼、锰、镍、碳及铜按质量百分比混合成混合粉；将上述混合粉在压机上压制成密度为6.2～7.2g/cm³的支座生坯；在温度1000℃～1350℃中进行烧结，烧结的时间为5～180分钟，在非氧化性气氛中进行退火；通过挤压成型机或精整压机改装的压机上进行挤压，挤压变形量在直径方向上大于等于2％；根据尺寸要求选择性加工，蒸汽处理。本发明的优点在于：制作工艺简单，精度高、表面光洁度好，有效消除了锻造过程中由于在高温下进行而使模具易产生龟裂的难题，从而降低了生产成本，提高了生产效率。与传统粉末冶金工艺相比，产品的密度更高，基本实现表面致密化。

Description

一种粉末冶金缸体的制造方法

技术领域

本发明粉末冶金缸体的制造方法，尤其指压缩机缸体的制造方法。

背景技术

目前在压缩机行业，大功率的压缩机采用铸造毛坯进行机加工。机加工的方法速度较慢，材料利用率低，产品一致性差。缸体与支座配合，一般压缩机装配，通过将缸体或支座焊接在压缩机壳体上。加工完的产品在装配时采用焊接方式装配。对于铸铁的焊接，由于是常规材料，一般压缩机厂均没有大的工艺问题，焊接质量及焊接强度均能够较好的保证。但是对于粉末冶金零件，由于存在孔隙，孔隙的数量、形态和分布影响材料的物理性能如热传导率、热膨胀率和淬硬性等，这些物理性能直接影响材料可焊性，使焊接较同成份的冶铸材料相比难度加大。在普通焊接冷却过程中焊缝收缩产生较大的张应力。在张应力的作用下由于粉末冶金材料的延伸率较低，往往产生裂纹，焊接强度降低，甚至无法完成焊接过程。焊接性的问题影响了粉末冶金缸体在压缩机中的应用，尤其是需要焊接装配的大功率压缩机。

对于支座零件，ZL200810163887.0，ZL200810163886.6的专利，将支座分为两个部分，外层为焊接性良好的材料，一般为低碳的材料或高密度的粉末冶金生坯，内层为高碳的生坯，内外层采用烧结钎焊或烧结后激光焊接的方式连接在一起。采用粉末冶金烧结钎焊方法而将过渡块与支座基体实现焊接在一起，达到了支座基体位置高且定位精度准确及连接强度好的要求；整个焊接过程简单并易于操作。但是存在着整体性较差，模具数量较多，零件较多，存在批量生产难以协调的问题。而缸体形状简单，要求整体性好，难以通过分割方式进行结构优化。

而对于缸体，囿于焊接问题，粉末冶金工艺只能生产功率较小且焊接缸体装配的压缩机，市场受到很大的限制。对于铁基粉末冶金材料，提高产品密度是改善焊接性一个重要的方向。一般而言，密度大于7.3g/cm³的粉末冶金材料的焊接性与普通钢材相当。但是密度的提高，受制于产品的功能、化学成分、铁粉性能、成形工艺、烧结工艺和后加工工艺(粉末热锻等)，因此，与铸铁制造的零件相比，产品的成本增加，粉末冶金工艺根本，没有竞争优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制作方便、工艺简单且生产成本低的粉末冶金缸体的制造方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种粉末冶金缸体的制造方法，其特征在于依次包括如下步骤：

1)设计材料组成:支座采用的材料为烧结钢，成分为碳：0～1.2％，铜：0～5％，镍：0～2％，钼：0～2％，铬：0～3％，锰：0～3％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量，上述的百分比为质量百分比；

其中，铬、钼、铜、镍、锰以铁合金或母合金或元素粉的形式加入，碳以石墨形式加入，然后加入质量百分比含量为0.1～1％的润滑剂；

2)将上述混合粉在压机上压制成密度为6.2～7.2g/cm³的缸体生坯，压制压力大于400MPa；

3)将支座生坯在温度1000℃～1350℃中进行烧结，烧结的时间为5～180分钟；

4)在非氧化性气氛中进行退火，退火温度为750～1080℃，退火保温时间5～200分钟退火，对于烧结后硬度低于HRB100的支座，退火工序可以作为选项；

5)挤压：通过挤压成型机或精整压机改装的压机上进行挤压，其最大挤压变形量在直径方向上大于等于2％，挤压模阴模和芯棒至少分为导向段和定径段两个部分；

6)根据零件尺寸要求，加工端面和内径，并对加工后根据零件要求进行蒸汽处理；蒸汽处理的温度为550～570℃，保温70～90分钟，蒸汽处理步骤在支座气密性满足要求的条件下可以作为选项。

作为改进，所述步骤1)中的润滑剂及石墨采用粘接处理方式加入。

作为改进，所述步骤2)的压制是采用温压成形或模具加热成形。

作为改进，所述步骤3)的烧结在真空烧结炉中进行或者是氮气为基础、氢气的比例为1～90vol％的烧结炉中进行。

作为改进，所述步骤4)退火后，从退火温度到300℃之间的冷却速度小于2℃/S。

再改进，所述步骤3)、步骤4)的烧结和退火两道工序可以合二为一，在烧结结束后将温度控制在退火温度进行保温，按照退火的时间和冷却要求降到室温即可。

再改进，所述步骤5)的挤压在精整压机上进行，挤压为均匀挤压或非均匀挤压，

再改进，所述步骤6)的蒸汽处理的温度为560℃，保温80分钟。

与现有技术相比，本发明的优点在于：制作工艺简单，具有精度高、内外表面光洁度好的特点，有效地消除了烧结焊接或烧结后激光焊接零件过多的难题，减少焊料，从而降低了生产成本，提高了生产效率。与传统粉末冶金工艺相比，产品的密度更高，局部区域密度可以超过7.60g/cm³，接近锻造钢的水平，表面相对密度可以达到99％以上，基本实现表面致密化，这样可以保证零件焊接时不需调整焊接工艺，按照普通钢材进行焊接组装,与传统的铸造零件相比，强度更高，零件精度更高，减少了大量的机加工工序。

附图说明

图1为本发明的双耳型缸体的结构示意图；

图2为本发明的单耳型缸体的结构示意图；

图3为挤压阴模示意图；

图4为挤压后缸体外圆周的孔隙照片；

图5为密度与力学性能的关系曲线。

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。

实施例一:

1、准备好原料，即铁铬钼和碳的混合粉，其配比为：铁合金(铬为3.0％，钼为0.5％，不可避免的其他物质，小于1％，铁为余量)为99.0％；碳为0.40％，然后加入含量为0.60％的润滑剂；

其中，铬、钼以铁合金或母合金或元素粉的形式加入，碳以石墨形式加入，然后加入润滑剂；润滑剂及石墨采用粘接处理方式加入；

2、将上述混合粉在600MPa的压力下压制为密度6.65g/cm³的缸体生坯；压制是采用温压成形或模具加热成形；

3、烧结，将该缸体零件在温度1200℃中进行烧结，烧结的时间为20分钟，烧结在真空烧结炉中进行；

4、退火：退火温度为850℃；气氛为氮气，退火保温时间为60分钟，退火后从退火温度到300℃之间的冷却速度为0.1℃/S；

5、挤压(精整)：通过挤压成型机或精整压机改装的压机上进行挤压，挤压变形量在直径方向上大于2％，即挤压变形量(Φ_烧结件-Φ_挤压件)/Φ_烧结件×100％≥2％，；挤压模阴模3和芯棒至少分为导向段31和定径段32两个部分；

6、蒸汽处理：根据零件尺寸要求，加工端面和内径，并对加工后根据零件要求进行蒸汽处理，蒸汽处理温度为560℃，保温80分钟。

将缸体1外圆周切割抛光，其孔隙照片见图4，从图4可以看出，缸体1外圆周基本实现致密化。

7、测量外表面的粗糙度，挤压表面的Ra为0.1，Rz为1.65，未挤压的表面为Ra为0.9，Rz为6.5，粗糙度明显得到改善。

实施例二:

1、准备好原料，即铁铬钼和碳的混合粉，其配比为：铁合金粉(铬为3.0％，钼为0.5％，不可避免的其他物质，小于1％，铁为余量)为50％，纯铁粉为49.3％；碳为0.3％，然后加入含量为0.4％的润滑剂；

2、将上述混合粉在600MPa的压力下压制为密度6.8g/cm³的缸体生坯；压制是采用温压成形；

3、烧结，将该缸体零件在温度1120℃中进行烧结，烧结的时间为20分钟，烧结在以氮气为基础、氢气的比例在10vol％的烧结炉中进行；

4、挤压(精整)：通过挤压成型机或精整压机改装的压机上进行挤压，挤压变形量在直径方向上大于6％，即挤压变形量(Φ_烧结件-Φ_挤压件)/Φ_烧结件×100％≥6％；挤压模阴模3至少分为两个部分：导向段31和定径段32；

5、蒸汽处理：根据零件尺寸要求，加工端面和内径，并对加工后根据零件要求进行蒸汽处理，蒸汽处理温度为560℃，保温80分钟。

6、测量外表面的粗糙度，挤压表面的Ra为0.13，Rz为1.60，未挤压的表面为Ra为0.9，Rz为6.5，粗糙度明显得到改善。

实施例三:

1、准备好原料，即铁和碳的混合粉：铁粉(不可避免的其他物质小于1％，铁为余量)为99.0％；碳为0.5％，然后加入含量为0.5％的润滑剂；

碳以石墨形式加入，然后加入润滑剂；润滑剂及石墨采用粘接处理方式加入；

2、将上述混合粉在600MPa的压力下温压为密度7.10g/cm³的缸体生坯；压制是采用温压成形或模具加热成形；

4、烧结，将该缸体零件在温度1120℃中进行烧结，烧结的保温时间为30分钟；

5、挤压(精整)：通过挤压成型机或精整压机改装的压机上进行挤压，挤压变形量在直径方向上大于4％，即(Φ_烧结件-Φ_挤压件)/Φ_烧结件×100％≥4％；挤压模阴模3至少分为两个部分：导向段31和定径段32；

7、测量外表面的粗糙度，挤压表面的Ra为0.14，Rz为1.69，未挤压的表面为Ra为0.9，Rz为6.5，粗糙度明显得到改善。

实施例四:

1、准备好原料，即铁和碳的混合粉：铁粉(不可避免的其他物质小于1％，铁为余量)为98.6％；碳为0.8％，然后加入含量为0.6％的润滑剂；

2、将上述混合粉在600MPa的压力下温压为密度6.40g/cm³的缸体生坯；压制是采用温压成形或模具加热成形；

3、烧结，将该缸体零件在温度1120℃中进行烧结，烧结的保温时间为30分钟；

4、挤压(精整)：通过挤压成型机或精整压机改装的压机上进行挤压，挤压变形量在直径方向上大于10％，即(Φ_烧结件-Φ_挤压件)/Φ_烧结件×100％≥10％；挤压模阴模3至少分为两个部分：导向段31和定径段32；

6、测量外表面的粗糙度，挤压表面的Ra为0.14，Rz为1.55，未挤压的表面为Ra为0.9，Rz为6.5，粗糙度明显得到改善。

实施例五:

1、准备好原料，即铁、铜和碳的混合粉：铁粉(不可避免的其他物质小于1％，铁为余量)为97.0％；铜为2％；碳为0.5％，然后加入含量为0.5％的润滑剂；

其中，铜以铁合金或母合金或元素粉的形式加入，碳以石墨形式加入，然后加入润滑剂；润滑剂及石墨采用粘接处理方式加入；

2、将上述混合粉在600MPa的压力下温压为密度7.00g/cm³的缸体生坯；

4、挤压(精整)：通过挤压成型机或精整压机改装的压机上进行挤压，挤压变形量在直径方向上大于5％，即(Φ_烧结件-Φ_挤压件)/Φ_烧结件×100％≥5％；挤压模阴模3至少分为两个部分：导向段31和定径段32；

6、测量外表面的粗糙度，挤压表面的Ra为0.15，Rz为1.75，未挤压的表面为Ra为0.9，Rz为6.5，粗糙度明显得到改善。

实施例六:

1、准备好原料，即铁、铜和碳的混合粉：铁粉(不可避免的其他物质小于1％，铁为余量)为96.5％；铜为2％；碳为0.8％，然后加入含量为0.7％的润滑剂；

2、将上述混合粉在600MPa的压力下温压为密度6.80g/cm³的缸体生坯；压制是采用温压成形或模具加热成形；

4、挤压(精整)：通过挤压成型机或精整压机改装的压机上进行挤压，挤压变形量在直径方向上大于7％，即(Φ_烧结件-Φ_挤压件)/Φ_烧结件×100％≥7％，挤压模阴模3至少分为两个部分：导向段31和定径段32；

6、挤压面的粗糙度测量：Ra为0.09，Rz为1.38.

实施例七：

1、准备好原料，即铁钼铜镍和碳的混合粉，其配比为：铁铜钼镍部分合金粉(钼为0.50％，镍为1.75％，铜为1.5％，不可避免的其他物质，小于1％，铁为余量)为98.6％；碳为0.9％，然后加入含量为0.5％的润滑剂；

其中，钼、铜、镍以铁合金或母合金或元素粉的形式加入，碳以石墨形式加入，然后加入润滑剂；润滑剂及石墨采用粘接处理方式加入；

2、将上述混合粉在600MPa的压力下温压为密度6.90g/cm³的缸体生坯；压制是采用温压成形或模具加热成形；

3、烧结，将该缸体零件在温度1120℃中进行烧结，烧结的保温时间为30分钟，烧结后冷却到850℃，保温30分钟，然后烧结后以小于0.3℃/S的冷却速度冷却到300℃；

4、挤压(精整)：通过挤压成型机或精整压机改装的压机上进行挤压，挤压变形量在直径方向上大于6％，即(Φ_烧结件-Φ_挤压件)/Φ_烧结件×100％≥6％，挤压模阴模3至少分为两个部分：导向段31和定径段32；

6、测量外表面的粗糙度，挤压表面的Ra为0.14，Rz为1.60，未挤压的表面为Ra为0.9，Rz为6.5，粗糙度明显得到改善。

实施例八：

1、准备好原料，即铁锰铜和碳的混合粉，其配比为：锰铁粉(锰为73％，不可避免的其他物质，小于3％，铁为余量)为3％；纯铁粉为94.7％；碳为0.3％；铜为1.5％；然后加入含量为0.5％的润滑剂；

其中，锰、铜以铁合金或母合金或元素粉的形式加入，碳以石墨形式加入，然后加入润滑剂；润滑剂及石墨采用粘接处理方式加入；

2、将上述混合粉在600MPa的压力下压制为密度7.1g/cm³的缸体生坯；压制是采用温压成形或模具加热成形；

3、烧结，将该缸体零件在温度1200℃中进行烧结，烧结的保温时间为60分钟；

4、挤压(精整)：通过挤压成型机或精整压机改装的压机上进行挤压，挤压变形量在直径方向上大于3％，即(Φ_烧结件-Φ_挤压件)/Φ_烧结件×100％≥3％。挤压模阴模3至少分为两个部分：导向段31和定径段32；

6、测量外表面的粗糙度，挤压表面的Ra为0.1，Rz为1.65，未挤压的表面为Ra为0.9，Rz为6.5，粗糙度明显得到改善。

Claims

1.一种粉末冶金缸体的制造方法，其特征在于依次包括如下步骤：

1）设计材料组成:支座采用的材料为烧结钢，烧结钢所含成分的质量百分比为碳：0～1.2%，铜：0～5%，镍：0～2%，钼：0～2%，铬：0～3%，锰：0～3%，不超过2%的不可避免的杂质，铁：余量，上述的百分比为质量百分比；

其中，铬、钼、铜、镍、锰以铁合金或母合金或元素粉的形式加入，碳以石墨形式加入，然后加入质量百分比含量为0.1~1%的润滑剂，获得混合粉；

2）将上述混合粉在压机上压制成密度为6.2～7.2g/cm³的缸体生坯，压制压力大于400MPa；

3）将支座生坯在温度1000℃～1350℃中进行烧结，烧结的时间为5～180分钟；

4）在非氧化性气氛中进行退火，退火温度为750～1080℃，退火保温时间5～200分钟；

5）挤压：通过挤压成型机或精整压机改装的压机上进行挤压，其最大挤压变形量在直径方向上大于等于2%，挤压模阴模和芯棒至少分为导向段和定径段两个部分；

6）根据零件尺寸要求，加工端面和内径，并对加工后根据零件要求进行蒸汽处理；

蒸汽处理的温度为550~570℃，保温70~90分钟。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述步骤1）中的润滑剂及石墨采用粘接处理方式加入。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述步骤2）的压制是采用温压成形或模具加热成形。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述步骤3）的烧结在真空烧结炉中进行或者是氮气为基础、氢气的比例为1～90vol%的烧结炉中进行。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述步骤4）退火，从退火温度到300℃之间的冷却速度小于2℃/S。

6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述步骤3）、步骤4）的烧结和退火两道工序合二为一，在烧结结束后将温度控制在退火温度进行保温，按照退火的时间和冷却要求降到室温即可。

7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述步骤5）的挤压在精整压机上进行，挤压为均匀挤压或非均匀挤压。

8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述步骤6）的蒸汽处理的温度为560℃，保温80分钟。

9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：进行步骤3)后，硬度低于HRB100的支座，不进行步骤4)。