CN1061580C - 粉末合金球的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属粉末制造制品的方法领域。适用于制造球状合金制品。本发明的主要特征是球坯模采用弹性软球模，球模装料采用机械振动装料机振动装料，装料的球模在冷等静压机中等静压压实，在烧结炉中烧结，烧结后的球坯在热等静压机中进行处理，处理后经磨削整成制品。本发明不仅生产效率高，而且球制品密度高，质量性能好。

Description

粉末合金球的制造方法
本发明属于由金属粉末制造工件或制品的方法领域。主要适用于制造球状合金制品。
用粉末冶金方法生产球形合金制品，其传统的工艺是：使用液压机或机械压力机钢模成形，粉末在球模中压实成球坯，然后将球坯置于烧结炉中烧结制成球形制品。其球模通常是采用双半球钢模，烧结也是在普通烧结炉中进行(《硬质合金生产原理》，王国栋编，冶金工业出版社，1988年2月，P167～170)。采用这种工艺制备合金球存在以下不足之处：(1)成形效率低；(2)采用双半钢球模成形后的球坯，其中间都带有凸起的环带，给随后的精加工造成困难；(3)所成形球坯密度小，且密度不均匀。这是因为球模模壁对粉末的摩擦阻力所致，粉末料沿加压方向运动时，压力不断受到损失，使得球坯中心部分的密度最低；(4)由于钢模成形，故需添加成型剂，而在烧结时成形剂挥发，球坯容易开裂，而残存的成形剂又会使球坯合金脏化，直接影响合金球的性能。
本发明的目的在于提供一种生产效率高的、所制备的合金球不园度小和纯度高、性能好的粉末合金球的制造方法。
针对上述目的，本发明采用的主要技术方案：采用弹性软模和机械振动机装料成型球坯，并在冷等静压机上压实球坯，然后进行烧结(H2或真空烧结均可)。根据不同使用性能要求，再将球坯进行热等静压处理。
其具体工艺流程为：
弹性软球模的制备--机械振动装料--冷等静压成形--粗磨--烧结--热等静压处理--精整。现分述如下：
(1)弹性软球模的制备
以聚乙烯料浆为原料，以合适大小的铁圈和不锈钢球为芯模，浇注成形，经塑化后脱模，则制成弹性软球模具。不锈钢球的直径依据所需制备的成品合金球的大小计算机而定，塑化工艺为(150～200℃)×(0．5～1小时)。所浇注成形的弹性软球模，每个球模上面带有30～100个球形模腔(数量多少视球坯大小而定)，球形模腔呈等距离一圈一圈规则排列，所制软球模柔软而且具有弹性，每个球腔上部都留有用于装料的装料口。
(2)装粉
取多个弹性软球模，并分别用有一定光度的金属制园筒固定好，然后在软球模的上部空间装入合金粉末，将各个软球模分别置于振动装料机的各个园筒上，打开振动开关，合金粉末会自动进入软球模的各个球腔中，待粉末充满球腔后，停止振动，卸下球模并将装料口密封。
(3)球模的压实成形
将已经充满粉末原料的弹性软球模置于冷等静压机中进行加压压实，加压压力为147～196MPa。压实后卸压取出弹性软模，将压实的球坯从模中脱出，得到压制好的球坯。
(4)烧结
将脱模后的球坯置于氢气烧结炉中进行烧结。其烧结工艺参数为1400～1550℃×1～1．5hr(视不同成份不同大小的球坯制品而定)。
(5)热等静压处理
为消除烧结合金球坯中的残留孔隙，提高合金球产品的光洁度和材质性能，将烧结后的合金球坯置于热等静压机中进行处理。热等静压温度为1350～1400℃，传压介质为高纯氩气，压力＞98MPa，保温保压时间为1～1．5hr。在此条件下，可获得完全致密的球坯。
(6)精整
将烧结后的合金球进行研磨、精整，得到最终合金球制品。
采用本发明所述的方法，可以制备各种不同材质，不同大小和不同用途的合金球，如超高压球阀球、硬度计压头等，而且合金球密度高，球质性能好，以热等静压处理后的硬质合金球为例，经研磨表面光洁度可达V13，成品球真园度＜1μm。
与传统的粉末冶金制球工艺技术相比，本发明具有如下优点：
(1)压形球坯不园度小，不园度＜5．0％。即真园度高，球坯没有像钢模成形那样的凸起环带，精整时加工量小。
(2)软球模冷等静压成形的合金球坯密度高，而且均匀，制品无裂纹等缺陷，成品率高。
(3)采用振动装料机装料一次可装数百、上千粒球坯，10分钟就可完成装料，生产效率高。
(4)采用冷等静压成形，不需要成形剂如石蜡、橡胶等，故成形后的球坯不需脱蜡脱胶，可一次烧结成制品，并减少了合金脏化的可能性，使合金球保护良好的纯度和性能。
实施例
采用本发明所述的方法制备了三批合金球，三批合金球的合金成份、粉末粒度和所要求的最终成品球尺寸如表1所示。首先根据制品球的直径计算和制备三批有合适尺寸空球腔的弹性软球模，将球模分批装配在振动装料机的园筒上，将混合均匀的合金粉末原料放在软模之上，并加盖密封，然后振动使粉末充满球模空腔，接着取出装好粉末原料的球模并密封置于冷等静压机中压实，压实后脱模再进行烧结，并精整成制品。压实时冷等静压压力和烧结工艺参数如表2所示。在烧结前，从各批合金球坯中任选30粒，测其球的单重、直径和不园度其结果列入表3，烧结后，球坯还进行了热等静压处理，其参数列入了表2。对成品球进行了密度测量其结果列入表3。表1实施例合金球的成分、粉末粒度及制品所要求的直径
批号 合金球化学成分(重量％) 粉末粒度FSSS μm 成品球设计直径mm
 1  WC 92％ Co 8％ 3-4     18
 2  WC 94％ Co 6％ 1-2     5．0
 3  W95 Ni3．5 Fe1．5 3．5-4     7．0
表2实施例弹性软模球腔直径、冷热等静压成形参数
批号 球腔直径mm 冷等静压压实     烧结 热等静压处理
压力MPa 时间(分) 温度(℃) 压力MPa 温度和时间℃×分钟
 1  28．0  147～196     60  1400 ＞98  1350×90
 2  9．5  147～196     60  1400 ＞98  1350×90
 3  10．5  196     87  1500  ／     ／
表3实施例压实球坯和成品球的物理性能及用途
批号             压实球坯             成品球
    单重g     直径mm     不圆度％ 密度g／cm3     用途
    1  54．0～56．5  22．2～23．3     ＜1．9  14．8 球磨混料用球
    2  1．87～1．89  7．3～7．9     ＜1．8  15．0 高压调节阀用阀芯
    3  3．4～3．6  8．2～8．6     ＜2．0  17．8 军工用球

Claims (3)

1、一种粉末合金球的制造方法。先将粉末装入球坯模中，并压实成球坯，然后将球坯进行烧结，最后磨削精整成制品，其特征在于：
(1)球坯模为弹性软球模，即以聚乙烯料浆为原料，以合适大小的铁圈和不锈钢球为芯模，浇注成形，经塑化后脱模则制成弹性软球模；
(2)采用机械振动机往弹性软球模中装入合金粉末；
(3)将已经填充满粉末料的弹性软球模密封后，置于冷等静压机中进行加压压实，加压压力为147～196MPa；
(4)将脱模后的合金球坯置于烧结炉中进行烧结，烧结温度为1400～1550℃，烧结时间1-1．5hr。
2、根据权利要求1所述的粉末合金球的制造方法，其特征在于对烧结的和要求全致密的合金球进行热等静压处理，热等静压的压力＞98MPa，温度为1350～1400℃，保温保压时间为1～1．5hr。
3、根据权利要求1所述的粉末合金球的制造方法，其特征在于每个球模上带有30～100个球形模腔。
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