CN107470634B - 减震器活塞 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及减震器活塞及其制备方法。该减震器活塞由以下质量百分比成分制成：电解铜粉：1.5‑3.9％，石墨粉：0.6‑0.9％，合金元素M：0.5‑3.0％，硬脂酸锌：0.2‑1.0％，硫磺粉：0.03‑0.08％，余量为铁粉以及不可避免的杂质元素。其制备方法包括配料混合、压制、烧结、整形以及蒸汽处理。采用本发明配方和制备方法制成的减震器活塞强度、硬度等机械性能良好，表面光洁度高，气密性好，可以延长活塞的使用寿命，降低保养维护费用。

Description

减震器活塞
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域，尤其涉及减震器活塞及其制备方法。
背景技术
近年来，随着运输业的迅速发展，人们在追求更快速、高效的基础上，对舒适性、安全性的要求越来越高，致使汽车、船舶等运输主体的震动问题日益突出。随着技术的进步，运输主体结构的减轻，结构刚度也随之减小，更易引起较大的震动。而造成震动的原因极其复杂，危害极大，不仅会影响乘坐、操作舒适度，还会影响主体设备、仪表的正常工作，降低使用精度和使用寿命，最终还会导致主体结构或机械设备在应力过大时产生疲劳破坏，影响运输安全。
应对这一现象，在设计之时就必须充分采取减震措施，若建成以后发现存在严重的震动问题，需要彻底根治一般比较困难，而且需要付出巨大的代价。
减震器能使车辆、船舶等运输主体在行驶过程中减少波动，通过减震器的减震缓冲作用达到提高舒适性和安全性的目的。减震器的结构是将带有活塞的活塞杆插入筒内，筒中充满油，活塞在筒中运动，活塞杆需要随着震动不停地进入或抽出筒中。但在实际过程中，由于减震器活塞杆的往返运动，活塞与活塞杆之间的气密性较差，活塞与活塞杆的使用寿命不长久。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种强度、表面光洁度、气密性良好的减震器活塞。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：减震器活塞，所述减震器活塞由以下质量百分比成分制成：电解铜粉：1.5-3.9％，石墨粉：0.6-0.9％，合金元素M：0.5-3.0％，硬脂酸锌：0.2-1.0％，硫磺粉：0.03-0.08％，余量为铁粉以及不可避免的杂质元素。
在上述的减震器活塞中，所述合金元素M为Cr、Mo、W、V中的至少一种。优选地，合金元素M为Cr、Mo、W、V中的任意一种时，合金元素M的质量百分比不超过2.3％。进一步优选，合金元素M由Cr、Mo、W、V四种元素混合而成，任意一种成分在合金元素M中的质量百分比不超过35％。
在上述的减震器活塞中，所述石墨粉为粒径在10-25μm范围内的初生合成石墨粉。
在上述的减震器活塞中，所述铁粉由还原铁粉、雾化铁粉和羰基铁粉混合而成，所述还原铁粉、雾化铁粉和羰基铁粉的质量比为(3-4)：(5-6)：1。
本发明另一个目的在于提供上述减震器活塞的制备方法，包括步骤：
S1：配料混合；
S2：压制：压制吨位为85-89吨；
S3：烧结：烧结温度为1000℃-1200℃，烧结时间20-180min；烧结时充入保护气体，保护气体主氮的气流量为3-6m3/h，尾氮的气流量为6-12m3/h，网速为8-15cm/min，分解氨的气流量为6-12m3/h。
在上述的减震器活塞的制备方法中，还包括整形步骤，整形压力为180-220吨。
在上述的减震器活塞的制备方法中，还包括蒸气处理步骤，蒸汽处理步骤分为三个阶段：第一阶段为充氮，升温温度为450-500℃，氮气流量为10-20m3/h，充氮时间为5-10min；第二阶段为升温，升温至550-570℃，充氮30-50min；第三阶段为保温、通水蒸气。
在上述的减震器活塞的制备方法中，所述第三阶段先在压力为3-8KPa下通水蒸气100-150min，然后在压力为25-35KPa下通水蒸气60-90min，水蒸气的流量均为10-15kg/h。
本发明采用上述配方和制备方法制成的减震器活塞强度、硬度等机械性能良好，表面光洁度高，气密性好，活塞的使用寿命增长。
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。
实施例1：
本实施例的减震器活塞由以下质量百分比成分制成：电解铜粉：1.5％，粒径为10μm的初生合成石墨粉：0.9％，Cr：0.5％，硬脂酸锌：0.2％，硫磺粉：0.08％，余量为还原铁粉、雾化铁粉和羰基铁粉按质量比为3：5：1混合而成的铁粉。
其制备过程为：将原材料按粉配比1吨料混分机自动混粉35分钟后，放入压制吨位为85吨的自动成型机中压制成型。然后在18寸网带式烧结炉中执行烧结步骤，烧结时充入保护气体，保护气体为纯度＞99％的氮气，主氮的气流量为3m3/h，尾氮的气流量为6m3/h，网速为8cm/min，分解氨的气流量为6m3/h，烧结温度为1000℃，烧结时间30min，烧结得到坯体。坯体经180吨的整形机整形处理，并进行机加工，机加工过程中采用京瓷刀具保证割槽后的表面光洁度。最后，进行蒸汽处理得到减震器活塞。蒸汽处理步骤分为三个阶段：第一阶段为充氮，升温温度为450℃，氮气流量为10m3/h，充氮时间为10min；第二阶段为升温，升温至550℃，充氮50min；第三阶段为保温、通水蒸气，先在压力为3KPa下通水蒸气150min，然后在压力为25KPa下通水蒸气90min，水蒸气的流量均为15kg/h。
实施例2：
本实施例的减震器活塞由以下质量百分比成分制成：电解铜粉：1.6％，粒径为10μm的石墨粉：0.85％，Cr：0.8％，W：1.1％，硬脂酸锌：0.5％，硫磺粉：0.06％，余量为还原铁粉、雾化铁粉和羰基铁粉按质量比为3：5：1混合而成的铁粉。
其制备过程为：将原材料按粉配比1吨料混分机自动混粉35分钟后，放入压制吨位为86吨的自动成型机中压制成型。然后在18寸网带式烧结炉中执行烧结步骤，烧结时充入保护气体，保护气体为纯度＞99％的氮气，主氮的气流量为4m3/h，尾氮的气流量为8m3/h，网速为10cm/min，分解氨的气流量为8m3/h，烧结温度为1100℃，烧结时间40min，烧结得到坯体。坯体经190吨的整形机整形处理，并进行机加工，机加工过程中采用京瓷刀具保证割槽后的表面光洁度。最后，进行蒸汽处理得到减震器活塞。蒸汽处理步骤分为三个阶段：第一阶段为充氮，升温温度为460℃，氮气流量为12m3/h，充氮时间为8min；第二阶段为升温，升温至555℃，充氮45min；第三阶段为保温、通水蒸气，先在压力为4KPa下通水蒸气120min，然后在压力为28KPa下通水蒸气80min，水蒸气的流量均为13kg/h。
实施例3：
本实施例的减震器活塞由以下质量百分比成分制成：电解铜粉：2.5％，粒径为15μm的石墨粉：0.7％，Cr：0.6％，W：1.0％，Mo：0.8％，V：硬脂酸锌：0.6％，硫磺粉：0.05％，余量为还原铁粉、雾化铁粉和羰基铁粉按质量比为3：5：1混合而成的铁粉。
其制备过程为：将原材料按粉配比1吨料混分机自动混粉35分钟后，放入压制吨位为87吨的自动成型机中压制成型。然后在18寸网带式烧结炉中执行烧结步骤，烧结时充入保护气体，保护气体为纯度＞99％的氮气，主氮的气流量为5m3/h，尾氮的气流量为10m3/h，网速为12cm/min，分解氨的气流量为10m3/h，烧结温度为1115℃，烧结时间50min，烧结得到坯体。坯体经200吨的整形机整形处理，并进行机加工，机加工过程中采用京瓷刀具保证割槽后的表面光洁度。最后，进行蒸汽处理得到减震器活塞。蒸汽处理步骤分为三个阶段：第一阶段为充氮，升温温度为480℃，氮气流量为18m3/h，充氮时间为5min；第二阶段为升温，升温至560℃，充氮40min；第三阶段为保温、通水蒸气，先在压力为5KPa下通水蒸气120min，然后在压力为30KPa下通水蒸气80min，水蒸气的流量均为12kg/h。
实施例4：
本实施例的减震器活塞由以下质量百分比成分制成：电解铜粉：3.0％，粒径为20μm的初生合成石墨粉：0.65％，Cr：0.5％，W：0.9％，Mo：0.6％，V：0.7％，硬脂酸锌：0.8％，硫磺粉：0.04％，余量为还原铁粉、雾化铁粉和羰基铁粉按质量比为3：5：1混合而成的铁粉。
其制备过程为：将原材料按粉配比1吨料混分机自动混粉35分钟后，放入压制吨位为88吨的自动成型机中压制成型。然后在18寸网带式烧结炉中执行烧结步骤，烧结时充入保护气体，保护气体为纯度＞99％的氮气，主氮的气流量为6m3/h，尾氮的气流量为10m3/h，网速为13cm/min，分解氨的气流量为11m3/h，烧结温度为1150℃，烧结时间60min，烧结得到坯体。坯体经210吨的整形机整形处理，并进行机加工，机加工过程中采用京瓷刀具保证割槽后的表面光洁度。最后，进行蒸汽处理得到减震器活塞。蒸汽处理步骤分为三个阶段：第一阶段为充氮，升温温度为490℃，氮气流量为16m3/h，充氮时间为6min；第二阶段为升温，升温至565℃，充氮35min；第三阶段为保温、通水蒸气，先在压力为6KPa下通水蒸气110min，然后在压力为32KPa下通水蒸气70min，水蒸气的流量均为14kg/h。
实施例5：
本实施例的减震器活塞由以下质量百分比成分制成：电解铜粉：3.9％，粒径为20μm的初生合成石墨粉：0.6％，Cr：0.8％，W：0.8％，Mo：0.5％，V：0.5％，硬脂酸锌：1.0％，硫磺粉：0.03％，余量为还原铁粉、雾化铁粉和羰基铁粉按质量比为3：5：1混合而成的铁粉。
其制备过程为：将原材料按粉配比1吨料混分机自动混粉35分钟后，放入压制吨位为89吨的自动成型机中压制成型。然后在18寸网带式烧结炉中执行烧结步骤，烧结时充入保护气体，保护气体为纯度＞99％的氮气，主氮的气流量为6m3/h，尾氮的气流量为12m3/h，网速为15cm/min，分解氨的气流量为12m3/h，烧结温度为1200℃，烧结时间20min，烧结得到坯体。坯体经220吨的整形机整形处理，并进行机加工，机加工过程中采用京瓷刀具保证割槽后的表面光洁度。最后，进行蒸汽处理得到减震器活塞。蒸汽处理步骤分为三个阶段：第一阶段为充氮，升温温度为500℃，氮气流量为20m3/h，充氮时间为5min；第二阶段为升温，升温至570℃，充氮30min；第三阶段为保温、通水蒸气，先在压力为8KPa下通水蒸气100min，然后在压力为35KPa下通水蒸气60min，水蒸气的流量均为10kg/h。
将实施例1-5制备而成的减震器活塞进行性能测试，测试结果如表2所示。
表1：
从表2可知，本发明配方和制备方法制成的减震器活塞的密度≥6.8g/mm3，硬度＞HRB73，破坏强度＞50KN，表面光洁度Ra0.2-0.8。另外，经气密性试验，本发明配方和制备方法制成的减震器活塞在6.9MPa气压下，5s内压力下降小于0.69MPa。因此，本发明采用上述配方和制备方法制成的减震器活塞强度、硬度等机械性能良好，表面光洁度高，气密性好。
本发明为提高减震器活塞的强度等性能，采用的上述配方中添加了合金元素Cr、Mo、W、V中的一种或多种，与C形成各种硬度很高的如W2C、VC的合金渗碳体或特殊碳化物，产生弥散强化，提高红硬性、热硬性和增强二次硬化效果。
对比例1-5：
对比例1-5与实施例1-5的区别仅在于，对比例1-5中不含合金元素。
对比例6-8：
对比例6-8与实施例1-3的区别仅在于，对比例6-8中的合金元素Cr由等量的Al代替。
对比例9：
对比例9与实施例3的区别仅在于，对比例3中的合金元素Cr由等量的Al代替、W由等量的Ti代替。
对比例10：
对比例10与实施例3的区别仅在于，对比例3中的合金元素Cr由等量的Al代替、W由等量的Ti代替、V由等量的Si代替。
将对比例1-10制备而成的减震器活塞在相同条件下进行性能测试，测试结果如表2所示。
表2：
从表1、表2可知，在配方中添加合金元素可以增强减震器活塞的硬度、破坏强度等性能。而添加本发明的Cr、Mo、W、V四种合金元素中的一种或多种组合，效果要明显优于其它如Al、Si、Ti等合金元素。
在本发明中，采用的铁粉为还原铁粉、雾化铁粉以及羰基铁粉的混合物，且进一步限定了三者之间的比例关系。采用三种铁粉混合使用，可以提高制品减震器活塞的密封性等性能。尤其是，混合适量的羰基铁粉，制品减震器活塞的硬度和破坏强度提高明显。
对比例11：
对比例11与对比例3的区别仅在于，对比例11的羰基铁粉由等量的还原铁粉代替。
对比例12：
对比例12与对比例3的区别仅在于，对比例12的羰基铁粉由等量的雾化铁粉代替。
对比例13：
对比例13与对比例3的区别仅在于，对比例13的铁粉由还原铁粉、雾化铁粉和羰基铁粉按质量比为2：5：1混合而成。
对比例14：
对比例14与对比例3的区别仅在于，对比例14的铁粉由还原铁粉、雾化铁粉和羰基铁粉按质量比为3：3：1混合而成。
对比例15：
对比例15与对比例3的区别仅在于，对比例15的铁粉由还原铁粉、雾化铁粉和羰基铁粉按质量比为2：2：1混合而成。
将对比例11-15制备而成的减震器活塞在相同条件下进行性能测试，测试结果如表3所示。
表3：
从表1和表3可知，在铁粉中加入适量的羰基铁粉，不仅可以提高制品减震器活塞的密度，还可以提高其硬度、破坏强度等性能。另外，经气密性试验，对比例11-15制成的减震器活塞在6.9MPa气压下，5s内压力下降0.75-1.2MPa。
本发明中，在配方中选用的石墨粉为粒径在10-25μm范围内的初生合成石墨粉。初生合成石墨粉为球状颗粒，纯度也较天然石墨高，因此，初生合成石墨粉的烧结活性较高，增强了碳在铁晶格中的扩散性与铁颗粒间的相互烧结，从而提高制品的合金化碳含量。同时，10-25μm范围的粒径限定，有利于混合配料过程中混合粉料的流动性，使制品减震器活塞的质量更稳定。因此，在同样情况下，使用初生合成石墨粉其制品的硬度与破坏强度具有更明显的优势。
对比例16-20：
对比例16-20与实施例1-5的区别仅在于，对比例16-20的石墨粉为天然石墨粉。
将对比例16-20制备而成的减震器活塞在相同条件下进行性能测试，测试结果如表4所示。
表4：
从表1和表4可知，使用初生合成石墨粉制成的减震器活塞的密度、硬度和破坏强度均要优于使用天然石墨粉制成的减震器活塞的密度、硬度和破坏强度。
铁基粉末冶金制品在制备过程中经过蒸汽处理，可以在制品表面得到一层致密的Fe3O4保护膜，提高制品的表面硬度、密度、耐磨性和抗蚀性等性能。本发明减震器活塞由于组成成分的改进，在制备过程中，对蒸汽处理进行了相应的调整，具体是将蒸汽处理分成了充氮、继续升温和保温、通水蒸气三个阶段，且对三个阶段中的温度、氮气流量、水蒸气流量等工艺条件进行了明确的限定，降低了制品减震器活塞的孔隙率，提高了其密度、气密性和硬度等性能。将本发明实施例1-5制成的减震器活塞表面生成的Fe3O4保护膜厚度进行测定，分别为8.8μm，9.3μm，9.7μm，9.2μm，9.6μm。
对比例21：
对比例21与实施例3的区别仅在于，对比例21的蒸气处理步骤为：将产品放入温度为560℃的水蒸气中加热200min。
对比例22：
对比例22与实施例3的区别仅在于，对比例22的保温、通水蒸气阶段的压力不变，均为5KPa。
对比例23：
对比例23与实施例3的区别仅在于，对比例23的保温、通水蒸气阶段的压力不变，均为30KPa。
将对比例21-23制备而成的减震器活塞在相同条件下进行性能测试，测试结果如表5所示。
表5：
从表1和表5可知，蒸汽处理可以提高粉末冶金制品的密度、硬度，还可以在制品表面生成一层致密的Fe3O4保护膜，提高制品性能。
在上述实施例及其替换方案中，铁粉还可以由还原铁粉、雾化铁粉和羰基铁粉按质量比3:5.5:1、3:6:1、3.5:5.5:1、3.5:6:1、4:5.5:1、4:6:1混合而成。
鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近。故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例1-5作为代表说明本发明申请优异之处。
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.减震器活塞，其特征在于，所述减震器活塞由以下质量百分比成分制成：电解铜粉：1.5-3.9％，石墨粉：0.6-0.9％，合金元素M：0.5-3.0％，硬脂酸锌：0.2-1.0％，硫磺粉：0.03-0.08％，余量为铁粉以及不可避免的杂质元素；
所述合金元素M为Cr、Mo、W、V中的至少一种；
所述石墨粉为粒径在10-25μm范围内的初生合成石墨粉；
所述铁粉由还原铁粉、雾化铁粉和羰基铁粉混合而成，所述还原铁粉、雾化铁粉和羰基铁粉的质量比为(3-4)：(5-6)：1。
2.权利要求1所述的减震器活塞的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1：配料混合；
S2：压制：压制吨位为85-89吨；
S3：烧结：烧结温度为1000℃-1200℃，烧结时间20-180min；烧结时充入保护气体，保护气体主氮的气流量为3-6m3/h，尾氮的气流量为6-12m3/h，网速为8-15cm/min，分解氨的气流量为6-12m3/h。
3.根据权利要求2所述的减震器活塞的制备方法，其特征在于，还包括整形步骤，整形压力为180-220吨。
4.根据权利要求2或3所述的减震器活塞的制备方法，其特征在于，还包括蒸汽 处理步骤，蒸汽处理步骤分为三个阶段：第一阶段为充氮，升温温度为450-500℃，氮气流量为10-20m3/h，充氮时间为5-10min；第二阶段为升温，升温至550-570℃，充氮30-50min；第三阶段为保温、通水蒸汽 。
5.根据权利要求4所述的减震器活塞的制备方法，其特征在于，所述第三阶段先在压力为3-8KPa下通水蒸汽 100-150min，然后在压力为25-35KPa下通水蒸汽 60-90min，水蒸汽的流量均为10-15kg/h。
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