CN108500277A - 一种粉末冶金表面致密化零件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种粉末冶金表面致密化零件的制备方法，包括如下步骤：提供粉末冶金零件毛坯；将粉末冶金零件毛坯置于氨气分解气氛下进行烧结，形成预成型品；将预成型品置于两滚压模具之间，并与两滚压模具接触；两滚压模具自转并带动预成型品旋转，且两滚压模具向预成型品移动，逐渐减小两滚压模具的中心距至设定值，进而滚压预成型品在预成型品表面形成一致密层，进而形成粉末冶金表面致密化零件。本发明优点，工艺简单，效率较高；操作难度低，设备简单易得；该方法制备零件与传统方式相比，不需要进行切削，无原材料浪费；可直接制备出粉末冶金零件，滚压致密化后表面粗糙度低，不需要再次进行加工；力学性能优异，零件硬度、耐磨性均较好。

Description

一种粉末冶金表面致密化零件的制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域，尤其涉及一种粉末冶金表面致密化零件的制备方法。
背景技术
近年来，由于技术、经济等因素，铁基粉末烧结材料逐渐取代部分铸钢、锻钢材料，在机械、航空，特别是汽车、摩托车工业上广泛应用。根据中国机械通用零部件协会粉末冶金分会会员单位统计，2015年粉末冶金机械零件生产应用情况如下。产品产量：铁基类146153t，铜基类12457t，总计158610t。应用领域比例：运输机械(汽车、摩托车)63％，工业机械(农机)2％，电工机械(家电、电动工具)24％，其他(工程机械、其他)11％。
铁基粉末冶金工艺，是在铁粉中加入合金元素活化烧结，形成球化孔隙，固溶强化，提高淬透性。经过热处理，充分发挥合金化的作用。同时，铁基粉末冶金工艺能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约材料，降低产品成本，具有能耗低、材料利用率和生产效率高等显著特点。铁基粉末冶金还具有材质等可变更、密度可调、重量减轻、孔隙的阻尼作用使振动和噪声降低、实现耐热和耐磨性、模具化的批量生产、达到性能和尺寸的一致性等特性，可满足不同用途结构零件的性能要求。
与此同时，传统粉末冶金铁基材料一般残留的孔隙度约为5％-15％，虽然能满足很多方面的要求，但其表面及内部存在大量的空隙，大大制约了其强度指标和机械性能，其抗疲劳性能大大降低，影响了其在高强度零件上的应用，目前很多应用中不能使用粉末冶金零件的重要原因之一就是其承载能力不够，无法达到重载工况的机械性能要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种粉末冶金表面致密化零件的制备方法，其能够具有效率高、不需再次加工、力学性能优异的优点。
为了解决上述问题，本发明提供了一种粉末冶金表面致密化零件的制备方法，包括如下步骤：提供一粉末冶金零件毛坯；将所述粉末冶金零件毛坯置于氨气分解气氛下进行烧结，形成一预成型品；将所述预成型品置于两滚压模具之间，并与所述两滚压模具接触；两滚压模具自转并带动预成型品旋转，且两滚压模具向所述预成型品移动，逐渐减小两滚压模具的中心距至设定值，进而滚压所述预成型品，在所述预成型品表面形成一致密层，进而形成成型的粉末冶金表面致密化零件。
在一实施例中，所述粉末冶金表面致密化零件毛坯的制备方法包括如下步骤：提供一模具，所述模具包括上模、阴模及下模；在模具内填充粉末，使所述粉末充满模具；压制，在压制过程中采用阴模浮动的方法压制，进而实现双向压制；脱模，在脱模的过程中，以下模具为基准点，将阴模下拉，进而使产品从阴模中脱离出来。
在一实施例中，所述粉末冶金表面致密化零件毛坯的尺寸大于所述成型的粉末冶金零件的尺寸。
在一实施例中，所述粉末冶金表面致密化零件毛坯的尺寸与所述成型的粉末冶金零件的尺寸的差值范围为0.5～1.5mm。
在一实施例中，所述烧结的温度为1120±10摄氏度。
在一实施例中，所述烧结的时间为25-40分钟。
在一实施例中，烧结后，所述预成型品的密度大于7.10g/cm3，硬度大于130HV10。
在一实施例中，在烧结过程中，控制粉末冶金零件毛坯的碳势，以使烧结后的预成型品的的含碳量保持在初始状态。
在一实施例中，两滚压模具的中心距至设定值后，保持若干时间。
在一实施例中，成型的粉末冶金零件的密度大于7.5g/cm3，所述致密层的厚度大于0.3mm。
本发明的优点在于，工艺简单，效率较高；操作难度低，该方法只需要简单的压机、模具与滚压机，设备简单易得；材料利用率高，该方法制备零件与传统方式相比，不需要进行切削，无原材料的浪费；净成形，该方法可直接制备出粉末冶金零件，滚压致密化后表面粗糙度低，不需要再次进行加工；力学性能优异，该方法制备的具有表面致密层的零件其硬度、耐磨性均较好。
附图说明
图1粉末冶金零件毛坯压制成型结构图；
图2是预成型品与两滚压模具啮合的示意图；
图3是成型的粉末冶金零件的端面的金相图；
图4及图5是本发明一实施例的链轮的结构示意图。
附图中的标号分别为：
1：压制上模 2：压制阴模
3：阴模护套 4：压坯
5：压制外下模 6：压制内下模
7：压制芯棒 8：滚压模具
9：滚压模具 10：预成型品
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的粉末冶金零件的制备方法的具体实施方式做详细说明。所述粉末冶金零件包括齿轮或链轮零件。
本发明粉末冶金零件的制备方法包括如下步骤。
步骤一、提供一粉末冶金零件毛坯。
所述粉末冶金零件毛坯可采用如下方法制备。
(1)提供一模具，所述模具包括压制上模1、压制阴模2、压制外下模5和压制内下模6、压制芯棒7及阴模护套3。
(2)在模具2内填充粉末，使所述粉末充满模具。为了保证粉末冶金零件压坯4各部位密度的均匀性，在粉末填充阶段要使粉末在每部分的充填都要非常的精确，使所述粉末充满模具。在填充粉末之后还包括一移粉的步骤。
(3)压制，在压制过程中采用阴模浮动的方法压制，进而实现双向压制。在压制过程采用压制阴模2浮动，相当于下模冲上升压制外下模5和压制内下模6反向压制而起到双向压制的作用，进而进一步保证粉末冶金零件压坯4各部位密度的均匀性。
(4)脱模，在脱模的过程中，以压制外下模5和压制内下模6为基准点，将压制阴模2下拉，进而使压坯4从压制阴模2中脱离出来。该脱模方法为保压拉下式脱模，能够进一步保证粉末冶金零件压坯4各部位密度的均匀性。
为了制备尺寸符合预设值的成型的粉末冶金零件，粉末冶金零件毛坯的尺寸要大于成型的粉末冶金零件的尺寸，即在该步骤中，压制出有余量的粉末冶金零件毛坯。通常情况下，所述粉末冶金齿轮零件毛坯的尺寸与所述成型的粉末冶金齿轮零件的尺寸的差值范围为0.5～1.5mm，例如0.7mm、1.0mm或1.2mm等。
步骤二、将所述粉末冶金零件毛坯置于氨气分解气氛下进行烧结，形成一预成型品。
将压制完成的粉末冶金零件毛坯放置在烧结炉中进行烧结。烧结气氛为氨气分解气氛。所述氨气分解气氛指的将液氨加热到一定的温度，经Ni-Fe触媒剂催化作用而分解为N2和H2。在该气氛中，N2作为保护气氛，粉末冶金零件毛坯中润滑剂分解形成的气体也可被N2带走，有利于粉末冶金零件毛坯中润滑剂的脱除，H2的作用是还原粉末冶金零件毛坯颗粒的表面氧化物。
烧结的温度为1110～1120摄氏度，烧结的时间为25-40分钟。烧结后，所述预成型品的密度大于7.10g/cm3，硬度大于130HV10。步骤三、将所述预成型品置于两滚压模具之间，并与所述两滚压模具接触。例如，所述预成型品的齿轮与所述两滚压模具的齿轮啮合。图2是预成型品与所述两滚压模具啮合的示意图。可见，预成型品10置于滚压模具8和滚压模具9之间。预成型品10的轮齿与滚压模具8和滚压模具9的轮齿啮合。
步骤四、两滚压模具自转并带动预成型品旋转，且两滚压模具向所述预成型品移动，逐渐减小两滚压模具的中心距至设定值，进而滚压所述预成型品，在所述预成型品表面形成一致密层，进而形成成型的粉末冶金齿轮零件。
请参阅图2，滚压模具8和滚压模具9，进而能够带动预成型品10旋转。例如，如图2所示，滚压模具8和滚压模具9的自转为顺时针方向，预成型品10的转动方向为逆时针方向。且在滚压模具8和滚压模具9自转的同时，滚压模具8和滚压模具9向所述预成型品10移动，逐渐减小滚压模具8和滚压模具9的中心距至设定值。即滚压模具8和滚压模具9相对移动，滚压模具8和滚压模具9之间的中心距逐渐缩小，直至缩小至一设定值。进一步，滚压模具8和滚压模具9的中心距至设定值后，保持若干时间，同时，滚压模具8和滚压模具9的自转不停止，以更好地滚压所述预成型品10。
通过滚压模具8和滚压模具9的自转及相对移动而滚压所述预成型品10，在所述预成型品10表面形成一致密层，进而形成成型的粉末冶金零件。该致密层的存在使得齿轮零件具有更高的硬度、更好的耐磨力以及更低的粗糙度。成型的粉末冶金零件的密度大于7.5g/cm3，所述致密层的厚度大于0.3mm。图3是成型的粉末冶金零件的端面的金相图。从图3可见，本发明方法制备的粉末冶金零件表面粗糙度低，不需要再次进行加工，力学性能优异且硬度、耐磨性均较好。滚压模具8和滚压模具9进给到设定的中心距决定了预成型品10的变形量和滚压压力，通过工艺参数的调节可以随时改变预成型品10的变形量，获得要求的表面致密层。
本发明还列举一制备链轮的实施例，以进一步说明本发明粉末冶金零件的制备方法的技术方案。
提供一预合金粉末，在所述预合金粉末中，钢粉用0.85wt％Mo预合金化，并且以Starmix方式混合0.80wt％的C和1.50wt％的Cu。
制备符合要求的链轮首先要压制出有余量的链轮。压制该链轮毛坯的模具采用上一下二结构，在压机上压制成型，成型过程包括粉末填充，移粉，压制和脱模4个阶段。为了保证链轮毛坯各部位密度的均匀性，在粉末填充阶段要使粉末在每部分的充填都要非常的精确，同时在压制过程采用阴模浮动，相当于下模冲上升反向压制而起到双向压制的作用。脱模采用保压拉下式脱模，以内下模为基准点，将阴模下拉，使产品完全从阴模中脱出。
对压制完成的产品进行烧结。将压制完成的产品置于陶瓷板上，在连续式网带炉内，于氨分解气氛中，在1110～1130℃下烧结25-40min。烧结过程中必须严格控制炉中的碳势，确保烧结后的零件含碳量保持在起始的水平。烧结后链轮零件的密度为7.10g/cm3，硬度130HV10。
对烧结完成的产品进行滚压表面致密化。滚压致密化进给量为0.9mm(即两个滚压模具的中心距变化量)。在此过程中粉末冶金零件被置于两个滚压模具中间，滚压模具主动旋转并带动粉末冶金零件旋转，与此同时，两副滚压模具向中间进给减小两副滚压模具的中心距到设定值，然后再次位置保持一定时间，因此能够对粉末冶金零件的径向上施加一个力，从而使其产生塑性变形而达到表面致密化的效果。两副滚压模具进给到设定的中心距决定了零件的变形量和滚压压力，通过工艺参数的调节可以随时改变零件的变形量，获得要求的表面致密层。因此，控制比较方便，生产过程稳定。滚压完后取下样品，零件至此加工结束。
在本实施例中制备的链轮如图4及图5所示，其表面致密化和齿部轮廓度要求是，在齿廓φ40.15-φ43.7范围内：表面密度≥7.5g/cm3，致密层深度≥0.3mm，齿部轮廓度≤0.05。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种粉末冶金表面致密化零件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一粉末冶金零件毛坯；
将所述粉末冶金零件毛坯置于氨气分解气氛下进行烧结，形成一预成型品；
将所述预成型品置于两滚压模具之间，并与所述两滚压模具接触；
两滚压模具自转并带动预成型品旋转，且两滚压模具向所述预成型品移动，逐渐减小两滚压模具的中心距至设定值，进而滚压所述预成型品，在所述预成型品表面形成一致密层，进而形成成型的粉末冶金表面致密化零件。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金表面致密化零件的制备方法，其特征在于，所述粉末冶金零件毛坯的制备方法包括如下步骤：
提供一模具，所述模具包括上模、阴模及下模；
在模具内填充粉末，使所述粉末充满模具；
压制，在压制过程中采用阴模浮动的方法压制，进而实现双向压制；
脱模，在脱模的过程中，以下模具为基准点，将阴模下拉，进而使产品从阴模中脱离出来。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金表面致密化零件的制备方法，其特征在于，所述粉末冶金零件毛坯的尺寸大于所述成型的粉末冶金零件的尺寸。
4.根据权利要求1所述的粉末冶金表面致密化零件的制备方法，其特征在于，所述粉末冶金零件毛坯的尺寸与所述成型的粉末冶金零件的尺寸的差值范围为0.5～1.5mm。
5.根据权利要求1所述的粉末冶金齿轮零件的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为1110～1130摄氏度。
6.根据权利要求1所述的粉末冶金表面致密化零件的制备方法，其特征在于，所述烧结的时间为25～40分钟。
7.根据权利要求1所述的粉末冶金表面致密化零件的制备方法，其特征在于，烧结后，所述预成型品的密度大于7.10g/cm3，硬度大于130HV10。
8.根据权利要求1所述的粉末冶金表面致密化零件的制备方法，其特征在于，两滚压模具的中心距至设定值后，保持若干时间。
9.根据权利要求1所述的粉末冶金表面致密化零件的制备方法，其特征在于，成型的粉末冶金零件的密度大于7.5g/cm3，所述致密层的厚度大于0.3mm。
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