CN109202086B - 一种铁螺母的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铁螺母的制备方法，包括步骤：预先制备渗铜片和铁螺母压坯；在渗铜片中心开设内孔，并在内孔上设置与铁螺母压坯中心孔相匹配的凸台；将铁螺母压坯放置在石墨板上，相邻铁螺母压坯之间间隔一定距离设置，将渗铜片上的凸台对准铁螺母压坯中心孔扣合在铁螺母压坯上；将扣合有渗铜片的铁螺母压坯放置在烧结炉中进行分段烧结，制成铁螺母。本发明通过采用优化设计的渗铜片进行渗铜烧结，在渗铜片的内孔上设置凸台，凸台能够有效的引导熔融的铜材料向下流动，实现上下表面的一次性均匀渗铜，简化了铁螺母的生产步骤，提高了铁螺母性能。

Description

一种铁螺母的制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种铁螺母的制备方法。
背景技术
铁基粉末冶金材料是以铁粉作为基本粉末，加入一定量的合金元素粉末，经过混合、压制、烧结以及后续处理而得到的合金，粉末冶金工艺具有成本低、产量大、效率高、性能好等优点，现有技术中，对铁螺母上下表面进行渗铜处理，往往是在零件的上方放置一块铜片，在烧结的过程中，铜片熔融并向下流动渗铜进零件的孔隙之中，而这样的方法需要对铁螺母上下表面分别进行两次的渗铜工艺操作，才能实现对铁螺母的上下表面进行渗铜强化，工艺步骤复杂，生产成本高，不利于铁螺母的生产。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铁螺母的制备方法，旨在解决现有现有铁螺母生产工艺步骤复杂，成本高的技术问题。
本发明的技术方案如下：
一种铁螺母的制备方法，其中，包括步骤：
预先制备渗铜片和铁螺母压坯；
在渗铜片中心开设内孔，并在内孔上设置与铁螺母压坯中心孔相匹配的凸台；
将铁螺母压坯放置在石墨板上，相邻铁螺母压坯之间间隔一定距离设置，将渗铜片上的凸台对准铁螺母压坯中心孔扣合在铁螺母压坯上；
将扣合有渗铜片的铁螺母压坯放置在烧结炉中进行分段烧结，制成铁螺母。
所述铁螺母的制备方法，其中，所述步骤预先制备渗铜片和铁螺母压坯中的渗铜片是通过将铜粉放置进模压机的模具中压制而成。
所述铁螺母的制备方法，其中，所述步骤预先制备渗铜片和铁螺母压坯中铁螺母压坯的制备过程包括：
按质量百分比计，将1%-4%的Cu粉，0.3%-1.0%的C粉以及95%-98.7%的Fe粉加入混料机中进行混合，混合时间为30-60min；
将混合后的粉末放到模具当中，在400-700Mpa的压力下压制成铁螺母压坯。
所述铁螺母的制备方法，其中，所述铁螺母压坯按重量百分比计包括：2%的Cu粉为，0.7%的C粉以及97.3%的Fe粉。
所述铁螺母的制备方法，其特征在于，所述混合时间为45min，所述压力为600Mpa。
所述铁螺母的制备方法，其中，所述步骤将扣合有渗铜片的铁螺母压坯放置在烧结炉中进行分段烧结，制成铁螺母中分段烧结的烧结参数包括：
在第一烧结段，烧结温度为840-870℃，烧结时间为15-20min；在第二烧结段，烧结温度为870-980℃，烧结时间为15-20min；在第三烧结段，烧结温度为980-1115℃，烧结时间为15-20min；在第四烧结段，烧结温度为1115-1130℃，烧结时间为15-20min；在第五烧结段，烧结温度为1130-1100℃，烧结时间为15-20min；在第五烧结段烧结完成之后，冷却至室温。
所述铁螺母的制备方法，其中，所述步骤将扣合有渗铜片的铁螺母压坯放置在烧结炉中进行分段烧结，制成铁螺母中分段烧结的烧结参数包括：
在第一烧结段，烧结温度为865℃，烧结时间为18min；在第二烧结段，烧结温度为975℃，烧结时间为18min；在第三烧结段，烧结温度为1110℃，烧结时间为18min；在第四烧结段，烧结温度为1120℃，烧结时间为18min； 在第五烧结段，烧结温度为1115℃，烧结时间为18min；在第五烧结段烧结完成之后，冷却至室温。
所述铁螺母的制备方法，其中，所述步骤将扣合有渗铜片的铁螺母压坯放置在烧结炉中进行分段烧结，制成铁螺母中的烧结炉为网带烧结炉，烧结气氛为分解氨。
所述铁螺母的制备方法，其中，所述步骤预先制备渗铜片和铁螺母压坯中的渗铜片为圆环形渗铜片。
有益效果：一种铁螺母的制备方法，包括步骤：预先制备渗铜片和铁螺母压坯；在渗铜片中心开设内孔，并在内孔上设置与铁螺母压坯中心孔相匹配的凸台；将铁螺母压坯放置在石墨板上，相邻铁螺母压坯之间间隔一定距离设置，将渗铜片上的凸台对准铁螺母压坯中心孔扣合在铁螺母压坯上；将扣合有渗铜片的铁螺母压坯放置在烧结炉中进行分段烧结，制成铁螺母。本发明通过采用优化设计的渗铜片进行渗铜烧结，在渗铜片的内孔上设置凸台，凸台能够有效的引导熔融的铜材料向下流动，实现上下表面的一次性均匀渗铜，简化了铁螺母的生产步骤，提高了铁螺母性能。
附图说明
图1为本发明一种铁螺母的制备方法较佳实施例的流程图。
图2为本发明一种渗铜片较佳结构示意图。
图3为现有的未渗铜铁螺母上下表面空隙图。
图4为现有的未优化渗铜片铁螺母上下表面空隙图。
图5为本发明优化渗铜片后铁螺母上下表面空隙图。
具体实施方式
本发明提供了一种铁螺母的制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1为本发明一种铁螺母的制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，其包括步骤：
S10、预先制备渗铜片和铁螺母压坯；
S20、在渗铜片中心开设内孔，并在内孔上设置与铁螺母压坯中心孔相匹配的凸台；
S30、将铁螺母压坯放置在石墨板上，相邻铁螺母压坯之间间隔一定距离设置，将渗铜片上的凸台对准铁螺母压坯中心孔扣合在铁螺母压坯上；
S40、将扣合有渗铜片的铁螺母压坯放置在烧结炉中进行分段恒温烧结，制成铁螺母。
本发明的铁螺母的制备方法，采用一种全新设计的渗铜片，优选方案中，所述步骤S10中的渗铜片是通过将铜粉放置进模压机的模具中压制而成，参见图2，本技术方案中的渗铜片在结构上进行了优化设计，内孔上设置有向下的凸台，较佳的，该凸台较佳的为圆台型，凸台的上下表面中心贯通，可以有效的引导熔融的铜材料向下流动，实现上下表面的一次性均匀渗铜，渗铜片全部深入铁螺母压坯的上下表面的孔隙中，有效地提高了产品的密度、强度、硬度和耐磨性等性能，较佳的，所述步骤S10中的渗铜片为圆环形渗铜片，且大小与铁螺母稍大或相同，避免渗铜片的浪费。
铁螺母压坯在烧结炉内烧结后，粉末冶金零件由机械咬合转化为金属结合。烧结是粉末冶金最基本的工序之一，对粉末冶金零件最终的物理和力学性能起着决定性的作用，在烧结过程中，除发生粉末颗粒之间的冶金结合外还发生各成分之间的合金化作用，铁粉压坯经过烧结后其强度和伸长率大幅度地提高，粉末冶金工艺中采用熔渗烧结工艺，即用熔点较低的金属或合金熔化后渗入烧结件或压坯孔隙中，能使粉末冶金零件的密度、强度、伸长率、硬度和冲击韧性有较大的提高。
优选方案中，所述步骤S10中铁螺母压坯的制备过程包括：
按质量百分比计，将1%-4%的Cu粉，0.3%-1.0%的C粉以及95%-98.7%的Fe粉加入混料机中进行混合，混合时间为30-60min；
将混合后的粉末放到模具当中，在400-700Mpa的压力下压制成铁螺母压坯。在上述原料和上述工艺条件压成的铁螺母压坯，具有高强度、高密度和高适应性的特点。
常规粉末冶金零件制造方法，至少需要经过配料，压制成形和烧结三个基本步骤才能获得粉末冶金制品，其中的“配料”是把需要的各种金属粉末均匀混合到一起；“成型”是把混合后的粉末压制成和零件形状基本相同的压坯；“烧结”是将压坯在低于其主要组成成分的熔点温度以下进行高温加热，使压坯发生冶金变化，变成可用的粉末冶金材料。铁基粉末冶金材料占实际应用粉末冶金材料的90％以上，由于粉末冶金材料的密度和原始压坯密度有密切联系，高密度压坯能烧结出高密度零件，因此，通过提高压坯密度来获得高密度压坯的途径一直受到粉末冶金行业的重视，由此出现了压坯温压成形技术，较佳的，本发明还可以采用压坯温压成形制作铁螺母压坯，粉末在热状态塑性好，回弹小从而使温压成形压坯具有较高的密度，加热介质是电或油，压坯温压成形技术是对已经装填在模腔内的粉末进行加热，加热温度一般为150~200℃，粉末的加热是通过被加热模具的热传导来实现。
优选方案中，所述步骤S40中分段烧结的烧结参数包括：
在第一烧结段，烧结温度为840-870℃，烧结时间为15-20min；在第二烧结段，烧结温度为870-980℃，烧结时间为15-20min；在第三烧结段，烧结温度为980-1115℃，烧结时间为15-20min；在第四烧结段，烧结温度为1115-1130℃，烧结时间为15-20min；在第五烧结段，烧结温度为1130-1100℃，烧结时间为15-20min；在第五烧结段烧结完成之后，冷却至室温。
采用分段烧结的方法对铁螺母压坯进行烧结，分段烧结过程又包括升温烧结段和降温烧结段，第一烧结段至第四烧结段为升温烧结段，第五烧结段为降温烧结段，升温烧结过程中，随着温度的逐渐升高，铁螺母压坯上的渗铜片逐渐熔化，采用分段烧结的工艺不至于渗铜片熔化过快，导致渗铜分布不均，本发明上述分段恒温烧结参数能够保证渗铜片熔化后具有较好的流动性，且熔化后的渗铜片能够较好的覆盖铁螺母压坯的上下表面，起到很好的覆盖的效果。降温烧结过程中，通过降温前段再进行一次恒温烧结，可以防止降温过快而导致的渗铜过程过早结束，渗铜效果佳，孔隙率大的问题。
优选方案中，所述步骤S40中的烧结炉为网带烧结炉，烧结气氛为分解氨。网带烧结炉一般由马弗保护的网带将零件实现炉内连续输送的烧结炉。能够较好的用于粉末冶金制品烧结及金属粉末的还原及电子产品在保护气氛或空气中的预烧、烧成或热处理工艺。炉体由进料段、预烧段、烧结段、缓冷段、水冷段及出料段组成。网带传动系统由耐高温网带、传动装置等组成。网带的运行速度通过变频器调节，配置有数显式网带测速装置；可直读网带速度；温控系统由热电偶数显式网带炉智能调节器和可控硅组成，形成闭环控制系统，可实现自动精确控温；氨分解气体是以液氨为原料，经汽化后将氨气加热到一定温度，在催化剂作用下，氨发生分解成氢氮混合气体，采用氨分解气体作为还原保护气体，能够很好的控制烧结过程中铁螺母压坯的烧结致密度以及空隙率。
依据本发明所制备的铁螺母，采用高效的烧结渗铜一体化工艺，具有渗铜效果好，上下表面渗铜均匀、表面硬度高等优点，性能优异，其与未渗铜产品以及未优化铜片渗铜的产品的性能与组织的对比见表1和图3-5，图3、图4和图5均为同比例放大图，图3为未渗铜铁螺母上下表面空隙图，图4为未优化渗铜片铁螺母上下表面空隙图，图5为优化后渗铜片铁螺母上下表面空隙图，其中，图的左边为上表面，图的右边为下表面，可明显看到，未渗铜的铁螺母上下表面的孔隙皆较多，且硬度皆较低，其平均值为67.6HRB和72.9HRB；渗铜处理后的铁螺母硬度得到了增强，未优化渗铜片的铁螺母的上表面的孔隙得到有效的填充，且硬度提升至95.3HRB，但未优化渗铜片的铁螺母的下表面的孔隙未见明显的渗铜，且硬度未有提高，为67.9HRB；优化渗铜片的铁螺母的上下表面的孔隙皆得到了有效的填充，且硬度都得到了强化。
表1硬度对比一览表
Figure 400479DEST_PATH_IMAGE001
本发明的优点：
1、比未渗铜的铁螺母，材料的表面孔隙得到有效的填充，孔隙率降低，密度提高，材料的硬度得到大幅度的提升，产品的使用范围更广。
2、比未优化的渗铜片的铁螺母，可实现一次性的渗铜处理即得到上下表面皆强化的铁螺母，不用重复渗铜处理工艺操作，简化操作步骤，提高生产效率，有效地降低产品的成本。
依据本发明制备方法和优化设计的渗铜片所制备得到的铁螺母，可一次性实现铁螺母上下表面的渗铜处理，且可实现烧结与渗铜的一体化处理，可应用于工业化的大批量生产，成本得到有效地降低，且产品的性能得到有效的提升，具有良好的经济效益和市场前景。
实施例1
按以下比例加入合金元素和辅料进行配料：按质量分数计，Cu粉为1%，C粉为0.3%，余量为Fe粉；将所有原料装入V型混料机进行混合，时间为30分钟；将混合好的原料装入模具中，采用液压压机压制成型，压制压力为400MPa，得到压坯；将压坯放置在石墨板上，铁螺母压坯之间留有一定的间隔，再把渗铜片放到每个铁螺母压坯上，渗铜片的内孔上的向下的凸台对应铁螺母的中心孔放置，把装好的石墨板放置在网带烧结炉进行烧结，烧结气氛为分解氨，温度与时间见表2，同时完成渗铜与烧结，即可得到制品。
表2烧结参数
Figure 786461DEST_PATH_IMAGE002
实施例2
按以下比例加入合金元素和辅料进行配料：按质量分数计，Cu粉为2%，C粉为0.7%，余量为Fe粉；将所有原料装入V型混料机进行混合，时间为45分钟；将混合好的原料装入模具中，采用液压压机压制成型，压制压力为600MPa，得到压坯；将压坯放置在石墨板上，铁螺母压坯之间留有一定的间隔，再把渗铜片放到每个铁螺母压坯上，渗铜片的内孔上的向下的凸台对应铁螺母的中心孔放置，把装好的石墨板放置在网带烧结炉进行烧结，烧结气氛为分解氨，温度与时间见表3，同时完成渗铜与烧结，即可得到制品。
表3烧结参数
Figure 159673DEST_PATH_IMAGE003
实施例3
按以下比例加入合金元素和辅料进行配料：按质量分数计，Cu粉为4%，C粉为1%，余量为Fe粉；将所有原料装入V型混料机进行混合，时间为60分钟；将混合好的原料装入模具中，采用液压压机压制成型，压制压力为700MPa，得到压坯；将压坯放置在石墨板上，铁螺母压坯之间留有一定的间隔，再把渗铜片放到每个铁螺母压坯上，渗铜片的内孔上的向下的凸台对应铁螺母的中心孔放置，把装好的石墨板放置在网带烧结炉进行烧结，烧结气氛为分解氨，温度与时间见表4同时完成渗铜与烧结，即可得到制品。
表4烧结参数
Figure 289303DEST_PATH_IMAGE004
综上所述，本发明提供的一种铁螺母的制备方法，包括步骤：预先制备渗铜片和铁螺母压坯；在渗铜片中心开设内孔，并在内孔上设置与铁螺母压坯中心孔相匹配的凸台；将铁螺母压坯放置在石墨板上，相邻铁螺母压坯之间间隔一定距离设置，将渗铜片上的凸台对准铁螺母压坯中心孔扣合在铁螺母压坯上；将扣合有渗铜片的铁螺母压坯放置在烧结炉中进行分段烧结，制成铁螺母。本发明通过采用优化设计的渗铜片进行渗铜烧结，在渗铜片的内孔上设置凸台，凸台能够有效的引导熔融的铜材料向下流动，实现上下表面的一次性均匀渗铜，简化了铁螺母的生产步骤，提高了铁螺母性能。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种铁螺母的制备方法，其特征在于，包括步骤：
预先制备渗铜片和铁螺母压坯；
在渗铜片中心开设内孔，并在内孔上设置与铁螺母压坯中心孔相匹配的凸台；
将铁螺母压坯放置在石墨板上，相邻铁螺母压坯之间间隔一定距离设置，将渗铜片上的凸台对准铁螺母压坯中心孔扣合在铁螺母压坯上；
将扣合有渗铜片的铁螺母压坯放置在烧结炉中进行分段烧结，制成铁螺母；
所述步骤将扣合有渗铜片的铁螺母压坯放置在烧结炉中进行分段烧结，制成铁螺母中分段烧结的烧结参数包括：
在第一烧结段，烧结温度为840-870℃，烧结时间为15-20min；在第二烧结段，烧结温度为870-980℃，烧结时间为15-20min；在第三烧结段，烧结温度为980-1115℃，烧结时间为15-20min；在第四烧结段，烧结温度为1115-1130℃，烧结时间为15-20min；在第五烧结段，烧结温度为1130-1100℃，烧结时间为15-20min；在第五烧结段烧结完成之后，冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的铁螺母的制备方法，其特征在于，所述步骤预先制备渗铜片和铁螺母压坯中的渗铜片是通过将铜粉放置进模压机的模具中压制而成。
3.根据权利要求1所述的铁螺母的制备方法，其特征在于，所述步骤预先制备渗铜片和铁螺母压坯中铁螺母压坯的制备过程包括：
按质量百分比计，将1％-4％的Cu粉，0.3％-1.0％C粉以及95％-98.7％的Fe粉加入混料机中进行混合，混合时间为30-60min；
将混合后的粉末放到模具当中，在400-700Mpa的压力下压制成铁螺母压坯。
4.根据权利要求3所述的铁螺母的制备方法，其特征在于，所述铁螺母压坯按重量百分比计包括：2％的Cu粉，0.7％的C粉以及97.3％的Fe粉。
5.根据权利要求3所述的铁螺母的制备方法，其特征在于，所述混合时间为45min，所述压力为600Mpa。
6.根据权利要求1所述的铁螺母的制备方法，其特征在于，所述步骤将扣合有渗铜片的铁螺母压坯放置在烧结炉中进行分段烧结，制成铁螺母中分段烧结的烧结参数包括：
在第一烧结段，烧结温度为865℃，烧结时间为18min；在第二烧结段，烧结温度为975℃，烧结时间为18min；在第三烧结段，烧结温度为1110℃，烧结时间为18min；在第四烧结段，烧结温度为1120℃，烧结时间为18min；在第五烧结段，烧结温度为1115℃，烧结时间为18min；在第五烧结段烧结完成之后，冷却至室温。
7.根据权利要求1所述的铁螺母的制备方法，其特征在于，所述步骤将扣合有渗铜片的铁螺母压坯放置在烧结炉中进行分段烧结，制成铁螺母中的烧结炉为网带烧结炉，烧结气氛为分解氨。
8.根据权利要求1所述的铁螺母的制备方法，其特征在于，所述步骤预先制备渗铜片和铁螺母压坯中的渗铜片为圆环形渗铜片。
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