CN110016622B - 一种粉末冶金材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉末冶金材料，其原料由如下重量百分比的组分组成：铜2.3％‑2.7％,磷0.7％‑0.9％，碳0.7％‑0.9％,铁余量；还公开了一种粉末冶金汽车轴承盖，通过上述粉末冶金材料制成；上述粉末冶金汽车轴承盖的制备方法包括：原料混合、压制成型、烧结；其中烧结温度为1270℃‑1290℃，并保温1小时。本发明通过原料组成、原料配比以及烧结温度的共同配合、相互协同作用，在提高其抗拉强度的同时，其延伸率不会降低，既保证了其强度，又保证了其韧性，解决了提高强度的同时其韧性降低的技术问题，实现了强度和韧性共同提升。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种粉末冶金材料及其应用。
背景技术
粉末冶金是一种以金属粉末为原料，经压制和烧结制成各种制品的加工方法。粉末冶金零件的生产工艺具有复杂零件的快速成形能力和材料高利用率的优势，因此被广泛应用。
目前粉末冶金轴承盖已广泛用于自然吸气的汽车发动机系统，如果将粉末冶金轴承盖用于汽车涡轮增压发动机系统，则需要承受高抗拉强度和高延伸率，根据涡轮增压发动机性能的需要，在粉末冶金轴承盖压坯密度为6.6g/cm3时，抗拉强度≧450MPa,延伸率≧2.5％。
现有普通粉末冶金材料，烧结铜钢材料压坯密度为6.6g/cm3时，抗拉强度为410MPa左右，延伸率＜1％；烧结镍钢材料压坯密度为6.6g/cm3时，抗拉强度为310MPa左右，延伸率在1.5％左右；扩散合金钢材料压坯密度为6.6g/cm3时，抗拉强度为470MPa左右，延伸率为1％左右；综上所述，上述材料在提升抗拉强度的同时，延伸率无法提升，甚至在提升拉伸强度的同时，反而使延伸率降低，无法满足实际需要，严重制约着粉末冶金的发展。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种粉末冶金材料及其应用。
众所周知，一种新型材料的制备，其质量的好坏不仅取决于材料配方及其配方成分的重量，也取决于制备的方法和工艺。
烧结过程中合金粉末经过液相生成、颗粒重排、固相溶解于析出以及固相骨架的形成等机构阶段。当液相生成后，在不平衡的毛细血管力作用下，固体颗粒进行位置的调整与重新分布以达到最紧密的排布，这时烧结体的致密化程度与密度迅速增加，当烧结温度升高，坯体孔隙率明显下降，致密化程度与密度急剧增加，将导致通过Ostwald熟化的晶粒成长，因此当细小颗粒消失，粗大颗粒长大，晶界与孔隙相对减少，颗粒间的结合强度增强，抗拉强度增强，当烧结温度升高至一定程度后，晶粒将过大，形成过大的环状结构，造成显微硬度的不均匀性，抗拉强度反而降低，因此并非是烧结温度越高，其抗拉强度就会越强，同时随着抗拉强度的增强，延伸率会随之下降。
本发明通过烧结温度、原料组成及配比的相互结合、相互协同作用，使烧结体得到了合适的晶粒大小和晶粒形状，在增强抗拉强度的同时，提升了延伸率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种粉末冶金材料，其原料由如下重量百分比的组分组成：铜2.3％-2.7％,磷0.7％-0.9％，碳0.7％-0.9％,铁余量。
本发明的第二方面，提供上述的粉末冶金材料在制备高强度、高延伸率汽车零件的用途；所述汽车零件的抗拉强度≧600MPa,延伸率≧3.5％。
优选的，所述汽车零件为汽车轴承盖。
本发明的第三方面，提供一种粉末冶金汽车轴承盖，由上述的粉末冶金材料制成。
本发明的第四方面，提供上述粉末冶金汽车轴承盖的制备方法，包括如下步骤：
原料混合、压制成型、烧结；其中烧结温度为1270℃-1290℃，并保温1小时。
优选的，所述原料混合是将铜粉、磷粉、碳粉、铁粉按权利要求1所述的重量百分比混合，同时加入润滑剂搅拌至原料混合均匀；其中磷粉以磷化铁粉末的形式加入，碳粉以石墨粉的形式加入。
优选的，所述压制成型是将混合均匀的原料放入钢制压模中，通过模压成形的方式将原料压制成成型坯件，其中压坯密度为6.6g/cm3。
优选的，所述烧结是将成型坯件放至烧结炉内，烧结过程全程通氮气保护。
优选的，所述润滑剂为石蜡，石蜡的添加量为铜粉、磷化铁粉末、石墨粉和铁粉总重量的0.4％-0.6％。
本发明的有益效果：
(1)通过本发明的原料组成、原料配比以及烧结温度的共同配合、相互协同作用，使烧结体得到合适的晶粒大小和晶粒形状，同时提高了孔隙的球化和致密化程度，提高了烧结体的强度和韧性，从而在抗拉强度增强的同时，提升了延伸率；
(2)提高其抗拉强度的同时，其延伸率不会降低，既保证了其强度，又保证了其韧性，解决了提高强度的同时其韧性降低的技术问题，实现了强度和韧性共同提升；
(3)在压坯密度为6.6g/cm3时，抗拉强度≧600MPa,延伸率≧3.5％，实现了粉末冶金材料高强度高延伸率，应用在实际产品，使产品既有强度又有韧性，符合涡轮增压发动机性能的需要；
(4)现有粉末冶金产品在汽车发动机中只应用了5～7kg，只占欧美的30％，通过本发明制得的粉末冶金材料，可使粉末冶金件在汽车发动机中的重量增加1～2kg，市场前景极为广阔。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
实施例1：
一种粉末冶金材料，其原料由如下重量百分比的组分组成：铜2.3％,磷0.9％，碳0.9％,铁95.9％。
通过上述粉末冶金材料制成汽车轴承盖，所述汽车轴承盖的制备方法，包括如下步骤：
A、原料混合：将铜粉、磷化铁粉末、石墨粉、铁粉按上述重量百分比混合，同时加入上述混合粉末总重量0.4％的石蜡，搅拌至原料混合均匀；
B、压制成型：将混合均匀的原料放入钢制压模中，通过模压成形的方式将原料压制成成型坯件，其中压坯密度为6.6g/cm3；
C、烧结：将成型坯件放至烧结炉内进行烧结，其中烧结温度为1270℃并保温1小时，烧结过程全程通氮气保护。
实施例2：
一种粉末冶金材料，其原料由如下重量百分比的组分组成：铜2.5％,磷0.8％，碳0.7％,铁96％。
通过上述粉末冶金材料制成汽车轴承盖，所述汽车轴承盖的制备方法，包括如下步骤：
A、原料混合：将铜粉、磷化铁粉末、石墨粉、铁粉按上述重量百分比混合，同时加入上述混合粉末总重量0.5％的石蜡，搅拌至原料混合均匀；
B、压制成型：将混合均匀的原料放入钢制压模中，通过模压成形的方式将原料压制成成型坯件，其中压坯密度为6.6g/cm3；
C、烧结：将成型坯件放至烧结炉内进行烧结，其中烧结温度为1280℃并保温1小时，烧结过程全程通氮气保护。
实施例3：
一种粉末冶金材料，其原料由如下重量百分比的组分组成：铜2.7％,磷0.7％，碳0.8％,铁95.8％。
通过上述粉末冶金材料制成汽车轴承盖，所述汽车轴承盖的制备方法，包括如下步骤：
A、原料混合：将铜粉、磷化铁粉末、石墨粉、铁粉按上述重量百分比混合，同时加入上述混合粉末总重量0.6％的石蜡，搅拌至原料混合均匀；
B、压制成型：将混合均匀的原料放入钢制压模中，通过模压成形的方式将原料压制成成型坯件，其中压坯密度为6.6g/cm3；
C、烧结：将成型坯件放至烧结炉内进行烧结，其中烧结温度为1290℃，并保温1小时，烧结过程全程通氮气保护。
对比例1：
一种粉末冶金材料，其原料由如下重量百分比的组分组成：铜2.5％,磷0.8％，碳0.7％,铁96％。
通过上述粉末冶金材料制成汽车轴承盖，所述汽车轴承盖的制备方法，包括如下步骤：
A、原料混合：将铜粉、磷化铁粉末、石墨粉、铁粉按上述重量百分比混合，同时加入上述混合粉末总重量0.5％的石蜡，搅拌至原料混合均匀；
B、压制成型：将混合均匀的原料放入钢制压模中，通过模压成形的方式将原料压制成成型坯件，其中压坯密度为6.6g/cm3；
C、烧结：将成型坯件放至烧结炉内进行烧结，其中烧结温度为1200℃并保温1小时，烧结过程全程通氮气保护。
对比例2：
一种粉末冶金材料，其原料由如下重量百分比的组分组成：铜2.5％,磷0.8％，碳0.7％,铁96％。
通过上述粉末冶金材料制成汽车轴承盖，所述汽车轴承盖的制备方法，包括如下步骤：
A、原料混合：将铜粉、磷化铁粉末、石墨粉、铁粉按上述重量百分比混合，同时加入上述混合粉末总重量0.5％的石蜡，搅拌至原料混合均匀；
B、压制成型：将混合均匀的原料放入钢制压模中，通过模压成形的方式将原料压制成成型坯件，其中压坯密度为6.6g/cm3；
C、烧结：将成型坯件放至烧结炉内进行烧结，其中烧结温度为1360℃并保温1小时，烧结过程全程通氮气保护。
对比例3：
一种粉末冶金材料，其原料由如下重量百分比的组分组成：铜2.5％,磷0.4％，碳0.7％,铁96.4％。
通过上述粉末冶金材料制成汽车轴承盖，所述汽车轴承盖的制备方法，包括如下步骤：
A、原料混合：将铜粉、磷化铁粉末、石墨粉、铁粉按上述重量百分比混合，同时加入上述混合粉末总重量0.5％的石蜡，搅拌至原料混合均匀；
B、压制成型：将混合均匀的原料放入钢制压模中，通过模压成形的方式将原料压制成成型坯件，其中压坯密度为6.6g/cm3；
C、烧结：将成型坯件放至烧结炉内进行烧结，其中烧结温度为1280℃并保温1小时，烧结过程全程通氮气保护。
对比例4：
一种粉末冶金材料，其原料由如下重量百分比的组分组成：铜2.5％，碳0.7％,铁96.8％。
通过上述粉末冶金材料制成汽车轴承盖，所述汽车轴承盖的制备方法，包括如下步骤：
A、原料混合：将铜粉、石墨粉、铁粉按上述重量百分比混合，同时加入上述混合粉末总重量0.5％的石蜡，搅拌至原料混合均匀；
B、压制成型：将混合均匀的原料放入钢制压模中，通过模压成形的方式将原料压制成成型坯件，其中压坯密度为6.6g/cm3；
C、烧结：将成型坯件放至烧结炉内进行烧结，其中烧结温度为1280℃并保温1小时，烧结过程全程通氮气保护。
性能测试
通过各实施例和对比例的原料和制备方法，分别制备试棒，试棒在压制成型时采用试棒的专用模具。通过实施例1的原料和制备方法生产的试棒为试棒1，通过实施例2的原料和制备方法生产的试棒为试棒2，通过实施例3的原料和制备方法生产的试棒为试棒3，通过对比例1的原料和制备方法生产的试棒为对比试棒1，通过对比例2的原料和制备方法生产的试棒为对比试棒2，通过对比例3的原料和制备方法生产的试棒为对比试棒3，通过对比例4的原料和制备方法生产的试棒为对比试棒4。通过万能材料试验机对各个试棒进行拉断试验。
测定结果如下表所示：
由上表可知，通过实施例1、实施例2、实施例3的原料和制备方法生产的试棒，在抗拉强度和延伸率方面均无明显差异，其中试棒2抗拉强度和延伸率最优；
通过对比例1、对比例2、对比例3、对比例4的原料和制备方法生产的试棒，在抗拉强度和延伸率方面与实施例2所生产的产品相比较，具有明显的差异；对比例1和对比例2分别降低了烧结温度和升高了烧结温度，所生产的产品抗拉强度和延伸率均明显低于实施例2；对比例3原料中减少磷的用量，所生产的产品抗拉强度和延伸率均明显低于实施例2；对比例4原料中部添加磷，所生产的产品抗拉强度和延伸率均明显低于实施例2。
因此如果烧结温度不合适，在原料中加磷或不加磷，其所生产的产品抗拉强度和延伸率无明显差异，均明显低于实施例2；如果磷的用量不合适或不加磷，即使烧结温度与实施例2相同，其所生产产品抗拉强度和延伸率均明显低于实施例2。
综上所述，本发明的原料组成、原料配比以及烧结温度对烧结后产品的抗拉强度和延伸率具有重要的影响，原料组成、原料配比以及烧结温度共同配合协同，才能实现产品强度和韧性共同提升，在抗拉强度增强的同时，提升产品的拉伸率。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种粉末冶金汽车轴承盖，其特征在于，其原料由如下重量百分比的组分组成：铜2.3％-2.7％,磷0.7％-0.9％，碳0.7％-0.9％,铁余量；
其制备方法包括如下步骤：原料混合、压制成型、烧结；其中烧结温度为1270℃-1290℃，并保温1小时。
2.权利要求1所述的粉末冶金汽车轴承盖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：原料混合、压制成型、烧结；其中烧结温度为1270℃-1290℃，并保温1小时。
3.根据权利要求2所述的粉末冶金汽车轴承盖的制备方法，其特征在于：所述原料混合是将铜粉、磷粉、碳粉、铁粉按权利要求1所述的重量百分比混合，同时加入润滑剂搅拌至原料混合均匀。
4.根据权利要求2所述的粉末冶金汽车轴承盖的制备方法，其特征在于：所述压制成型是将混合均匀的原料放入钢制压模中，通过模压成形的方式将原料压制成成型坯件，其中压坯密度为6.6g/cm3。
5.根据权利要求2所述的粉末冶金汽车轴承盖的制备方法，其特征在于：所述烧结是将成型坯件放至烧结炉内，烧结过程全程通氮气保护。
6.根据权利要求3所述的粉末冶金汽车轴承盖的制备方法，其特征在于：所述润滑剂为石蜡，石蜡的添加量为铜粉、磷化铁粉末、石墨粉和铁粉总重量的0.4％-0.6％。
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- 2019-05-27 CN CN201910444238.6A patent/CN110016622B/zh active Active
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| CN110016622A (zh) | 2019-07-16 |
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Denomination of invention: A Powder Metallurgical Material and Its Application Effective date of registration: 20231226 Granted publication date: 20210430 Pledgee: Laishang Bank Co.,Ltd. Xinxing Branch Pledgor: Jinan Xinyi Powder Metallurgy Co.,Ltd. Registration number: Y2023980074519 |