CN111644628A

CN111644628A - 粉末冶金零件制造方法

Info

Publication number: CN111644628A
Application number: CN201911163142.9A
Authority: CN
Inventors: 苏凤戈; 阮吉林; 张启斌
Original assignee: ZHEJIANG BAIDA PRECISION MANUFACTURING CORP
Current assignee: ZHEJIANG BAIDA PRECISION MANUFACTURING CORP
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2020-09-11
Anticipated expiration: 2039-11-25
Also published as: CN111644628B

Abstract

本发明提供了一种粉末冶金零件制造方法，属于工程元件技术领域。它解决了现有的粉末冶金零件生坯不适合车削加工，预烧坯车削成本高的问题。本粉末冶金零件制造方法是按下述顺序步骤进行的，第一步，将粉末冶金用混合粉末倒入模具内压制成生坯，粉末冶金用混合粉末中含有质量百分比为0.01%～0.08%的粘结剂；第二步，将生坯置于烘箱内固化，得到固化坯；第三步，对固化坯至少进行车削机加工，得到零件压坯；第四步烧结得到粉末冶金零件。本发明既在粉末冶金用混合粉末中添加适量地粘结剂，又进行低温固化，使固化坯的强度适合车削加工，且具有易于切削和加工的特性，进而提高生产效率、延长刀具刀使用寿命和降低加工成本。

Description

粉末冶金零件制造方法

技术领域

本发明属于工程元件技术领域，涉及一种粉末冶金零件，特别是一种粉末冶金零件制造方法。

背景技术

粉末冶金是用金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。零件中某些结构在压制成形时是无法形成的，如双排齿轮中双排轮齿之间间隔槽，由此这些结构需要机加工成形。

以采用粉末冶金工艺制作双排齿轮为例，现有常用技术方案一：首先压制成形齿轮坯件，齿轮坯件中没有间隔槽；接着在750︒C～980︒C下预烧结；然后车削加工出间隔槽以及其他机加工；最后在1120︒C～1200︒C下烧结。齿轮坯件预烧结后强度为80Mpa～150Mpa，车削加工为断续切削，存在着刀刃易崩损，生产效率低，加工成本高等问题。现有常用技术方案二，首先压制成形齿轮坯件，齿轮坯件中没有间隔槽；接着在1120︒C～1200︒C下烧结（材料为烧结硬化材料），最后机加工。齿轮坯件烧结后强度为300Mpa～950Mpa，硬度甚至高达40HRC～50HRC，常规的切削根本无法进行，只能采用磨削加工，对应工业产品来说上述加工成本和加工效率是市场难以承受的。

随着技术发展，人们对粉末冶金方法进行了改进，如一种压缩机活塞的制备方法（申请公布号CN106424703A），首先在粉末冶金原料中混入粘接剂或/和生坯增强剂，接着根据产品压制成型生坯，生坯强度为13MPa，然后进行钻孔加工，最后在1000℃～1350℃下烧结。该方法相对于上述现有常用技术方案具有机加工更方便的优点，但钻孔加工并不能满足所有零件机加工需求，如双排轮齿需要车削加工出间隔槽；再者生坯强度无法满足车削技术要求，车床装夹生坯便可能导致生坯破碎。

发明内容

本发明提出了一种粉末冶金零件制造方法，本发明要解决的技术问题是如何降低需要车削加工粉末冶金零件的制造成本。

本发明的要解决的技术问题可通过下列技术方案来实现：一种粉末冶金零件制造方法是按下述顺序步骤进行的，

第一步，将粉末冶金用混合粉末倒入模具内压制成生坯，粉末冶金用混合粉末中含有质量百分比为0.01%～0.08%的粘结剂；

第二步，将生坯置于烘箱内固化，烘箱内腔的温度为120︒C～160︒C，时长为30分钟～90分钟，得到固化坯；

第三步，对固化坯至少进行车削机加工，得到零件压坯；

第四步，将零件压坯放入烧结炉内烧结，烧结温度1120︒C～1200︒C，时长为35分钟～45分钟；得到粉末冶金零件。

含粘结剂的生坯经固化后横向断裂强度（TRS）显著提升，横向断裂强度大于28MPa，甚至能超过45MPa；由此可知固化坯的强度满足车削加工技术要求，固化坯中颗粒之间以机械啮合和粘结剂粘合力为主，固化坯中没有形成化合碳，粉末是铁素体，易于切削和加工，且加工后的粉末还可以继续使用。换言之，人们能根据零件情况对固化坯进行车削加工，使零件压坯与零件成品之间吻合度更高。

与现有技术相比，本发明既在粉末冶金用混合粉末中添加适量地粘结剂，又进行低温固化，使固化坯的强度适合车削加工，且具有易于切削和加工的特性，进而提高生产效率、延长刀具刀使用寿命和降低加工成本。固化温度远低于现有预烧结温度，能源消耗量显著减少，进而降低制造成本，同时避免粘结剂分解。本发明中粘结剂使用量极少，进而降低原料成本。固化时长低于5分钟时，强度几乎没有变化，经过30分钟～90分钟固化既保证粘结剂充分扩散，又保证加工效率。

在上述粉末冶金零件制造方法中，所述粉末冶金用混合粉末由如下质量百分比的原料均匀混合组成，铜粉0%～3%，镍粉0%～4%，石墨粉0.4%～1%，润滑剂0.6%～1%，粘结剂0.01%～0.08%，其余为纯铁粉或铁基合金粉。添加铜粉、镍粉和碳粉，增加烧结硬化能力的合金相，同时提高材料的韧性。

在上述粉末冶金零件制造方法中，所述生坯的密度为7.1g/cm³～7.2g/cm³。

在上述粉末冶金零件制造方法中，所述固化坯中粘结剂呈薄膜状分布；该特征表示粘结剂充分扩散，使粉料充分粘结，显著地提高固化坯强度。

在上述粉末冶金零件制造方法中，所述车削机加工时固化坯装夹在车床上，车床的转速不高于900转/分钟，车刀的进给速度为0.02mm/每转～0.1mm/每转。该车削参数既保证加工效率，又保证产品合格率。

在上述粉末冶金零件制造方法中，所述粉末冶金零件在烧结冷却阶段，从800︒C到315︒C以快速冷却方式进行，冷却速度为1.6︒C/S～3︒C/S。采用该方式冷却有利于粉末冶金零件形成大量马氏体，提高产品耐磨性，该方式冷却尤其适合应用在粉末冶金齿轮制造。

附图说明

图1是双排轮齿的立体结构示意图。

图2是双排轮齿的主视结构示意图。

图3是双排轮齿生坯的立体结构示意图。

图4是双排轮齿生坯中横向断裂强度与粘结剂含量变形图。

图5是双排轮齿固化坯中横向断裂强度与粘结剂含量变形图。

图6是双排轮齿固化坯断口形貌图。

图中，1、双排轮齿成品；1a、间隔槽；2、双排轮齿生坯。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，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。

实施例一：如图1和图2所示，粉末冶金零件为双排轮齿；通过阐述采用粉末冶金工艺制作双排轮齿方法，进一步说明粉末冶金零件制造方法整体的优点以及各个工序的优点。

粉末冶金零件制造方法是按下述顺序步骤进行的：

第一步，将粉末冶金用混合粉末倒入模具内压制成双排轮齿生坯2，双排轮齿生坯2的密度为7.1g/cm³～7.2g/cm³。如图1至图3所示，双排轮齿生坯2与双排轮齿成品1的结构区别在于双排轮齿生坯2中没有间隔槽1a。

粉末冶金用混合粉末由如下质量百分比的原料均匀混合组成，镍粉2%，石墨粉0.6%，润滑剂0.7%，粘结剂0.02%，其余为铁基合金粉。铁基合金粉由如下质量百分比的化学成分组成，铬2.7%～3.5%，锰0.05%～0.3%，钼0.4%～0.6%，其余为Fe和不可避免的杂质。

第二步，将双排轮齿生坯2置于烘箱的内腔中，烘箱内腔的温度为120︒C～160︒C，保温30分钟～90分钟，保证双排轮齿生坯2中粘结剂充分固化，得到双排轮齿固化坯。

如图4所示，双排轮齿生坯2的横向断裂强度约为13.5MPa。如图5所示，双排轮齿固化坯的横向断裂强度约为43MPa。由此可知双排轮齿生坯2经过固化工序横向断裂强度显著提升；进而保证双排轮齿固化坯在机加工过程中有足够的强度，不仅满足磨削加工技术要求，而且还满足车削加工技术要求。

如图6所示，从扫描断口形貌上可以明确看出，粘结剂在固化后呈薄膜状分布，该特征表示能显著地提高强度。

双排轮齿固化坯中颗粒之间以机械啮合和粘结剂粘合力为主，120︒C～160︒C不会使碳粉形成化合碳，粉末仍然主要是铁素体，因而具有易于切削和加工以及加工后的粉末还可以继续使用的优点。

第三步，将双排轮齿固化坯装夹在车床上，采用车削方式在双排轮齿固化坯的侧壁上加工出呈环形的间隔槽1a，得到零件压坯；即双排轮齿压坯的结构与双排轮齿成品1是相同的。

车削加工中，车床的转速不高于900转/分钟，车刀的进给速度为0.02mm/每转～0.1mm/每转；这样能有效地避免双排轮齿固化坯破碎；即保证成品合格率。

第四步，将零件压坯放入到网带式烧结炉内，并在氢气和氮气所组成的混合气体保护下烧结，烧结温度为1120︒C～1200︒C，时长35分钟～45分钟；得到粉末冶金零件，即双排轮齿。

双排轮齿在冷却阶段，从800︒C到315︒C以快速冷却方式进行，冷却速度为1.6︒C/S～3︒C/S。

检测双排轮齿，硬度为43HRC，横向断裂强度大于950Mpa。

实施例二至实施例六：同实施例一的工序相同，相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于粘结剂含量。

实施例七：同实施例一的工序相同，相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于粉末冶金用混合粉末。粉末冶金用混合粉末由如下质量百分比的原料均匀混合组成，铜粉2%，镍粉1.8%，石墨粉0.4%，润滑剂0.6%，粘结剂0.02%，其余为纯铁粉。烧结得到双排轮齿，双排轮齿的硬度为55HRB～70HRB；双排轮齿经热处理得到满足技术要求的产品。

Claims

1.一种粉末冶金零件制造方法，其特征在于，粉末冶金零件制造方法是按下述顺序步骤进行的，

第三步，对固化坯至少进行车削机加工，得到零件压坯；

2.根据权利要求1所述的粉末冶金零件制造方法，其特征在于，所述粉末冶金用混合粉末由如下质量百分比的原料均匀混合组成，铜粉0%～3%，镍粉0%～4%，石墨粉0.4%～1%，润滑剂0.6%～1%，粘结剂0.01%～0.08%，其余为纯铁粉或铁基合金粉。

3.根据权利要求1所述的粉末冶金零件制造方法，其特征在于，所述生坯的密度为7.1g/cm³～7.2g/cm³。

4.根据权利要求1或2或3所述的粉末冶金零件制造方法，其特征在于，所述固化坯的横向断裂强度大于28MPa。

5.根据权利要求1或2或3所述的粉末冶金零件制造方法，其特征在于，所述固化坯中粘结剂呈薄膜状分布。

6.根据权利要求1或2或3所述的粉末冶金零件制造方法，其特征在于，所述车削机加工时固化坯装夹在车床上，车床的转速不高于900转/分钟，车刀的进给速度为0.02mm/每转～0.1mm/每转。

7.根据权利要求1或2或3所述的粉末冶金零件制造方法，其特征在于，所述粉末冶金零件在烧结冷却阶段，从800︒C到315︒C以快速冷却方式进行，冷却速度为1.6︒C/S～3︒C/S。