CN114178532B - 一种粉末冶金镶套及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于粉末冶金技术领域，尤其涉及一种粉末冶金镶套及其制备方法。原料：钢粉90‑97份、铜粉0‑2.5份、石墨0.1‑1份、碳化硅/硅粉0.1‑1份、MnS 0.1‑0.8份、润滑剂0.5‑1.2份、粘结剂0.1‑0.4份；所述的钢粉为Fe 95‑99份、Mo 0.4‑1.7份、C 0‑0.01份。通过采用碳化硅/硅粉作为成核点以及其聚并的特性，促进边缘致密化，提高材料的致密度及摩擦性能；提高镶套的性能及使用寿命。

Description

一种粉末冶金镶套及其制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，尤其涉及一种粉末冶金镶套及其制备方法。
背景技术
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(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。目前，粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域，成为新材料科学中最具发展活力的分支之一。粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产。
新能源汽车用电动机轴承的承载套，即镶套，与轴承间隙配合，因电动机的特性，运转时产生大量的热，会导致轴长度产生较大的变化，轴承在镶套内滑动，抵消轴的长度变化。因此要求镶套有一定的承载能力，并且需要耐磨；现有电机镶套以45#钢进行调质处理后加工，加工量大，额外的热处理浪费能源及材料；粉末冶金工艺生产，无需热处理。
发明内容
针对现阶段新能源汽车电动机的镶套存在的问题，本发明通过采用碳化硅/硅粉作为成核点以及其聚并的特性，促进边缘致密化，提高材料的致密度及摩擦性能。另外在烧结过程中采用加压的方式，促使材料非晶化，然后再形成合金，进一步增加材料的耐磨性能，提高镶套的性能及使用寿命。
本发明的技术方案如下：
一种粉末冶金镶套，包括以下重量份数的原料：钢粉90-97份、铜粉0-2.5份、石墨0.1-1份、碳化硅/硅粉0.1-1份、MnS 0.1-0.8份、润滑剂0.5-1.2份、粘结剂0.1-0.4份；所述的钢粉为Fe 95-99份、Mo 0.4-1.7份、C 0-0.01份。
优选地，还包括镍粉，所述的镍粉的加入量为0-4份。
优选地，所述的粘结剂为：丁烯-丙烯共聚物。
上述粉末冶金镶套的制备方法，包括以下步骤：
（1）混料、压制：称取钢粉、铜粉、石墨、1/2碳化硅/硅粉、MnS、润滑剂、2/3粘结剂，混合均匀后压制成型；然后表面混匀剩余碳化硅/硅粉、粘结剂，压制成型；
（2）烧结硬化：氮气或氩气氛围下1000-1200℃下烧结20-40min；然后在氮氢混合气氛中于1000-1200℃下烧结20-40min, 段增加循环装置，冷却速度至1-3℃/s；
（3）浸防锈水：将步骤（2）的产品放入防锈水中；
（4）精加工：按设计要求进行精车加工；
（5）二次浸防锈水：对加工件再次放入防锈水中，烘干，即得成品。
优选地，所述步骤（2）中部分碳化硅/硅粉为碳化硅/硅粉质量的1/3-2/3；部分粘结剂为粘结剂质量的1/2-3/4。
优选地，所述的步骤（4）过程替换为：整形，按设计要求进行整形加工。
本发明采用碳化硅/硅粉作为烧结过程中粘结剂及润滑剂处理产出的气泡的成核点，以及其聚并的特性，促进边缘致密化，提高材料的致密度及摩擦性能。另外在烧结过程中采用加压的方式，促使材料非晶化，然后再形成合金，进一步增加材料的耐磨性能，提高镶套的性能及使用寿命。
本发明的有益效果
1、根据镶套的使用条件，本发明采用钢基材料为基础，MnS起到很好的润滑作用，同时能显著提高材料的切屑性能；粘结剂及润滑剂在确保成型和润滑的作用的前提下，提高材料的韧性。
2.轴承的边缘致密化处理，根据碳化硅/硅粉的成核及聚并的特性（图1），随着烧结过程，促进轴承边缘致密化，提高轴承的致密度、承载能力及摩擦性能；提高材料的耐磨性能，整体提升轴承的性能及寿命。
说明书附图
图1为烧结过程中的金相图，图中白色颗粒为硅。
具体实施方式
实施例1
一种粉末冶金镶套的制备方法，包括以下步骤：
（1）混料、压制：称取钢粉90 kg、石墨1kg、碳化硅/硅粉0.033kg、MnS 0.8kg、润滑剂0.5kg、粘结剂丁烯-丙烯共聚物0.05kg、镍粉4kg，混合均匀；所述的钢粉为Fe 95kg、Mo1.7kg，压制成型；压力为500MPa；表面混匀剩余碳化硅/硅粉0.067kg、粘结剂丁烯-丙烯共聚物0.05kg，压制成型；压力为600MPa；
（2）烧结硬化：氮气或氩气氛围下1000℃下烧结40min；然后在氮氢混合气氛中于1200℃下烧结20min, 段增加循环装置，冷却速度至1℃/s；
（3）浸防锈水：将步骤（2）的产品放入防锈水中；
（4）精加工：按设计要求进行精车加工；
（5）二次浸防锈水：对加工件再次放入防锈水中，烘干，即得成品。
实施例2
一种粉末冶金镶套的制备方法，包括以下步骤：
（1）混料、压制：称取钢粉97kg、铜粉2.5kg、石墨0.1kg、碳化硅/硅粉0.5kg、MnS0.1kg、润滑剂1.2kg、粘结剂硬脂酸锌0.4kg，混合均匀；压制成型；压力为500MPa；表面混匀剩余碳化硅/硅粉0.5kg、粘结剂硬脂酸锌0.034kg；所述的钢粉为Fe 99kg、Mo 0.4kg、C0.01kg；压制成型；压力为500MPa；表面混匀剩余碳化硅/硅粉0.067kg、粘结剂丁烯-丙烯共聚物0.05kg，压制成型；压力为600MPa；
（2）烧结硬化：氮气或氩气氛围下1200℃下烧结20min；然后在氮氢混合气氛中于1000℃下烧结40min, 段增加循环装置，冷却速度至3℃/s；
（3）浸防锈水：将步骤（2）的产品放入防锈水中；
（4）整形，按设计要求进行整形加工；
（5）二次浸防锈水：对加工件再次放入防锈水中，烘干，即得成品。
实施例3
一种粉末冶金镶套的制备方法，包括以下步骤：
（1）混料、压制：称取钢粉94kg、铜粉1.8kg、石墨0.5kg、碳化硅/硅粉0.2kg、MnS0.4kg、润滑剂0.8kg、粘结剂丁烯-丙烯共聚物0.07kg，混合均匀；所述的钢粉为Fe 97kg、Mo1.0kg、C 0.005kg；压制成型；压力为500MPa；表面混匀剩余碳化硅/硅粉0.2kg、粘结剂丁烯-丙烯共聚物0.13kg，压制成型；压力为600MPa；
（2）烧结硬化：氮气或氩气氛围下1100℃下烧结30min；然后在氮氢混合气氛中于1100℃下烧结30min, 段增加循环装置，冷却速度至2℃/s；
（3）浸防锈水：将步骤（2）的产品放入防锈水中；
（4）精加工：按设计要求进行精车加工；
（5）二次浸防锈水：对加工件再次放入防锈水中，烘干，即得成品。
实施例4
一种粉末冶金镶套的制备方法，包括以下步骤：
（1）混料、压制：称取钢粉94kg、铜粉1.8kg、石墨0.5kg、镍粉2kg、碳化硅/硅粉0.25kg、MnS 0.4kg、润滑剂0.8kg、粘结剂丁烯-丙烯共聚物0.12kg，混合均匀；所述的钢粉为Fe 97kg、Mo 1.0kg、C 0.005kg；压制成型；压力为500MPa；表面混匀剩余碳化硅/硅粉0.25kg、粘结剂丁烯-丙烯共聚物0.08kg，压制成型；压力为600MPa；
（2）烧结硬化：氮气或氩气氛围下1100℃下烧结30min；然后在氮氢混合气氛中于1100℃下烧结30min, 段增加循环装置，冷却速度至2℃/s；
（3）浸防锈水：将步骤（2）的产品放入防锈水中；
（4）精加工：按设计要求进行精车加工；
（5）二次浸防锈水：对加工件再次放入防锈水中，烘干，即得成品。
对比例1 与对比例4比，不加入碳化硅/硅粉
一种粉末冶金镶套的制备方法，包括以下步骤：
（1）混料、压制：按照配比称取原料，混合均匀后压制成型；原料为：钢粉94kg、铜粉1.8kg、石墨0.5kg、镍粉2kg、MnS 0.4kg、润滑剂0.8kg、粘结剂丁烯-丙烯共聚物0.2kg，混合均匀；所述的钢粉为Fe 97kg、Mo 1.0kg、C 0.005kg压制成型；压力为500MPa；
（2）烧结硬化：氮气或氩气氛围下1100℃下烧结30min；然后在氮氢混合气氛中于1100℃下烧结30min, 段增加循环装置，冷却速度至2℃/s；
（3）浸防锈水：将步骤（2）的产品放入防锈水中；
（4）精加工：按设计要求进行精车加工；
（5）二次浸防锈水：对加工件再次放入防锈水中，烘干，即得成品。
对比例2 与对比例4比，常压烧结
一种粉末冶金镶套的制备方法，包括以下步骤：
（1）混料、压制：称取钢粉94kg、铜粉1.8kg、石墨0.5kg、镍粉2kg、碳化硅/硅粉0.25kg、MnS 0.4kg、润滑剂0.8kg、粘结剂丁烯-丙烯共聚物0.12kg，混合均匀；所述的钢粉为Fe 97kg、Mo 1.0kg、C 0.005kg；压制成型；压力为500MPa；表面混匀剩余碳化硅/硅粉0.25kg、粘结剂丁烯-丙烯共聚物0.08kg，压制成型；压力为600MPa；
（2）烧结：将步骤(1) 的产品在1100℃温度下烧结60min，保温后随炉冷却；
（3）浸防锈水：将步骤（2）的产品放入防锈水中；
（4）精加工：按设计要求进行精车加工；
（5）二次浸防锈水：对加工件再次放入防锈水中，烘干，即得成品。
实施效果例
摇摆摩擦磨损性能比较：
将实施例1-4及对比例1、2制备成电动车电动机镶套，考察其性能，结果见表1。
磨损量的测定过程采用摇摆摩擦磨损性能比较：制备试件尺寸φ50×φ50×50mm，试验条件：承载50 MPa。运动线速度1m/min，一次性涂油脂，连续试验50 小时，摇摆角度±60º。
Figure 456472DEST_PATH_IMAGE001
从上表中可以看出：实施例1-4 制得的粉末冶金镶套抗拉强度在900MPa以上，硬度HRC 在42-47之间，磨损量在0.021-0.028mm之间；而对比例制得的粉末冶金齿轮抗拉强度为725 MPa，硬度HRC 为30，磨损量为0.068 mm。由此可知，本发明制得的粉末冶金镶套由于组分之间的协同作用，具有良好的机械性能，抗压能力强、硬度大，磨损率较低。

Claims (4)

1.一种粉末冶金镶套的制备方法，其特征在于，所述粉末冶金镶套，包括以下重量份数的原料：钢粉90-97份、铜粉0-2.5份、石墨0.1-1份、碳化硅/硅粉0.1-1份、MnS 0.1-0.8份、润滑剂0.5-1.2份和粘结剂0.1-0.4份；所述的钢粉为Fe 95-99份、Mo 0.4-1.7份和C 0-0.01份；
所述的粉末冶金镶套的制备方法，包括以下步骤：
（1）混料、压制：称取钢粉、铜粉、石墨、部分碳化硅/硅粉、MnS、润滑剂、部分粘结剂，混合均匀后压制成型；然后表面混匀剩余碳化硅/硅粉、粘结剂，压制成型；
（2）烧结硬化：氮气或氩气氛围下1000-1200℃下烧结20-40min；然后在氮氢混合气氛中于1000-1200℃下烧结20-40min，冷却速度为1-3℃/s；
（3）浸防锈水：将步骤（2）的产品放入防锈水中；
（4）精加工：按设计要求进行精车加工；
（5）二次浸防锈水：对加工件再次放入防锈水中，烘干，即得成品；
所述步骤（1）中部分碳化硅/硅粉为碳化硅/硅粉质量的1/3-2/3；部分粘结剂为粘结剂质量的1/2-3/4；其中碳化硅/硅粉促进镶套边缘致密化。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括镍粉，所述的镍粉的加入量为0-4份。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的粘结剂为：丁烯-丙烯共聚物。
4.一种粉末冶金镶套的制备方法，其特征在于，所述粉末冶金镶套，包括以下重量份数的原料：钢粉90-97份、铜粉0-2.5份、石墨0.1-1份、碳化硅/硅粉0.1-1份、MnS 0.1-0.8份、润滑剂0.5-1.2份和粘结剂0.1-0.4份；所述的钢粉为Fe 95-99份、Mo 0.4-1.7份和C 0-0.01份；
所述的粉末冶金镶套的制备方法，包括以下步骤：
（1）混料、压制：称取钢粉、铜粉、石墨、部分碳化硅/硅粉、MnS、润滑剂、部分粘结剂，混合均匀后压制成型；然后表面混匀剩余碳化硅/硅粉、粘结剂，压制成型；
（2）烧结硬化：氮气或氩气氛围下1000-1200℃下烧结20-40min；然后在氮氢混合气氛中于1000-1200℃下烧结20-40min，冷却速度为1-3℃/s；
（3）浸防锈水：将步骤（2）的产品放入防锈水中；
（4）整形：按设计要求进行整形加工；
（5）二次浸防锈水：对加工件再次放入防锈水中，烘干，即得成品；
所述步骤（1）中部分碳化硅/硅粉为碳化硅/硅粉质量的1/3-2/3；部分粘结剂为粘结剂质量的1/2-3/4；其中碳化硅/硅粉促进镶套边缘致密化。
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