TW200534942A - Method for the manufacturing of sintered metal parts - Google Patents

Description

200534942 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種製造燒結金屬部件之方法。本發明更 明確關於-種製造具有緻密表面之燒結金屬部件之方法。 【先前技術】 在利用粉末金屬部件中未來發展的—個領域乃在於汽車 工業。在此領域内特別引人關注者為在更加嚴格要求的應 用中使用粉末金屬部件’如動力傳輸應用，如齒輪。由粉 末金屬處理形成的齒輪問題為，與自棒材或锻造加工成的 齒輪比較，粉末金屬齒輪在齒輪的齒根區域具有降低的彎 曲疲勞強度及在齒側的較低接觸疲勞強度。此等問題可由 齒根表面及齒側區域藉由一般熟知稱為表面緻密處理之塑 性變形而降低或甚至消除。具有緻密表面之產物描述於 (例如)美國專利第5,711,187號及第6，l7i，546號。 根據美國專利第5，川，187號，齒輪用_種經塵縮和燒处 的粉綠屬堪料形成，其表面由滾軋硬化。據教示，燒結 在至间1350 C之高燒結溫度進行，即’在高燒結溫度。對 燒結所用確切溫度並未有明確實例之揭示，但—般”高择 結溫度”指在約125代進行燒結。除高能耗外，高燒 度亦負面影響燒結部件之尺寸 — 的公差問題。 尺H每可導致經滾札部件 美國專利第6,171,546號亦揭示一種獲得緻密表面之方 法。根據此專利’表面緻密由滾軋或較佳由以鐵為基礎之 粉末之生體之錘擊取得。由自此專利可得如下結論，如果 96810.doc 200534942 在最終緻密及燒結操作之前進行預燒結步驟，則可獲得最 有利結果。根據該專利，燒結可在丨丨2(rc下進行，即在羽 知燒結溫度下，但由於推薦兩個燒結步驟，故能量消耗亦 相當大。 ’ 叙明的主要目的為提供此種方法。本發明另一 達到較低能量消耗並因此取得較低能量費用。 【發明内容】 因此，在製備齒輪和類似產物的生及燒結產物之間需要 最小尺寸變化之簡單和代價有效方法係具有吸引力，:本 方面為能夠 簡言之，現已發現，可用—種涉及下列步驟之方法製造 此等具有緻密表面之產物’該方法包括，自高速壓實技術 將鐵或以鐵為基礎之粉末壓實到高於72克/釐米3之密度， 低溫燒結所得部件，隨後使該部件經過表面緻密處理。 粉末類型 可用作壓’、處理所用原料之適合金屬粉末為用金屬製備 之粉末，如鐵。為改良最終燒結產物之性能，可作為預合 金或擴散合金的顆粒加入合金成分，如碳、鉻、錳、鉬、 銅鎳恤、硫等。以鐵為基礎之合金可選自由實質純鐵 ♦刀末預合金的以鐵為基礎之顆粒、擴散合金的以鐵為基 楚之鐵顆粒及鐵顆粒或以鐵為基礎之顆粒與合金成分之混 合物所組成之群組。由於其高硬化能力，粉末最佳為預合 金的以鐵為基礎之粉末。 壓實及燒結 根據本發明，為獲得具有所需高密度及窄尺寸公差之產 96810.doc 200534942 物’使用南速愿膏 p· Λ HVC。HVC壓實所用設備之實例為以 上k及且以弓^用$古斗、广， 一 式併入本文的美國專利第6,207,757號 斤揭丁之屯驷控制撞擊機械。可特別用此等撞擊機械之衝 錘衝擊在具有對應最終壓實部件所需形狀之空腔包含粉末 之衝模之上衝頭。在用保持衝模（即，慣料衝模）之系統 及粉末填充所用裝置（亦可為習知類型）補充時，此撞擊機 械允許用工業上所用之方法製造高密度遷链。為達到高於 7·2克/釐米3之密度，較佳使用高於2米/秒之錘速。 根據本發明之燒結在低溫進行，即，低於蘭。c，較佳 低於1160C ’取佳在112〇°c和116〇。〇之間。可使用任何習 知燒結爐’且燒結時間可在約15和6〇分之間變化。燒結爐 之氣氛可為吸熱型氣體氣氛、氫氣和氮氣間之混合物或於 真空中。 ' 因此， 壓實部件 行0 為達到上述優點，本發明方法之重要特徵為，經 之密度為至少約7·2克/釐^ i燒結可在低溫進 取侍燒結物件高密度之目前已知方法為高溫燒結或雙重 壓縮及雙重燒結。 與需要高溫燒結者比較，利用低燒結溫度之可能性降低 能耗。此外，與高溫燒結後的尺寸分佈比較，部件在低溫 燒結（例如，在1120。〇至1160。(：之範圍内）後之尺寸分佈顯 著車乂 I、為達到表面緻进部件之南品質，經燒結埋料的窄 尺寸公差十分重要。 與包括雙壓縮及雙燒結之方法比較，根據本發明之方法 968l0.doc 200534942 具有消除一個壓縮步驟及一個燒結步驟之優點。 此外’利用取得高生料密度之HVC技術比較，可不僅改 良最終燒結部件之機械性能，而且可增加表面緻密深度。 表面緻密 表面緻岔可由徑向或軸向滾軋、錘擊、上漿等進行。較 佳方法為軸向滾軋，因為此方法提供短循環時間與高緻密 沬度之組合。由本發明之方法，可對圓柱形部件獲得至高 1.5毫米、2毫米和3毫米或甚至更高之較佳緻密深度。對 於更複雜部件，如齒輪，所取得的緻密深度至少為〇·3毫 米，較佳至少〇_5毫米。粉末金屬部件將獲得較佳機械性 能與增加的緻密深度。 【實施方式】 本發明進一步由以下非限制實例說明。 實例1 用由添加0.3%石墨和醯胺蠟潤滑劑之預合金粉末阿斯特 &伊（Astloy) Mo組成之粉末冶金組合物壓實圓柱體。為獲 付同於7.2克/釐米3之生料密度，使用高速壓實。而對至高 7·2克/屋米之搶度使用習知單軸壓實。圓柱體在於 9〇%氮氣和1G%氫氣之氣氛燒結3()分鐘。纟面緻密由徑向 滾軋進行，且在滾軋期間的直徑減少為〇 3毫米。緻密深 :用成像刀析#估’且其定義為密度降低到％❻理論密度 時自表面至該點之最短距離。 堪料的燒結密度和緻密部件 丨1千的所传緻密深度間之關係可 見於圖1中。 96810.doc 200534942 實例2 圖2中顯示-經壓實、燒結及表面緻密的圓柱體之顯微相 片。圖2a中的圓柱體習知壓實到7.0克/釐米3密度，且取得 的緻密深度為1毫米，而圖2b中所示的圓柱體被高速壓實 到7.5克/釐米3，且所取得的緻密深度為2毫米。 實例3 由在雙輥磨光機中滾軋使在90/10 N2/H2氣氛中於1120°C 燒結30分鐘的高速壓實圓柱體表面緻密。滾軋期間直徑減 小0.3毫米。經滾軋圓柱體的經拋光橫截面在光學顯微鏡 中研究，緻密深度用成像分析評估。經滾軋圓柱體的所得 緻密深度顯示於表1中。 變體# 密度（克/釐米3) 緻密深度（毫米） A 7.49 2.5 B 7〇48 2.5 C 7.42 2.3 D 7.42 2.0 表1 實例4 用兩種不同製備路徑壓實及燒結齒輪： 1) 高速壓實到7.2之生料密度，在112〇t燒結30分鐘 2) 單軸向壓實到7」之生料密度，在13〇(rc燒結12〇分 鐘’且齒輪資料顯示於表2中 齒號 模數（mn) 節徑（d) 1_8^ 1^875毫米 28.575毫米 表2 96810.doc 200534942 由路徑1製造的齒輪達到7·27之燒結密度，而由路徑之製 造的齒輪達到7 · 3 6之燒結密度。 對自各製造路徑的20個齒輪檢測自生態至燒結態之尺寸 變化。四個不同尺寸的尺寸變化之標準偏差顯示於圖3 中。 【圖式簡單說明】 圖1為顯示燒結密度和表面緻密深度間關係之圖解。 圖2a為習知經壓實及表面緻密樣品之相片 圖以為高速壓實及表面緻密樣品之相片 圖3為顯示生及燒結部件間尺寸變 解。 < 標準偏差之圖 96810.doc -10-

Claims (1)

1. 200534942 十申請專利範圍： K種製造|有緻密表面之粉末金屬部 包括以下步驟·· m 由n速壓貫技術將鐵或以鐵為基礎之粉厣者 於7.2克/釐米3之密度， 灵到同 β燒結該部件， 使。亥σ卩件經過表面緻密處理。 2 · 根據請求項第彳i 3妒+、員之方法，其中該燒結係於低溫進行。 3 · 根據睛求項第彳$ 9 τ 軋進行。' < 、> 表面緻密係藉由滾 4.根據請求項第丨至3項中任一項 實到至少入3克/ 3 、 /，”中该部件係壓 5 - M ^ . “ 岔度，較佳至少7.4克/釐米3。 5 ·根據印求項第丨至4項中任_ 低於⑽。C之溫度燒結。、之方法，其中该部件係於 6. 根據請求項第5項之方 。。和1啊間之溫度燒結，、中该經壓貫部件係於㈣ 7. 根據請求項第丨至6項中任—項之 件係經燒結15至6〇分鐘之時間。，、中该經壓實部 8·根據請求項第1至7項中任—項 件係於吸埶型氣俨洛# ^ 、之方法，其中該經壓實部 …、孓礼體虱汛、氫氣和 空中燒結。 氣乳間之此合物或於真 9. 根據請求項第丨至8項中任—項之 部件係緻密到至少0.3毫米之深声，法，其中該表面緻密 10. 根據請求項第1至9項中任—項2輓佳至少〇.5耄米。 末金屬部件為齒輪、軸承，之方法，其中該產生的粉 ^、鏈輪等。 96810.doc