采用烧结配合生产具有黄铜或青铜的复合组件的方法技术

本发明专利技术涉及采用烧结配合生产具有黄铜或青铜的复合组件的方法。一种形成复合组件的方法，所述复合组件具有与支撑、铁类部分烧结配合的黄铜或青铜粉末金属部分。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉参考本申请要求2015年3月6日提交的美国临时专利申请第62/129144号的优先权，其全文通过引用结合入本文。关于联邦资助研究或开发的声明无。
本专利技术涉及粉末冶金法。具体来说，本专利技术涉及对由不同材料制造的单独部件进行接合以形成复合组件的方法，其中，至少一个组件部分是由含铜粉末金属制造的，通过烧结以形成复合组件的黄铜或青铜部分。技术背景黄铜和青铜材料是常用的基于铜的合金，其通常用于轴承或轴衬类应用。铜与锌合金化形成黄铜，而铜通常与锡合金化形成青铜(但是在青铜中也可使用其他元素，例如磷、锰、铝、硅和镍)。铜中的合金化元素或多种合金化元素的固溶性通常限制了在维持单相时铜中合金化元素的量。例如，在20℃，锌在铜中的固溶性约为37％，而锡在铜中的固溶性约为10％。在一些现有应用中，为了生产青铜轴承表面，会将疏松青铜粉末施加到背衬条或者钢条。例如，在美国专利第2226263号中，向钢背衬条施加青铜粉末，出于一致性使得粉末平滑化，然后将粉末与条带进行烧结。然后对复合条进行冷轧，以降低层厚度。然后将经轧制的条带再加热至烧结温度，并再次轧制。作为另一个例子，在美国专利第6854183号中(具体来说，第3栏第30-50行)，将疏松青铜粉末施加到背衬，并加热、烧结、轧制，然后再次烧结，以改善轴承表面的密度。因此，生产青铜层的常规方法会是耗时的，需要多个步骤，并且需要小心
地将粉末金属施加到表面。存在对制造黄铜和青铜表面进行改善的需求。
技术实现思路
本文揭示了生产复合材料的改善方法，所述复合材料具有黄铜或青铜部分以及支撑或背衬部分。作为将疏松粉末材料在表面上压紧、烧结、轧制并进行重复的现有技术方法的替代，在新的方法中，将粉末金属压紧成粉末金属压制体，其在烧结过程中展现出尺度变化。为了在青铜或黄铜压制体和支撑部分之间形成干涉配合(interference fit)，压制体的尺寸调节成待邻近支撑部分进行接纳。在烧结之后，压制体展现出略微的尺度变化，其基于实际材料组成发生改变，但是通常是低个位数的百分比。通常将压制体的尺度小心地加工至支撑体，可以将压制体烧结配合到支撑部分上(也就是说，可以通过压制体在烧结过程中发生的尺度变化，使得压制体的经烧结的形式接合到支撑部分上)。可能存在与将黄铜或青铜粉末金属组件烧结配合到钢组件上相关的一些非常独特的特征。特别是相比于大多数其他粉末金属的烧结，经烧结的黄铜或青铜部件的一个显著特征在于，黄铜和青铜展现出独特的烧结响应，对于该烧结响应，黄铜或青铜在烧结过程中会展现出尺度收缩或膨胀。相反地，大多数其他粉末金属材料在有效烧结之后仅发生尺度收缩。在本专利技术中，利用了该尺度变化灵活性来提供迄今为止未曾见过的经由尺度变化的结构布置和机械接合。另一个显著特征在于，黄铜和青铜的典型烧结温度对应于许多钢及其合金的奥氏体化温度。因此，通过小心地选择支撑或背衬材料，烧结步骤可以不仅导致压制体的烧结使得压制体与支撑或背衬材料发生烧结配合，还可以导致复合组件的铁类部分(ferrous portion)的奥氏体化。紧接烧结之后，可以对复合组件进行淬火和回火，以形成马氏体。因此，烧结步骤还可以协同地为组件的铁类部分提供初始热处理步骤。根据本专利技术的一个方面，揭示了形成复合组件的方法，所述复合组件具有经烧结的铜合金粉末金属部分和铁类部分。该方法包括：对含铜粉末金属进行压制，以形成未烧结的含铜粉末金属压制体。该含铜粉末金属包含铜以及一种或多种合金化元素。然后将未烧结的含铜粉末金属压制体放置在邻近铁类部分，并烧结以形成复合组件的经烧结的铜合金粉末金属部分。前述合金化元素为经烧结的铜合金粉末金属部分提供了黄铜或青铜材料组成。在对未烧结的含
铜粉末金属压制体进行烧结以形成经烧结的铜合金粉末金属部分的步骤过程中，未烧结的含铜粉末金属压制体的尺度变化导致经烧结的铜合金粉末金属部分与铁类部分的干涉配合。通过烧结产生的该尺度变化将经烧结的铜合金粉末金属部分与铁类部分接合在一起，形成复合组件。在该方法的一些形式中，由于经烧结的铜合金粉末金属部分的材料组成(即，黄铜或青铜)，在烧结过程中，从未烧结的含铜粉末金属压制体到经烧结的铜合金粉末金属部分的尺度变化涉及尺度的增加，导致干涉配合。在烧结之后的这种尺度膨胀是较为少见的，通常来说，烧结导致尚未完全致密粉末金属压制体的致密化。但是，黄铜和青铜的烧结响应会潜在地操纵生坯密度的增加，使得会发生部分尺度的膨胀，而不是常规的尺度收缩。作为一个非限制性例子，发现压制成生坯密度为7.4g/cm3并在1555°F烧结的90Cu-10Sn元素粉末的黄铜掺杂物在约为20分钟的烧结之后展现出2％的尺度膨胀量。相反地，通过将生坯密度向下操纵(成约6.0g/cm3的生坯密度)，会在20分钟的烧结之后导致超过2％的尺度收缩。因此，该非限制性例子显示了黄铜和青铜粉末配方对于烧结的复杂烧结响应，在这种情况下，可能是尺度增加或减小。在未烧结的含铜粉末金属压制体要发生膨胀的情况下，这意味着可以通过将未烧结的含铜粉末金属压制体放入铁类部分中的开口内部，从而将未烧结的含铜粉末金属压制体与铁类部分相邻放置。然后，在烧结之后，随着未烧结的含铜粉末金属压制体烧结形成经烧结的铜合金粉末金属部分，未烧结的含铜粉末金属压制体可以发生膨胀，从而在经烧结的铜合金粉末金属部分的外周界与铁类部分的内周界之间产生干涉配合。另一方面，当进行该烧结并且如果所述部分具有大致圆柱形界面时，在烧结形成经烧结的铜合金粉末金属部分的过程中，未烧结的含铜粉末金属压制体的圆周可能增加，并且该圆周增加可以导致互锁或烧结配合。在未烧结的含铜粉末金属压制体要发生收缩的情况下，可以通过将铁类部分放入未烧结的含铜粉末金属压制体中的开口内部，从而将未烧结的含铜粉末金属压制体与铁类部分相邻放置。然后，在烧结之后，随着未烧结的含铜粉末金属压制体烧结形成经烧结的铜合金粉末金属部分，未烧结的含铜粉末金属压制体可以发生收缩，从而在经烧结的铜合金粉末金属部分的内周界与铁类部分的外周界之间产生干涉配合。同样地，另一方面，当进行该烧结并且如果所述部分具有大致圆柱形界面时，在烧结形成经烧结的铜合金粉末金属部分的过程
中，未烧结的含铜粉末金属压制体的圆周可能减小，并且该圆周减少可以导致互锁或烧结配合。本文所用术语“黄铜”和“青铜”以其通常名称的常规方式用于表示某类含铜合金。例如，在黄铜中，铜主要与作为合金化元素的锌结合。在青铜中，铜与锡、铝、硅和镍中的一种或多种结合。所列出的所述合金化元素是代表性而非排他性的；也就是说，在铜合金中也可包含少量其他合金化元素，而不必将它们排除出黄铜和青铜的类别。铁类部分可以是铁、铁合金、钢或者钢合金。可以多种方式来制造铁类部分，包括但不限于，锻造成形、浇铸和粉末冶金。也考虑其他非铁类支撑结构或背衬作为黄铜/青铜组件烧结配合到支撑结构上的潜在可加工性。预期形成的复合组件可用于生产轴承、轴承组件、轴衬等。因而，复合组件可表征为轴承，以及经烧结的铜合金粉末金属部分可包括轴承表面(即，其上放置了另一个组件的表面)。由于轴承通常是环状的，考虑经烧结的铜合金粉末金属部分和铁类部分可以都是环形的。绕着钢或钢合金或者在钢或钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成复合组件的方法，所述复合组件具有经烧结的铜合金粉末金属部分和铁类部分，所述方法包括：对含铜粉末金属进行压制，以形成未烧结的含铜粉末金属压制体，所述含铜粉末金属包含铜以及至少一种合金化元素；将所述未烧结的含铜粉末金属压制体与所述铁类部分相邻放置；以及对所述未烧结的含铜粉末金属压制体进行烧结以形成所述经烧结的铜合金粉末金属部分，其中，所述含铜粉末金属的所述至少一种合金化元素为所述经烧结的铜合金粉末金属部分提供了如下材料组成，所述材料组成选自黄铜和青铜；从而在对所述未烧结的含铜粉末金属压制体进行烧结以形成所述经烧结的铜合金粉末金属部分的过程中，在所述未烧结的含铜粉末金属压制体中的尺度变化导致所述经烧结的铜合金粉末金属部分与所述铁类部分的干涉配合，从而将所述经烧结的铜合金粉末金属部分与所述铁类部分接合在一起，以形成所述复合组件。

【技术特征摘要】
2015.03.06 US 61/129,1441.一种形成复合组件的方法，所述复合组件具有经烧结的铜合金粉末金属部分和铁类部分，所述方法包括：对含铜粉末金属进行压制，以形成未烧结的含铜粉末金属压制体，所述含铜粉末金属包含铜以及至少一种合金化元素；将所述未烧结的含铜粉末金属压制体与所述铁类部分相邻放置；以及对所述未烧结的含铜粉末金属压制体进行烧结以形成所述经烧结的铜合金粉末金属部分，其中，所述含铜粉末金属的所述至少一种合金化元素为所述经烧结的铜合金粉末金属部分提供了如下材料组成，所述材料组成选自黄铜和青铜；从而在对所述未烧结的含铜粉末金属压制体进行烧结以形成所述经烧结的铜合金粉末金属部分的过程中，在所述未烧结的含铜粉末金属压制体中的尺度变化导致所述经烧结的铜合金粉末金属部分与所述铁类部分的干涉配合，从而将所述经烧结的铜合金粉末金属部分与所述铁类部分接合在一起，以形成所述复合组件。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由于所述经烧结的铜合金粉末金属部分的材料组成，在烧结过程中，从所述未烧结的含铜粉末金属压制体到所述经烧结的铜合金粉末金属部分的尺度变化涉及尺度的增加，从而导致所述干涉配合。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述未烧结的含铜粉末金属压制体与所述铁类部分相邻放置包括将所述未烧结的含铜粉末金属压制体放在所述铁类部分中的开口的内部。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在烧结之后，随着所述未烧结的含铜粉末金属压制体烧结形成所述经烧结的铜合金粉末金属部分，所述未烧结的含铜粉末金属压制体发生膨胀，从而在所述经烧结的铜合金粉末金属部分的外周界与所述铁类部分的内周界之间产生所述干涉配合。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在烧结形成所述经烧结的铜合金粉末金属部分的过程中，所述未烧结的含铜粉末金属压制体的圆周增加。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述未烧结的含铜粉末金属压制体与所述铁类部分相邻放置包括将所述铁类部分放在所述未烧结的含铜粉末金属压制体中的开口的内部。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在烧结之后，随着所述未烧结的含铜粉末金属压制体烧结形成所述经烧结的铜合金粉末金属部分，所述未烧结的含铜粉末金属压制体发生收缩，从而在所述经烧结的铜合金粉末金属部分的内周界与所述铁类部分的外周界之间产生所述干涉配合。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在烧结形成所述经烧结的铜合金粉末金属部分的过程中，所述未烧结的含铜粉末金属压制体的圆周减小。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一种合金化元素包括锌，并且所述经烧结的铜合金粉末金属部分的材料组成是黄铜。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一种合金化元素选自：锡、铝、硅和镍，并且所述经烧结的铜合...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·C·泰勒，I·W·唐纳尔德森，
申请(专利权)人：GKN烧结金属有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US