一种铁基粉末冶金零件的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种铁基粉末冶金零件的制造方法，其特征在于包括以下步骤：(a)设计材料组成：(b)混料；(c)成型；(d)预烧结；(e)氧化处理：将所述预烧结件进行氧化处理，在表面形成厚度为1～50微米的氧化层；(f)烧结；(g)加工；(h)渗碳；(i)淬火和回火。采用氧化处理阶段在零件表面形成氧化层，在烧结时氧化层中的氧与产品表面层中的碳发生化学反应，其产物以气体形式进入烧结气氛中，使得零件表层为一定厚度的脱碳层，以达到脱碳的目的，从而使得其表层硬度较低便于后续的加工处理。

A Manufacturing Method of Iron-based Powder Metallurgy Parts

The invention relates to a manufacturing method of iron-based powder metallurgical parts, which is characterized by the following steps: (a) designing material composition: (b) mixing; (c) forming; (d) pre-sintering; (e) oxidation treatment: oxidizing the pre-sintered parts to form an oxide layer with a thickness of 1-50 microns on the surface; (f) sintering; (g) processing; (h) carburizing; (i) quenching and tempering. The oxidation layer is formed on the surface of the parts during the oxidation treatment stage. During sintering, the oxygen in the oxide layer reacts with the carbon in the product surface layer. The product enters the sintering atmosphere in the form of gas, which makes the surface layer of the parts become a decarbonized layer with a certain thickness, so as to achieve the purpose of decarbonization, so that the hardness of the surface layer is low and easy for subsequent processing.

【技术实现步骤摘要】
一种铁基粉末冶金零件的制造方法
本专利技术涉及粉末冶金领域，尤其涉及一种铁基粉末冶金零件的制造方法。
技术介绍
粉末冶金是生产高强度和形状复杂的齿轮有效的工艺。目前，通过使用高性能的粉末、成型、烧结和特殊的后加工，粉末冶金工艺已经可以生产出密度超过7.4g/cm3的零件。复压复烧技术可以大幅提升产品的密度。采用普通的雾化铁粉经成形和烧结，铁基粉末冶金零件的密度只能达到7.1g/cm3左右。要想进一步提高粉末冶金零件的密度，可以采用成形-预烧结-复压-二次烧结的复压复烧工艺。预烧结有两个作用。其一，对成形时已经加工硬化的粉末进行退火，降低铁粉颗粒的屈服强度，利于二次压制时提高密度。其二，脱出产品中的有机润滑剂。有机润滑剂由于密度较低，在产品中占据较大的空间，成形时这些润滑剂难以压缩，密度的提高受到限制。而预烧时95％以上的润滑剂都能够脱出，复压时润滑剂占据的位置就可以压缩，利于提高密度。碳是铁基粉末冶金材料的重要合金元素。一般的零件都不可避免地含有0.3％以上的碳。在铁基粉末冶金中，碳基本以石墨的形态在混料时加入。由铁粉与石墨粉的混合粉制成的结构零件，其材料的强度同样随着含碳量增加而增高。由铁粉与石墨粉的混合粉成形的压坯，在烧结时，石墨中的碳扩散到铁中，形成奥氏体(碳在高温形态铁中的固溶体)压坯烧结后冷却到室温时，奥氏体发生相变，化合碳含量为0.80％时，形成珠光体(铁素体与渗碳体的共晶混合物)；化合碳含量低于0.80％(即亚共析钢)时，形成铁素体与珠光体的混合物；化合碳含量高于0.80％(即过共析钢)时，形成珠光体与渗碳体的混合物。为了避免或减缓碳的扩散，保留更多的铁素体，一般预烧结温度通常为780～850℃左右，随着预烧结温度的提升，碳的扩散增加，珠光体等组织比例显著增加。随着珠光体含量增加，复压的压力增加，同时模具损耗也增加。但是，由于预烧结温度太低，预烧结坯的强度不高，而现在产品的要求越来越高，需要较高的密度和表面致密度，例如密度要求大于等7.4g/cm3。对于高碳的铁基粉末冶金零件来说，由于碳含量较高使得成形生坯的密度较低，因此要达到如此高要求的密度和表面致密度，需要预烧坯进行较大变形量的加工包括复压、滚压等。但由于预烧结坯的强度不高，在这些机械加工过程中极易发生齿部脱落、零件开裂等问题，难以达到所需的密度和表面致密度。为了解决这个问题中国专利201310353629.X提出了一种方法，将石墨粉表面采用电镀处理，在1083摄氏度以下预烧结，通过电镀的铜层阻止碳的扩散，使得预烧坯的强度较大且硬度较低，便于进行表面致密化，然后在1083摄氏度以上进行高温烧结，使碳扩散到基体中，得到满足所需强度、硬度以及表面致密度等要求的成品。但是，该种方法需要使用镀铜石墨粉，对于石墨粉的处理步骤较为繁琐，且成本较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种成本较低，且预烧结件表面硬度较低，便于后续加工处理的铁基粉末冶金零件的制造方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种铁基粉末冶金零件的制造方法，其特征在于包括以下步骤：(a)设计材料组成：除铁外，还包括质量分数为0.2～1.5％的碳元素、根据需要添加的合金元素以及润滑剂；(b)混料：石墨粉、铁粉或/和合金元素以及润滑剂粉末均匀混合，获得混合粉末；(c)成型：将设计好的模具安装到粉末冶金成型压机上，并将上述混合粉末进行压制，得到生坯；(d)预烧结：将成型的所述生坯在非氧化性气氛中进行预烧结，预烧结温度600℃～1050℃，预烧结时间10～300分钟，得到预烧结件；(e)氧化处理：将所述预烧结件进行氧化处理，在表面形成厚度为1～50微米的氧化层；(f)烧结:在非氧化性气氛中进行二次烧结，烧结温度1050～1350℃，烧结时间10～200分钟，得到烧结件；(g)加工：根据要求进行机械加工，，并根据要求进行提高烧结件密度或/和表面致密度的加工；(h)渗碳：根据要求，在碳势0.3～2.0％的渗碳气氛中进行渗碳，渗碳温度700～1200℃，渗碳时间5～400分钟，将已渗碳的零件降至淬火温度；(i)淬火和回火：将渗碳的零件进行淬火和回火，达到所需的力学性能。优选的，所述步骤(e)的所述氧化处理为蒸汽处理，蒸汽处理温度350～700摄氏度，时间20～300分钟。该种氧化处理方式效果良好且操作方便。也可以优选的，所述步骤(e)的所述氧化处理为将所述预烧结件置于含有0.5～100vol％氧气的气氛中处理，处理温度200～600摄氏度，时间20～300分钟。该种氧化处理方式效果良好且操作方便。进一步，所述步骤(d)与步骤(e)合并为一起，即在所述步骤(d)的冷却阶段零件温度在400到600摄氏度之间时，通入10～100vol％水蒸汽进行蒸汽处理。该种方法简化工艺，更能提高生产效率，减少能耗。进一步，所述步骤(d)与步骤(e)合并为一起，即在步骤(d)的预烧结时使用的所述非氧化性气氛中通入0.5～50vol％的空气或氧气。该种方法简化工艺，更能提高生产效率，减少能耗。进一步，所述步骤(d)、(e)、(f)合并为一起，使用连续烧结炉，在预烧结区，进行步骤(d)且在所述非氧化性气氛中维持0.1～10vol％的氧气含量或0.5～20vol％的水蒸汽含量同时进行步骤(e)，随后，将零件运送到烧结区，进行步骤(f)。该种方法简化工艺，更能提高生产效率，减少能耗。优选的，所述步骤(d)预烧结温度750℃～1000℃，预烧结时间20～120分钟。选择该范围效果更好。优选的，所述提高烧结件密度或/和表面致密度的加工选用挤压成形、整形、复压、表面滚压、横向轧制中的至少一种。根据需要选用所需的加工方式。进一步。所述合金元素为Ni，Cu，Mn，Cr，Mo中的至少一种。根据需要选用所需的合金元素改善性能。进一步，所述步骤(i)之后进行喷丸处理。喷丸处理提升零件的抗疲劳性能。优选的，所述步骤(d)和步骤(f)的所述非氧化性气氛为氮基气氛或真空。进一步优选，所述非氧化性气氛为含氢5vol％的氮氢气氛。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：采用氧化处理在零件表面形成氧化层，在烧结时氧化层中的氧与产品表面层中的碳发生化学反应，其产物以气体形式进入烧结气氛中，使得零件表层为一定厚度的脱碳层，以达到脱碳的目的，从而使得其表层硬度较低而强度较高，便于后续加工处理：烧结后可以进行机械加工，以及提高烧结件密度或/和表面致密度的加工例如挤压成形、整形、表面滚压等受较大应力的加工处理，防止零件表面破裂、齿部脱落等问题，又对刀具、模具磨损较小，降低成本。附图说明图1为实施例1预烧结后的金相组织；图2为实施例1氧化处理后的金相组织；图3为实施例1表面致密化后齿部的金相组织；图4为实施例1表面致密化后齿根部的金相组织；图5为实施例1表面致密化后齿部的孔隙；图6为实施例1回火后齿部组织。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。下述实施例的材料组成可以根据需要选用Ni，Cu，Mn，Cr，Mo等合金元素；下述实施例的烧结或预烧结可以选用网带炉、推杆炉、钟罩炉或真空炉等。实施例一:准备好原料，其配比为(质量百分比)：雾化铁粉为96.8％；碳为0.70％，铜粉为2％，以及含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁基粉末冶金零件的制造方法，其特征在于包括以下步骤：(a)设计材料组成：除铁外，还包括质量分数为0.2～1.5％的碳元素、根据需要添加的合金元素以及润滑剂；(b)混料：石墨粉、铁粉或/和合金元素以及润滑剂粉末均匀混合，获得混合粉末；(c)成型：将设计好的模具安装到粉末冶金成型压机上，并将上述混合粉末进行压制，得到生坯；(d)预烧结：将成型的所述生坯在非氧化性气氛中进行预烧结，预烧结温度600℃～1050℃，预烧结时间10～300分钟，得到预烧结件；(e)氧化处理：将所述预烧结件进行氧化处理，在表面形成厚度为1～50微米的氧化层；(f)烧结:在非氧化性气氛中进行二次烧结，烧结温度1050～1350℃，烧结时间10～200分钟，得到烧结件；(g)加工：根据要求进行机械加工，并根据要求进行提高烧结件密度或/和表面致密度的加工；(h)渗碳：根据要求，在碳势0.3～2.0％的渗碳气氛中进行渗碳，渗碳温度700～1200℃，渗碳时间5～400分钟，将已渗碳的零件降至淬火温度；(i)淬火和回火：将渗碳的零件进行淬火和回火，达到所需的力学性能。

【技术特征摘要】
1.一种铁基粉末冶金零件的制造方法，其特征在于包括以下步骤：(a)设计材料组成：除铁外，还包括质量分数为0.2～1.5％的碳元素、根据需要添加的合金元素以及润滑剂；(b)混料：石墨粉、铁粉或/和合金元素以及润滑剂粉末均匀混合，获得混合粉末；(c)成型：将设计好的模具安装到粉末冶金成型压机上，并将上述混合粉末进行压制，得到生坯；(d)预烧结：将成型的所述生坯在非氧化性气氛中进行预烧结，预烧结温度600℃～1050℃，预烧结时间10～300分钟，得到预烧结件；(e)氧化处理：将所述预烧结件进行氧化处理，在表面形成厚度为1～50微米的氧化层；(f)烧结:在非氧化性气氛中进行二次烧结，烧结温度1050～1350℃，烧结时间10～200分钟，得到烧结件；(g)加工：根据要求进行机械加工，并根据要求进行提高烧结件密度或/和表面致密度的加工；(h)渗碳：根据要求，在碳势0.3～2.0％的渗碳气氛中进行渗碳，渗碳温度700～1200℃，渗碳时间5～400分钟，将已渗碳的零件降至淬火温度；(i)淬火和回火：将渗碳的零件进行淬火和回火，达到所需的力学性能。2.根据权利要求1所述的铁基粉末冶金零件的制造方法，其特征在于：所述步骤(e)的所述氧化处理为蒸汽处理，蒸汽处理温度350～700摄氏度，时间20～300分钟。3.根据权利要求1所述的铁基粉末冶金零件的制造方法，其特征在于：所述步骤(e)的所述氧化处理为将所述预烧结件置于含有0.5～100vol％氧气的气氛中处理，处理温度200～600摄氏度，时间20～300分钟。4.根据权利要求1所述的铁基粉末冶金零件的制造方法，其特征在于：所述步骤(d)与步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：包崇玺，朱承旭，王劲松，
申请(专利权)人：东睦新材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33