一种粉末冶金零件的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种粉末冶金零件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：材料成分设计、压制、烧结、退火、超声波端面致密化及热处理。该粉末冶金零件的制备方法实现了对轴向表面的致密化处理，与传统粉末冶金工艺相比，产品的密度更高，局部密度可以超过7.60g/cm

【技术实现步骤摘要】
一种粉末冶金零件的制备方法
本专利技术属于粉末冶金领域，具体涉及一种粉末冶金零件的制备方法。
技术介绍
粉末冶金是制造金属粉末和以金属粉末(包括混入非金属粉末)为原料，以成形和烧结的基本方法制造材料或制品的技术学科。广义上讲，它还包括以氧化物、氮化物、碳化物等非金属化合物粉末为原料的，以成形—烧结方法制造材料或制品的技术。粉末冶金工艺是将原料粉末加入一定模腔后加压成形，再经一定条件下烧结，或在特定的模具中烧结以得到制品的技术过程。随着工业发展，粉末冶金是一项能制造形状复杂零件的技术，可以节省原材料、节能、省工，适合于大批量生产。粉末冶金是生产高强度和形状复杂零件的有效工艺。目前铁基零件，通过使用高压缩性的粉末、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。对于超过7.6g/cm3的零件，目前的主要制造技术包括注射成型，粉末锻造。而复压复烧技术的密度水平大致在7.4～7.6g/cm3之间。此外，还有表面致密化技术，使齿形零件通过横向轧制(滚压)实现齿轮表面的局部致密化。粉末冶金零件由于孔隙的存在，表面接触疲劳强度往往较铸轧钢加工的差。通过表面致密化处理，齿部接触的表面几乎达到全致密。通过表面致密化可以进一步提高齿轮的尺寸精度。表面致密化深度超过0.7mm，可以大幅度提高齿轮的表面接触疲劳强度。除此之外，齿轮的表面粗糙度达到“镜面”的标准，结果齿轮运行时噪音更低。这种表面无孔的齿轮经过合适的热处理之后，其弯曲疲劳强度和接触疲劳强度完全达到8620渗碳钢的水平。制造上述斜齿轮的工序如下：成型(高密度)、烧结(控制冷却速度)、机加工、表面致密化、热处理(控制热处理变形)。表面致密化的优势如下：齿部无孔隙；良好的表面；增加耐磨性；降低噪音；改善耐腐蚀性；齿轮尺寸精度高；改善了零件的疲劳特性。但是表面致密化技术仅适用于外齿轮等少数零件，应用范围较为有限。此外，对于碳含量超过0.3％以上的零件，由于硬度较高，表面滚压(致密化)较为困难，表面密度难以提升。上述的技术均存在一定的局限性。一次成型烧结由于润滑剂和石墨等轻质原料的影响，密度难以提高。对于注射成型工艺，仅适用于形状复杂的零件，而对于形状简单且尺寸较大的零件性价比太差。粉末锻造的精度较低，模具损耗较大。对于复压复烧工艺，产品密度在7.4～7.6g/cm3之间。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。如本申请人的在先申请的中国专利技术专利《粉末冶金齿轮、链轮的制备方法》，其专利号为ZL201410156417.7(授权公告号为CN105014077B)公开了一种粉末冶金齿轮、链轮的制备方法，提出了通过模具优化，改变直径方向的尺寸来实现齿部或其他部位的致密化方法。但是上述制备方法主要针对径向强度要求较高的部位，不能实现轴向(端面)的表面致密化。因此，需要对现有的粉末冶金零件的制备方法作进一步的改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，提供一种实现轴向方向的表面致密化以达到提高硬度目的的粉末冶金零件的制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种粉末冶金零件的制备方法，其特征在于，依次包括有以下步骤：1)材料成分设计：将碳、铁、铬、钼、铜、镍按以下质量百分比混合成混分粉，其成分按照以下质量百分比为：碳：0.1～1.5％，铜：0～4％，镍：0～5％，钼：0～2％，铬：0.0～6％，不超过2％的不可避免的杂质，润滑剂0.1～1％，铁：余量；2)压制：将步骤1)中的混合粉压制成密度为6.6～7.4g/cm3的粉末冶金零件生坯，压制压力大于400MPa；3)烧结：将步骤2)的生坯在温度1000℃～1350℃中进行烧结；4)超声波端面致密化：对零件的轴向的端面进行超声波冲击致密化处理，用于冲击的丸粒的平均直径为0.2～15mm，冲击时间为1～500s；5)热处理：将步骤4)致密化的零件进行热处理。优选地，在步骤1)中，铬、钼、铜、镍以铁合金或母合金形式加入，碳以石墨形式加入，然后加入质量百分比含量为0.1～1％的润滑剂。为了将冲击后凹凸不平的表面加工到一定的平面度，在步骤4)和步骤5)之间对致密化区域进行机械加工。在步骤3)和步骤4)之间对烧结件置于非氧化气氛中进行退火。其中，对于碳含量低于0.5％且钼、铬等合金含量低于2％的粉末冶金零件以及对于致密化深度要求不高的粉末冶金零件，无需在步骤3)和步骤4)之间进行退火处理。优选地，在步骤4)中，所述丸粒采用圆钢丝切丸、轴承钢丸及钨碳丸中的一种。为了改善致密化表面的粗糙度，在步骤4)中，首先采用直径为d1的丸粒进行致密化处理，然后采用直径为d2的丸粒进行致密化处理，其中，d1＞d2。优选地，在步骤4)中，退火温度为750～1080℃，退火保温时间为5～200min，在退火后在退火温度至300℃之间以冷却速度小于1.5℃/S进行冷却。上述退火温度大于所设计的材料的奥氏体温度。由于退火后材料的屈服强度降低，有利于塑性变形，有利于致密化过程。因此，退火冷却速度过快，会使得屈服强度过高，不利于塑性变形，不利于致密化；而退火冷却速度过慢则退火时间较长，不利于批量生产，因此，将冷却速度保持在小于1.5℃/S进行。优选地，在步骤3)中，烧结的时间为5～180min，烧结气氛为真空或采用氮气和氢气的混合气体，其中，氮气：氢气的体积比为1％～75％。具体地，在步骤6)中，淬火温度为750～1250℃，保温时间为30～45min，回火温度为150～600℃，保温时间为5～200min。上述淬火温度可以保证材料和零件充分奥氏体化，晶粒细小，不出现过热或过烧的组织。而保温时间过短如小于5min，则会出现奥氏体化不充分，温度不均匀；保温时间过长如大于200min，则会出现晶粒粗大和效率较低的问题；回火温度过低，如低于150℃，则会出现回火不充分，且零件脆性增加的问题；回火温度过高，如高于600℃，零件的马氏体组织分解，硬度下降以及强度下降等问题；回火保温时间过低，则可能出现回火不充分的问题，脆性增加，过长则效率降低。优选地，在烧结后碳含量大于0.4％的零件热处理后的硬化层深度为0.2～5mm。由于硬化层深度过浅，支撑不足，强度较低；深度过深则材料的脆性增加，没有实现强度与韧性的完美匹配，因此，采用上述的硬化层深度有利于保证零件有足够的支撑，材料强度较高，同时还具有较高的冲击韧性。具体地，所述零件为铁基零件、铝基零件、钛基零件、铜基零件、镍基零件及钴基零件中的一种。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：该粉末冶金零件的制备方法实现了对轴向表面的致密化处理，与传统粉末冶金工艺相比，产品的密度更高，局部密度可以超过7.60g/cm3，接近粉末锻造的水平，而表面相对密度可以达到99％以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉末冶金零件的制备方法，其特征在于，依次包括有以下步骤：/n1)材料成分设计：将碳、铁、铬、钼、铜及镍，按以下质量百分比混合成混分粉，其成分按照以下质量百分比为：碳：0.1～1.5％，铜：0～4％，镍：0～5％，钼：0～2％，铬：0.0～6％，不超过2％的不可避免的杂质，润滑剂0.1～1％，铁：余量；/n2)压制：将步骤1)中的混合粉压制成密度为6.6～7.4g/cm

【技术特征摘要】
1.一种粉末冶金零件的制备方法，其特征在于，依次包括有以下步骤：
1)材料成分设计：将碳、铁、铬、钼、铜及镍，按以下质量百分比混合成混分粉，其成分按照以下质量百分比为：碳：0.1～1.5％，铜：0～4％，镍：0～5％，钼：0～2％，铬：0.0～6％，不超过2％的不可避免的杂质，润滑剂0.1～1％，铁：余量；
2)压制：将步骤1)中的混合粉压制成密度为6.6～7.4g/cm3的粉末冶金零件生坯，压制压力大于400MPa；
3)烧结：将步骤2)的生坯在温度1000℃～1350℃中进行烧结；
4)超声波端面致密化：对零件的轴向的端面进行超声波冲击致密化处理，用于冲击的丸粒的平均直径为0.2～15mm，冲击时间为1～500s；
5)热处理：将步骤4)致密化的零件进行热处理。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，铬、钼、铜、镍以铁合金或母合金形式加入，碳以石墨形式加入，然后加入质量百分比含量为0.1～1％的润滑剂。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤3)和步骤4)之间对烧结件置于非氧化气氛中进行退火。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤4)中，所述丸...

【专利技术属性】
技术研发人员：包崇玺，王佳峰，曹红斌，
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