CN101579738A

CN101579738A - 一种制备高密度粉末冶金铁基零件的两次压制成形方法

Info

Publication number: CN101579738A
Application number: CNA2009100876503A
Authority: CN
Inventors: 曲选辉; 尹海清; 王建忠
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2009-11-18

Abstract

一种制备高密度粉末冶金铁基零件的两次压制成形方法，属于粉末冶金技术领域。采用水雾化铁粉、铜粉、镍粉、钼粉和石墨为原料，在星心式滚筒机上进行混炼，得到均匀的铁基粉末混合物；然后采用模壁润滑技术将硬脂酸锌均匀涂敷在模具及上模冲表面，接着采用两次压制法制备铁基零件；在总压制能量一定的情况下，第一次压制能量为总压制能量的10～30％，第二次压制能量为总压制能量的70～90％。经过1120～1250℃于氮气保护气氛下烧结1～3h获得具有高密度的铁基零件。本发明能够制备高密度的铁基零件，具有材料利用率高、产品精度高、环境污染小、生产效率高、成本低等优点。

Description

一种制备高密度粉末冶金铁基零件的两次压制成形方法

技术领域：

本发明属于粉末冶金技术领域，特别提供了一种采用高速压制技术两次压制制备高密度粉末冶金铁基零件的方法。

背景技术

粉末冶金是一项集材料制备与零件成形于一体，节能、节材、高效、近净(终)成形、无(少)污染的先进制造技术，在材料和零件制造业中具有不可替代的地位和作用，是提高材料性能和发展新材料的重要手段。粉末冶金材料是基体和孔隙的复合体，而孔隙是其固有特性，孔隙的存在降低了有效承载面积，增加了应力集中的可能性，它能引起裂纹，降低韧性和疲劳强度。因此，要扩大粉末冶金零件的应用范围，必须实现制品的高致密化。对铁基粉末冶金零件而言，密度达到7.2g/cm³后，其硬度、抗拉强度、疲劳强度、韧性等都会随密度的增加而呈几何级数增大。发展高密度、高强度和高精度粉末冶金制品是粉末冶金工业的发展方向和研究重点，提高产品致密化程度将大大促进其性能的改进。

目前，提高粉末冶金制品密度的方法主要有温压技术(WC)、复压复烧技术(P2S2)、动力磁性压制技术(DMC)、粉末锻造技术(P/F)、***压制技术(EC)、快速全向压制技术(ROC)等。温压技术的关键在于使用一种特殊的润滑剂，而润滑剂的加入降低了烧结密度，同时削弱了制品的机械性能，且易造成环境污染；复压复烧技术已经进行了大量研究，但由于成本较高而使其应用受到限制；目前动力磁性压制技术的研究主要集中在美国和日本，其他国家鲜有报道，而且相关设备和理论极不完善，从而限制了其在工业上的推广应用。国内有关磁场在粉末冶金中应用的研究起步相对较晚，仅在磁性材料制备、磁场烧结中有初步研究，至于动磁压制技术的研究迄今尚未见报道；粉末锻造技术由于在高温下进行，所以其表面光洁度较差且模具费用较高。同时，由于加热的多孔性压坯变形时会发生断裂，因而锻造零件的应用也受到一些限制；***压制技术由于不够安全，可控性差、生产效率低，会对环境造成污染等使其应用受到限制；快速全向压制技术由于生产效率低、成本高且零件大小受压机大小控制等缺点而没有得到工业化应用。

2001年在美国金属粉末联合会上，瑞典AB公司的Skoglund Paul提出了高速压制技术(High Velocity Compaction，简称HVC)，它与传统压制技术在生产工艺上有许多相似性，如充填模具、压制及制品脱模，但是该技术较传统压制具有以下优点：①高的压坯密度，且密度分布均匀；②低径向弹性后效、低脱模力；③综合性能优异；④高生产率、经济地成形大零件。就制备高密度粉末冶金制品而言，该技术由于具有良好的性价比而备受关注。

目前，国外对该技术的研究处于起步阶段，主要集中于采用单次压制研究铁粉、不锈钢粉、铁基零件的制备。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备高密度粉末冶金铁基零件的方法，提高材料利用率和产品精度、减少环境污染、降低生产成本。

一种制备高密度粉末冶金铁基零件的两次压制成形方法，采用高速压制-模壁润滑技术，其特征在于：采用水雾化铁粉、铜粉、镍粉、钼粉和石墨为原料，

水雾化铁粉的粒径为20～200μm、含量为95.2～96wt％，铜粉含量为1.2～1.5wt％，镍粉含量为1.8～2.0wt％，钼粉含量为0.2～0.5wt％，石墨含量为0.5～0.8wt％。首先将所述水雾化铁粉、铜粉、镍粉、钼粉和石墨在星心式滚筒机上进行混炼，得到均匀的铁基粉末混合物；然后采用模壁润滑技术将硬脂酸锌均匀涂敷在模具及上模冲表面，接着采用两次压制法制备铁基零件；在总压制能量一定的情况下，第一次压制能量为总压制能量的10～30％，第二次压制能量为总压制能量的70～90％。所制备的铁基压坯在氮气保护气氛下于1120～1250℃烧结1～3h，从而获得高密度的铁基零件。

工艺流程中要根据铁基零件的实际服役条件来选择不同的总压制能量进行能量分配。因为总压制能量、能量分配对铁基零件的密度都有重要影响，最终将直接影响铁基零件的性能和寿命。

本发明的优点是能够制备密度为7.50～7.62g/cm³的铁基零件，这是传统压制烧结工艺很难达到的。对铁基粉末冶金零件而言，密度达到7.2g/cm³后，其硬度、抗拉强度、疲劳强度、韧性等都会随密度的增加而呈几何级数增大。该技术是一种近净成形技术，材料利用率高、产品精度高、环境污染小、生产效率高、成本低。此外，该技术使得在小型高速冲击成形压机上制备较大的粉末冶金铁基零件成为可能。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图

图2为单次压制法制备的铁基零件烧结密度

图3为两次压制法制备的铁基零件烧结密度

具体实施方式

实施例1：第一次压制能量为总压制能量的10％

采用粒度为20～200μm的水雾化铁粉与0.8％石墨粉、2％镍粉、1.5％铜粉、0.5％钼粉在星心式滚筒机上进行混炼，得到均匀的铁基粉末混合物；随后采用模壁润滑技术将润滑剂硬脂酸锌均匀涂敷在模具及上模冲表面，在总压制能量为1590J时，以第一次压制能量为总压制能量的10％、第二次压制能量为总压制能量的90％的能量分配原则在高速冲击成形压机上对铁基粉末进行压制，得到所需形状的压坯。该压坯在氮气保护气氛下于1120～1250℃烧结1～3h，所得铁基零件的致密度为7.6～7.624g/cm³，抗拉强度为700～900MPa。

实施例2：第一次压制能量为总压制能量的15％

采用粒度为20～200μm的水雾化铁粉与0.8％石墨粉、2％镍粉、1.5％铜粉、0.5％钼粉在星心式滚筒机上进行混炼，得到均匀的铁基粉末混合物；随后采用模壁润滑技术将润滑剂硬脂酸锌均匀涂敷在模具及上模冲表面，在总压制能量为1590J时，以第一次压制能量为总压制能量的15％、第二次压制能量为总压制能量的85％的能量分配原则在高速冲击成形压机上对铁基粉末进行压制，得到所需形状的压坯。该压坯在氮气保护气氛下于1120～1250℃烧结1～3h，所得铁基零件的致密度为7.58～7.625g/cm³，抗拉强度为700～900MPa。

实施例3：第一次压制能量为总压制能量的20％

采用粒度为20～200μm的水雾化铁粉与0.8％石墨粉、2％镍粉、1.5％铜粉、0.5％钼粉在星心式滚筒机上进行混炼，得到均匀的铁基粉末混合物；随后采用模壁润滑技术将润滑剂硬脂酸锌均匀涂敷在模具及上模冲表面，在总压制能量为1590J时，以第一次压制能量为总压制能量的20％、第二次压制能量为总压制能量的80％的能量分配原则在高速冲击成形压机上对铁基粉末进行压制，得到所需形状的压坯。该压坯在氮气保护气氛下于1120～1250℃烧结1～3h，所得铁基零件的致密度为7.59～7.62g/cm³，抗拉强度为700～900MPa。

实施例4：第一次压制能量为总压制能量的25％

采用粒度为20～200μm的水雾化铁粉与0.8％石墨粉、2％镍粉、1.5％铜粉、0.5％钼粉在星心式滚筒机上进行混炼，得到均匀的铁基粉末混合物；随后采用模壁润滑技术将润滑剂硬脂酸锌均匀涂敷在模具及上模冲表面，在总压制能量为1590J时，以第一次压制能量为总压制能量的25％、第二次压制能量为总压制能量的75％的能量分配原则在高速冲击成形压机上对铁基粉末进行压制，得到所需形状的压坯。该压坯在氮气保护气氛下于1120～1250℃烧结1～3h，所得铁基零件的致密度为7.58～7.62g/cm³，抗拉强度为700～900MPa。

实施例5：第一次压制能量为总压制能量的30％

采用粒度为20～200μm的水雾化铁粉与0.8％石墨粉、2％镍粉、1.5％铜粉、0.5％钼粉在星心式滚筒机上进行混炼，得到均匀的铁基粉末混合物；随后采用模壁润滑技术将润滑剂硬脂酸锌均匀涂敷在模具及上模冲表面，在总压制能量为1590J时，以第一次压制能量为总压制能量的30％、第二次压制能量为总压制能量的70％的能量分配原则在高速冲击成形压机上对铁基粉末进行压制，得到所需形状的压坯。该压坯在氮气保护气氛下于1120～1250℃烧结1～3h，所得铁基零件的致密度为7.55～7.58g/cm³，抗拉强度为650～850MPa。

在总压制能量为1590J时，采用单次压制法制备的铁基压坯在氮气保护气氛下于1120～1250℃烧结1～3h，所得铁基零件的致密度为7.45～7.51g/cm³，抗拉强度为500～700MPa。

Claims

1、一种制备高密度粉末冶金铁基零件的两次压制成形方法，采用高速压制-模壁润滑技术，其特征在于：采用水雾化铁粉、铜粉、镍粉、钼粉和石墨为原料，水雾化铁粉的粒径为20～200μm、含量为95.2～96wt％，铜粉含量为1.2～1.5wt％，镍粉含量为1.8～2.0wt％，钼粉含量为0.2～0.5wt％，石墨含量为0.5～0.8wt％；首先将所述水雾化铁粉、铜粉、镍粉、钼粉和石墨在星心式滚筒机上进行混炼，得到均匀的铁基粉末混合物；然后采用模壁润滑技术将硬脂酸锌均匀涂敷在模具及上模冲表面，接着采用两次压制法制备铁基零件；在总压制能量一定的情况下，第一次压制能量为总压制能量的10～30％，第二次压制能量为总压制能量的70～90％。

2、根据权利要求1所述的一种制备高密度粉末冶金铁基零件的两次压制成形方法，其特征在于：制备的压坯在氮气保护气氛下于1120～1250℃烧结1～3h，得到高密度的铁基零件。