CN101905323B - 一种高密度铁基粉末材料的高速压制成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高密度铁基粉末材料的高速压制成形方法，该方法优化工艺步骤及条件如下：按质量份计水雾化铁粉末和羰基铁粉末配比范围为80∶20～90∶10备料，充分混合均匀；模具可加热或不加热，温度范围为室温～130℃；混合粉末可加热或不加热，温度范围为室温～120℃；对模具型腔内壁进行模壁润滑；将加热或不加热的混合粉末进行高速压制成形，压制速度为10～17m/s。本发明获得的铁基零件生坯密度比现有技术高速压制提高了0.26～0.34g/cm³。实现了低成本短流程生产高密度铁基零件的近净成形，工艺简单，实用性好，制备的零件能广泛地应用于机械、化工、仪器仪表、医疗器械、食品和汽车等各个行业。

Description

一种高密度铁基粉末材料的高速压制成形方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术，具体是指一种短流程低成本一次成形的高密度铁基粉末材料的高速压制成形方法。

背景技术

低成本制造高密度粉末冶金零件一直是粉末冶金领域的研究重点。为此，粉末冶金界的研究者们进行了长期不懈的努力，并涌现了如温压、流动温压、模壁润滑、动磁压制等新技术，推动了粉末冶金技术不断进步。为了追求更高密度的粉末冶金材料，并能发挥粉末冶金技术的节能、节材、高效、近净形成形的特点，粉末高速压制技术应运而生。

粉末高速压制技术是瑞典的

AB公司在2001年基于Hydro-pulsor公司生产的高速压制成形机而推介的一项新技术。基本原理是通过运动的锤头冲击上模冲，在瞬间产生强烈的应力波，在0.02s内将冲击能量传递给粉末进行致密化。该技术在铁制品生产中获得广泛应用，被认为是粉末冶金工业寻求低成本高密度材料加工技术的又一次新突破。

由于粉末高速压制技术具有高密度、高力学性能、低弹性后效、低脱模力、低成本、高效率成形大型零件等优点，世界上多个国家的研究者对粉末高速压制技术产生了极大的热情并纷纷投入到研究的行列，已取得了一些成果。易明军等于2009年6月第27卷第3期《粉末冶金技术》上发表的文章“力与应力波对高速压制压坯质量的影响”中实验部分，采用高速压制技术压制铜粉末，压制速度不高，都在10m/s以下；王建忠等于2008年第22卷第6期《材料研究学报》上发表的文章“铁粉的高速压制成形”获得了密度为7.336g/cm³的铁基零件生坯密度，虽然该密度比传统压制提高了0.2g/cm³以上，但密度仍没有达到理想效果，并且压制粉末中还混入了润滑剂，润滑剂的混入势必会降低粉末冶金材料的密度，同时在后序烧结过程中对环境会造成污染。密度对粉末冶金材料是至关重要的，密度显著影响了材料的力学性能。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加。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，为获得更高密度的铁基粉末零件，实现铁基粉末压制成形的低成本高致密化，提供一种短流程低成本一次成形的高密度铁基粉末材料的高速压制成形方法。

一种高密度铁基粉末材料的高速压制成形方法，其特征在于：采用水雾化铁粉末和羰基铁粉末均匀混合后进行高速压制成形，其步骤及其工艺条件如下：

(1)按质量份计水雾化铁粉末和羰基铁粉末配比范围为80∶20～90∶10备料，充分混合均匀；

(2)模具加热或不加热，温度范围为室温～130℃；

(3)步骤(1)制得的混合粉末加热或不加热，温度范围为室温～120℃；

(4)对模具型腔内壁进行模壁润滑；

(5)将加热或不加热的混合粉末进行高速压制成形，压制速度为10～17m/s。

所述水雾化铁粉末优选粒度＜147μm，羰基铁粉末优选粒度为2～8μm。

所述模具加热温度优选为110～130℃；混合粉末加热温度优选为100～120℃。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、与传统粉末冶金法生产的铁基零件相比，生坯密度比传统压制提高了0.61～0.68g/cm³，比传统高速压制获得的铁基零件提高了0.26～0.34g/cm³，达到理论密度的98％以上，这种高密度通常要采用成本较高的复压复烧或粉末锻造才能达到。

2、本发明采用国产水雾化铁粉末和羰基铁粉末，成本低，粉末的成形性和压缩性好，无需依赖国外昂贵的专利粉末。

3、本发明实现了低成本短流程生产高密度铁基零件的近净成形，工艺简单，实用性好，能推动该技术在粉末冶金领域的快速发展；本发明制备的接近全致密的铁基零件能广泛地应用于机械、化工、仪器仪表、医疗器械、食品和汽车等各个行业。

4、本发明中所述的混合粉末没有加入润滑剂，对环境无污染。

5、本发明模具加热温度可以为室温，混合粉末加热温度也可以为室温，在保证铁基粉末材料高致密化的前提下，有效节能减排，从而降低了压制成形成本。

具体实施方式

下面结合实施例进一步详细描述本发明，但本发明实施方式不限于此。

实施例1

一种高密度铁基粉末材料的高速压制成形方法可以采用市售的任意品牌及规格的水雾化铁粉末和羰基铁粉末，优选水雾化铁粉末粒度＜147μm，羰基铁粉末粒度为2～8μm。高速压制成形步骤及其工艺条件如下：

(1)按质量份计水雾化铁粉末和羰基铁粉末配比范围为90∶10备料，在V型混料机中混合90min至混合均匀；

(2)步骤(1)制得的混合粉末和模具均不加热，即高速压制成形在室温下进行；

(3)对模具型腔内壁进行模壁润滑，模壁润滑剂用HW无水乙醇悬浮液；

(4)对混合粉末进行高速压制成形，压制速度为17m/s；

所获得铁基零件生坯密度为7.62g/cm³，比王建忠等于2008年第22卷第6期《材料研究学报》上发表的文章“铁粉的高速压制成形”获得铁基零件生坯密度7.336g/cm³高0.284g/cm³。

实施例2

一种高密度铁基粉末材料的高速压制成形方法可以采用市售的任意品牌及规格的水雾化铁粉末和羰基铁粉末，优选水雾化铁粉末粒度＜147μm，羰基铁粉末粒度为2～8μm。高速压制成形步骤及其工艺条件如下：

(1)按质量份计水雾化铁粉末和羰基铁粉末配比范围为90∶10备料，在V型混料机中混合90min至混合均匀；

(2)将模具加热到110～130℃；

(3)将混合粉末加热到100～120℃；

(4)对模具型腔内壁进行模壁润滑，模壁润滑剂用HW无水乙醇悬浮液；

(5)将加热后的混合粉末进行高速压制成形，压制速度为17m/s。

所获得铁基零件生坯密度比实施例1中所述王建忠获得铁基零件生坯密度7.336g/cm³高0.294～0.344g/cm³。

表1不同压制温度下的铁基零件的生坯密度：

注：A表示粉末加热温度(℃)，B表示铁基零件生坯密度(g/cm³)，C表示模具加热温度(℃)。

实施例3

一种高密度铁基粉末材料的高速压制成形方法可以采用市售的任意品牌及规格的水雾化铁粉末和羰基铁粉末，优选水雾化铁粉末粒度＜147μm，羰基铁粉末粒度为2～8μm。高速压制成形步骤及其工艺条件如下：

(1)按质量份计水雾化铁粉末和羰基铁粉末配比范围为80∶20备料，在V型混料机中混合90min至混合均匀；

(2)将模具加热到110～130℃；

(3)将混合粉末加热到100～120℃；

(4)对模具型腔内壁进行模壁润滑，模壁润滑剂用HW无水乙醇悬浮液；

(5)将加热后的混合粉末进行高速压制成形，压制速度为10m/s。

所得铁基零件比实施例1中所述王建忠获得铁基零件生坯密度7.336g/cm³高0.264～0.294g/cm³。

表2不同压制温度下的铁基零件的生坯密度：

注：A表示粉末加热温度(℃)，B表示铁基零件生坯密度(g/cm3)，C表示模具加热温度(℃)。

Claims (3)

1.一种高密度铁基粉末材料的高速压制成形方法，其特征在于：采用水雾化铁粉末和羰基铁粉末均匀混合后进行高速压制成形，其步骤及其工艺条件如下：

(1)按质量份计水雾化铁粉末和羰基铁粉末配比范围为80∶20～90∶10备料，充分混合均匀；

(2)模具加热或不加热，温度范围为室温～130℃；

(3)步骤(1)制得的混合粉末加热或不加热，温度范围为室温～120℃；

(4)对模具型腔内壁进行模壁润滑；

(5)将加热或不加热的混合粉末进行高速压制成形，压制速度为10～17m/s。

2.根据权利要求1所述一种高密度铁基粉末材料的高速压制成形方法，其特征在于：所述水雾化铁粉末粒度＜147μm，羰基铁粉末粒度为2～8μm。

3.根据权利要求1所述一种高密度铁基粉末材料的高速压制成形方法，其特征在于：所述模具加热温度为110～130℃；混合粉末加热温度为100～120℃。