[發明專利]一種鐵基粉末冶金零件的制造方法

有效

• 申請號: 201811540608.8
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109695004B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 包崇璽;朱承旭;馮偉立
• 申請（專利權）人: 東睦新材料集團股份有限公司
• 主分類號: B22F3/02
• 分類號: B22F3/02;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/58;C22C38/04;B22F3/10;B22F3/24;C21D1/18
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛

本發明涉及一種鐵基粉末冶金零件的制造方法，步驟：設計材料組成；混料；成型；燒結；感應加熱；致密化；淬火和回火。本發明采用感應加熱后立即進行熱態致密化，致密化的力較小，效率高，致密化層的厚度較大，與傳統粉末冶金工藝相比，本發明的制備方法成本較低，效率較高，制備的產品的密度更高，整體密度可以超過7.60g/cm³，接近粉末鍛造的水平，而表面相對密度可以達到99％以上，基本實現表面致密化，大大提高高碳粉末冶金產品的整體密度或/和局部密度，有效提升零件的力學性能。

技術領域

本發明屬于粉末冶金技術領域，尤其涉及一種鐵基粉末冶金零件的制造方法。

背景技術

粉末冶金是生產高強度和形狀復雜的齒輪有效的工藝。目前，通過使用高性能的粉末、成型、燒結和特殊的后加工，粉末冶金工藝已經可以生產出密度超過7.4g/cm³的零件。復壓復燒技術可以大幅提升產品的密度。采用普通的霧化鐵粉經成形和燒結，鐵基粉末冶金零件的密度只能達到7.1g/cm³左右。要想進一步提高粉末冶金零件的密度，可以采用成形-預燒結-復壓-二次燒結的復壓復燒工藝。預燒結有兩個作用。其一，對成形時已經加工硬化的粉末進行退火，降低鐵粉顆粒的屈服強度，利于二次壓制時提高密度。其二，脫出產品中的有機潤滑劑。有機潤滑劑由于密度較低，在產品中占據較大的空間，成形時這些潤滑劑難以壓縮，密度的提高受到限制。而預燒時95％以上的潤滑劑都能夠脫出，復壓時潤滑劑占據的位置就可以壓縮，利于提高密度。

碳是鐵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。在鐵基粉末冶金中，碳基本以石墨的形態在混料時加入。由鐵粉與石墨粉的混合粉制成的結構零件，其材料的強度同樣隨著含碳量增加而增高。由鐵粉與石墨粉的混合粉成形的壓坯，在燒結時，石墨中的碳擴散到鐵中，形成奧氏體(碳在高溫形態鐵中的固溶體)壓坯燒結后冷卻到室溫時，奧氏體發生相變，化合碳含量為0.80％時，形成珠光體(鐵素體與滲碳體的共晶混合物)；化合碳含量低于0.80％(即亞共析鋼)時，形成鐵素體與珠光體的混合物；化合碳含量高于0.80％(即過共析鋼)時，形成珠光體與滲碳體的混合物。

為了避免或減緩碳的擴散，保留更多的鐵素體，一般預燒結溫度通常為780～850℃左右，隨著預燒結溫度的提升，碳的擴散增加，珠光體等組織比例顯著增加。隨著珠光體含量增加，復壓的壓力增加，同時模具損耗也增加。

但是，由于預燒結溫度太低，預燒結坯的強度不高，而現在產品的要求越來越高，需要較高的密度和表面致密度，例如密度要求大于等7.4g/cm³。對于高碳的鐵基粉末冶金零件來說，由于碳含量較高使得成形生坯的密度較低，因此要達到如此高要求的密度和表面致密度，需要預燒坯進行較大變形量的加工包括復壓、滾壓等。但由于預燒結坯的強度不高，在這些機械加工過程中極易發生齒部脫落、零件開裂等問題，難以達到所需的密度和表面致密度。

為了解決這個問題,現有專利號為201310353629.X的中國專利《一種鐵基粉末冶金零件的制造方法》，其特征在于步驟：1)設計材料組成；2)混料：其中碳元素采用鍍銅石墨粉；3)成型：將上述已混合粉末進行壓制，得到生坯；4)預燒結：將生坯在非氧化性氣氛中進行預燒結，燒結溫度800℃～1090℃，預燒結時間1～120分鐘；5)加工：包括復壓、機械加工、擠壓、表面滾壓；6)燒結：在非氧化性氣氛中進行二次燒結，燒結溫度大于1090℃。將石墨粉表面采用電鍍處理，在1090攝氏度以下預燒結，通過電鍍的銅層阻止碳的擴散，使得預燒坯的強度較大且硬度較低，便于進行表面致密化，然后在1090攝氏度以上進行高溫燒結，使碳擴散到基體中，得到滿足所需強度、硬度以及表面致密度等要求的成品。但是，該種方法需要使用鍍銅石墨粉，對于石墨粉的處理步驟較為繁瑣，且成本較高。