專利名稱：一種制備高密度粉末冶金鐵基零件的兩次壓制成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種采用高速壓制技術(shù)兩次壓 制制備高密度粉末冶金鐵基零件的方法。
背景技術(shù)：
粉末冶金是一項集材料制備與零件成形于一體，節(jié)能、節(jié)材、高效、近凈(終) 成形、無(少)污染的先進制造技術(shù)，在材料和零件制造業(yè)中具有不可替代的 地位和作用，是提高材料性能和發(fā)展新材料的重要手段。粉末冶金材料是基體 和孔隙的復(fù)合體，而孔隙是其固有特性，孔隙的存在降低了有效承載面積，增 加了應(yīng)力集中的可能性，它能引起裂紋,降低韌性和疲勞強度。因此，要擴大 粉末冶金零件的應(yīng)用范圍，必須實現(xiàn)制品的高致密化。對鐵基粉末冶金零件而 言，密度達到7.2g/cm3后，其硬度、抗拉強度、疲勞強度、韌性等都會隨密度 的增加而呈幾何級數(shù)增大。發(fā)展高密度、高強度和高精度粉末冶金制品是粉末 冶金工業(yè)的發(fā)展方向和研究重點，提高產(chǎn)品致密化程度將大大促進其性能的改 進。
目前，提高粉末冶金制品密度的方法主要有溫壓技術(shù)(WC)、復(fù)壓復(fù)燒技術(shù) (P2S2)、動力磁性壓制技術(shù)(DMC)、粉末鍛造技術(shù)(P/F)、爆炸壓制技術(shù)(EC)、 快速全向壓制技術(shù)(ROC)等。溫壓技術(shù)的關(guān)鍵在于使用一種特殊的潤滑劑， 而潤滑劑的加入降低了燒結(jié)密度，同時削弱了制品的機械性能，且易造成環(huán)境 污染；復(fù)壓復(fù)燒技術(shù)已經(jīng)進行了大量研究，但由于成本較高而使其應(yīng)用受到限 制；目前動力磁性壓制技術(shù)的研究主要集中在美國和日本，其他國家鮮有報道,而且相關(guān)設(shè)備和理論極不完善，從而限制了其在工業(yè)上的推廣應(yīng)用。國內(nèi)有關(guān) 磁場在粉末冶金中應(yīng)用的研究起步相對較晚，僅在磁性材料制備、磁場燒結(jié)中 有初步研究，至于動磁壓制技術(shù)的研究迄今尚未見報道；粉末鍛造技術(shù)由于在 高溫下進行，所以其表面光潔度較差且模具費用較高。同時，由于加熱的多孔 性壓坯變形時會發(fā)生斷裂，因而鍛造零件的應(yīng)用也受到一些限制；爆炸壓制技 術(shù)由于不夠安全，可控性差、生產(chǎn)效率低，會對環(huán)境造成污染等使其應(yīng)用受到 限制；快速全向壓制技術(shù)由于生產(chǎn)效率低、成本高且零件大小受壓機大小控制 等缺點而沒有得到工業(yè)化應(yīng)用。
2001年在美國金屬粉末聯(lián)合會上，瑞典H6ganas AB公司的Skoglund Paul 提出了高速壓制技術(shù)(High Velocity Compaction,簡稱HVC)，它與傳統(tǒng)壓制技 術(shù)在生產(chǎn)工藝上有許多相似性，如充填模具、壓制及制品脫模，但是該技術(shù)較 傳統(tǒng)壓制具有以下優(yōu)點①高的壓坯密度，且密度分布均勻；②低徑向彈性后 效、低脫模力；(D綜合性能優(yōu)異；④高生產(chǎn)率、經(jīng)濟地成形大零件。就制備高 密度粉末冶金制品而言，該技術(shù)由于具有良好的性價比而備受關(guān)注。
目前，國外對該技術(shù)的研究處于起步階段，主要集中于采用單次壓制研究鐵 粉、不銹鋼粉、鐵基零件的制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備高密度粉末冶金鐵基零件的方法，提高材料利 用率和產(chǎn)品精度、減少環(huán)境污染、降低生產(chǎn)成本。
一種制備高密度粉末冶金鐵基零件的兩次壓制成形方法，采用高速壓制-模 壁潤滑技術(shù)，其特征在于采用水霧化鐵粉、銅粉、鎳粉、鉬粉和石墨為原料，
水霧化鐵粉的粒徑為2(K200pm、含量為95.2~96wt%，銅粉含量為 1.2 1.5wt%，鎳粉含量為1.8~2.0wt%，鉬粉含量為0.2 0.5wt%，石墨含量為0.5~0.8wt%。首先將所述水霧化鐵粉、銅粉、鎳粉、鉬粉和石墨在星心式滾筒機 上進行混煉，得到均勻的鐵基粉末混合物；然后釆用模壁潤滑技術(shù)將硬脂酸鋅 均勻涂敷在模具及上模沖表面，接著采用兩次壓制法制備鐵基零件；在總壓制 能量一定的情況下，第一次壓制能量為總壓制能量的10~30%，第二次壓制能量 為總壓制能量的70~90%。所制備的鐵基壓坯在氮氣保護氣氛下于112(M25(TC 燒結(jié)l~3h，從而獲得高密度的鐵基零件。
工藝流程中要根據(jù)鐵基零件的實際服役條件來選擇不同的總壓制能量進行 能量分配。因為總壓制能量、能量分配對鐵基零件的密度都有重要影響，最終 將直接影響鐵基零件的性能和壽命。
本發(fā)明的優(yōu)點是能夠制備密度為7.50 7.62g/cmS的鐵基零件，這是傳統(tǒng)壓制 燒結(jié)工藝很難達到的。對鐵基粉末冶金零件而言，密度達到7.2g/cn^后，其硬 度、抗拉強度、疲勞強度、韌性等都會隨密度的增加而呈幾何級數(shù)增大。該技 術(shù)是一種近凈成形技術(shù)，材料利用率高、產(chǎn)品精度高、環(huán)境污染小、生產(chǎn)效率 高、成本低。此外，該技術(shù)使得在小型高速沖擊成形壓機上制備較大的粉末冶 金鐵基零件成為可能。


圖l為本發(fā)明的工藝流程圖
圖2為單次壓制法制備的鐵基零件燒結(jié)密度
圖3為兩次壓制法制備的鐵基零件燒結(jié)密度
具體實施例方式
實施例1:第一次壓制能量為總壓制能量的10%
采用粒度為20~200^im的水霧化鐵粉與0.8%石墨粉、2%鎳粉、1.5%銅粉、 0.5%鉬粉在星心式滾筒機上進行混煉，得到均勻的鐵基粉末混合物；隨后采用模壁潤滑技術(shù)將潤滑劑硬脂酸鋅均勻涂敷在模具及上模沖表面，在總壓制能量
為1590J時，以第一次壓制能量為總壓制能量的10%、第二次壓制能量為總壓 制能量的90%的能量分配原則在高速沖擊成形壓機上對鐵基粉末進行壓制，得 到所需形狀的壓坯。該壓坯在氮氣保護氣氛下于1120 125(TC燒結(jié)l~3h，所得 鐵基零件的致密度為7.6~7.624g/cm3,抗拉強度為700~900MPa。 實施例2:第一次壓制能量為總壓制能量的15%
采用粒度為20~200,的水霧化鐵粉與0.8%石墨粉、2%鎳粉、1.5%銅粉、 0.5%鉬粉在星心式滾筒機上進行混煉，得到均勻的鐵基粉末混合物；隨后采用 模壁潤滑技術(shù)將潤滑劑硬脂酸鋅均勻涂敷在模具及上模沖表面，在總壓制能量 為1590J時，以第一次壓制能量為總壓制能量的15%、第二次壓制能量為總壓 制能量的85%的能量分配原則在高速沖擊成形壓機上對鐵基粉末進行壓制，得 到所需形狀的壓坯。該壓坯在氮氣保護氣氛下于1120 125(TC燒結(jié)l~3h，所得 鐵基零件的致密度為7.58~7.625g/cm3，抗拉強度為700~900MPa。
實施例3:第一次壓制能量為總壓制能量的20%
采用粒度為20 20(^m的水霧化鐵粉與0.8%石墨粉、2%鎳粉、1.5%銅粉、 0.5%鉬粉在星心式滾筒機上進行混煉，得到均勻的鐵基粉末混合物；隨后采用 模壁潤滑技術(shù)將潤滑劑硬脂酸鋅均勻涂敷在模具及上模沖表面，在總壓制能量 為1590J時，以第一次壓制能量為總壓制能量的20%、第二次壓制能量為總壓 制能量的80%的能量分配原則在高速沖擊成形壓機上對鐵基粉末進行壓制，得 到所需形狀的壓坯。該壓坯在氮氣保護氣氛下于1120 125(TC燒結(jié)l~3h，所得 鐵基零件的致密度為7.59 7.62g/cm3，抗拉強度為700~900MPa。
實施例4:第一次壓制能量為總壓制能量的25%
采用粒度為20~200^im的水霧化鐵粉與0.8%石墨粉、2%鎳粉、1.5%銅粉、0.5%鉬粉在星心式滾筒機上進行混煉，得到均勻的鐵基粉末混合物；隨后采用
模壁潤滑技術(shù)將潤滑劑硬脂酸鋅均勻涂敷在模具及上模沖表面，在總壓制能量 為1590J時，以第一次壓制能量為總壓制能量的25%、第二次壓制能量為總壓 制能量的75%的能量分配原則在高速沖擊成形壓機上對鐵基粉末進行壓制，得 到所需形狀的壓坯。該壓坯在氮氣保護氣氛下于1120 1250'C燒結(jié)1 3h，所得 鐵基零件的致密度為7.58~7.62g/cm3，抗拉強度為700 900MPa。 實施例5:第一次壓制能量為總壓制能量的30%
采用粒度為20~200pm的水霧化鐵粉與0.8%石墨粉、2%鎳粉、1.5%銅粉、 0.5%鉬粉在星心式滾筒機上進行混煉，得到均勻的鐵基粉末混合物；隨后采用
模壁潤滑技術(shù)將潤滑劑硬脂酸鋅均勻涂敷在模具及上模沖表面，在總壓制能量 為1590J時，以第一次壓制能量為總壓制能量的30%、第二次壓制能量為總壓 制能量的70%的能量分配原則在高速沖擊成形壓機上對鐵基粉末進行壓制，得 到所需形狀的壓坯。該壓坯在氮氣保護氣氛下于1120 125(TC燒結(jié)l~3h，所得 鐵基零件的致密度為7.55~7.58g/cm3，抗拉強度為650 850MPa。
在總壓制能量為15卯J時，采用單次壓制法制備的鐵基壓坯在氮氣保護氣氛 下于1120 1250'C燒結(jié)l~3h，所得鐵基零件的致密度為7.45 7.51g/cm3，抗拉強 度為500 700MPa。
權(quán)利要求
1、一種制備高密度粉末冶金鐵基零件的兩次壓制成形方法，采用高速壓制-模壁潤滑技術(shù)，其特征在于采用水霧化鐵粉、銅粉、鎳粉、鉬粉和石墨為原料，水霧化鐵粉的粒徑為20～200μm、含量為95.2～96wt％，銅粉含量為1.2～1.5wt％，鎳粉含量為1.8～2.0wt％，鉬粉含量為0.2～0.5wt％，石墨含量為0.5～0.8wt％；首先將所述水霧化鐵粉、銅粉、鎳粉、鉬粉和石墨在星心式滾筒機上進行混煉，得到均勻的鐵基粉末混合物；然后采用模壁潤滑技術(shù)將硬脂酸鋅均勻涂敷在模具及上模沖表面，接著采用兩次壓制法制備鐵基零件；在總壓制能量一定的情況下，第一次壓制能量為總壓制能量的10～30％，第二次壓制能量為總壓制能量的70～90％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高密度粉末冶金鐵基零件的兩次壓制成 形方法，其特征在于制備的壓坯在氮氣保護氣氛下于1120 1250'C燒結(jié)l 3h， 得到高密度的鐵基零件。
全文摘要
一種制備高密度粉末冶金鐵基零件的兩次壓制成形方法，屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。采用水霧化鐵粉、銅粉、鎳粉、鉬粉和石墨為原料，在星心式滾筒機上進行混煉，得到均勻的鐵基粉末混合物；然后采用模壁潤滑技術(shù)將硬脂酸鋅均勻涂敷在模具及上模沖表面，接著采用兩次壓制法制備鐵基零件；在總壓制能量一定的情況下，第一次壓制能量為總壓制能量的10～30％，第二次壓制能量為總壓制能量的70～90％。經(jīng)過1120～1250℃于氮氣保護氣氛下燒結(jié)1～3h獲得具有高密度的鐵基零件。本發(fā)明能夠制備高密度的鐵基零件，具有材料利用率高、產(chǎn)品精度高、環(huán)境污染小、生產(chǎn)效率高、成本低等優(yōu)點。
文檔編號B22F3/02GK101579738SQ200910087650
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者尹海清, 曲選輝, 王建忠 申請人:北京科技大學(xué)