一種粉末冶金支座的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粉末冶金支座的制造方法，尤其指壓縮機(jī)支座的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在壓縮機(jī)行業(yè)，大功率的壓縮機(jī)采用鑄造毛坯進(jìn)行機(jī)加工。機(jī)加工的方法速度較慢，材料利用率低，產(chǎn)品一致性差。支座與支座配合，一般壓縮機(jī)裝配，通過(guò)將支座或支座焊接在壓縮機(jī)殼體上。加工完的產(chǎn)品在裝配時(shí)采用焊接方式裝配。對(duì)于鑄鐵的焊接，由于是常規(guī)材料，一般壓縮機(jī)廠均沒(méi)有大的工藝問(wèn)題，焊接質(zhì)量及焊接強(qiáng)度均能夠較好的保證。但是對(duì)于粉末冶金零件，由于存在孔隙，孔隙的數(shù)量、形態(tài)和分布影響材料的物理性能如熱傳導(dǎo)率、熱膨脹率和淬硬性等，這些物理性能直接影響材料可焊性，使焊接較同成份的冶鑄材料相比難度加大。在普通焊接冷卻過(guò)程中焊縫收縮產(chǎn)生較大的張應(yīng)力。在張應(yīng)力的作用下由于粉末冶金材料的延伸率較低，往往產(chǎn)生裂紋，焊接強(qiáng)度降低，甚至無(wú)法完成焊接過(guò)程。焊接性的問(wèn)題影響了粉末冶金支座在壓縮機(jī)中的應(yīng)用，尤其是需要焊接裝配的大功率壓縮機(jī)。
[0003]對(duì)于支座零件，現(xiàn)有ZL200810163887.0，ZL200810163886.6的中國(guó)專利，將支座分為兩個(gè)部分，外層為焊接性良好的材料，一般為低碳的材料或高密度的粉末冶金生坯，內(nèi)層為高碳的生坯，內(nèi)外層采用燒結(jié)釬焊或燒結(jié)后激光焊接的方式連接在一起。采用粉末冶金燒結(jié)釬焊方法而將過(guò)渡塊與支座基體實(shí)現(xiàn)焊接在一起，達(dá)到了支座基體位置高且定位精度準(zhǔn)確及連接強(qiáng)度好的要求；整個(gè)焊接過(guò)程簡(jiǎn)單并易于操作。但是存在著整體性較差，模具數(shù)量較多，零件較多，批量生產(chǎn)難以協(xié)調(diào)的問(wèn)題。支座形狀簡(jiǎn)單，要求整體性好，難以通過(guò)分割方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
[0004]對(duì)于鐵基粉末冶金材料，提高產(chǎn)品密度是改善焊接性一個(gè)重要的方向。一般而言，密度大于7.3g/cm3的粉末冶金材料的焊接性與普通鋼材相當(dāng)。但是密度的提高，受制于產(chǎn)品的功能、化學(xué)成分、鐵粉性能、成形工藝、燒結(jié)工藝和后加工工藝(粉末熱鍛等)，因此，與鑄鐵制造的零件相比，產(chǎn)品的成本增加，粉末冶金工藝根本沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制作方便、焊接工藝簡(jiǎn)單且生產(chǎn)成本低的粉末冶金支座的制造方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種粉末冶金支座的制造方法，其特征在于依次包括如下步驟:
[0007]I)設(shè)計(jì)材料組成:支座采用的材料為燒結(jié)鋼，成分為碳:0?1.2%，銅:0?5%，鎳:0?2%，鑰:0?2%，鉻:0?3%，錳:0?3%，不超過(guò)2%的不可避免的雜質(zhì)，鐵:余量;
[0008]其中，鉻、鑰、銅、鎳、錳以鐵合金或母合金或元素粉的形式加入，碳以石墨形式加入，然后加入質(zhì)量百分比含量為0.1?1%的潤(rùn)滑劑；
[0009]2)設(shè)計(jì)生坯:在支座生坯的外周設(shè)計(jì)若干個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)位置根據(jù)支座焊接組裝時(shí)焊接位置確定；
[0010]3)將上述混合粉在壓機(jī)上壓制成密度為6.2?7.2g/cm3的支座生坯，壓制壓力至少大于400MPa ；
[0011]4)將支座生坯在溫度1000°C?1350°C中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的時(shí)間為5?180分鐘；
[0012]5)在非氧化性氣氛中進(jìn)行退火，退火溫度為750?1080°C，退火保溫時(shí)間5?200分鐘退火，對(duì)于燒結(jié)后硬度低于HRB100的支座，退火工序可以作為選項(xiàng)；
[0013]6)擠壓:通過(guò)擠壓成型機(jī)或精整壓機(jī)改裝的壓機(jī)上進(jìn)行擠壓，其擠壓變形量在直徑方向上大于等于2%，擠壓模陰模和芯棒至少分為導(dǎo)向段和定徑段兩個(gè)部分；
[0014]7)根據(jù)零件尺寸要求，加工端面和內(nèi)徑，并對(duì)加工后根據(jù)零件要求進(jìn)行蒸汽處理；蒸汽處理的溫度為550?570°C，保溫70?90分鐘，蒸汽處理步驟在支座氣密性滿足要求的條件下可以作為選項(xiàng)。
[0015]作為改進(jìn)，所述步驟I)中的潤(rùn)滑劑及石墨采用粘接處理方式加入。
[0016]作為改進(jìn)，所述步驟2)的凸臺(tái)數(shù)量為I?20個(gè)，凸臺(tái)的外緣可以在同一圓周上，也可以不在同一圓周上。
[0017]作為改進(jìn)，所述步驟3)的壓制是采用溫壓成形或模具加熱成形。
[0018]作為改進(jìn)，所述步驟4)的燒結(jié)在真空燒結(jié)爐中進(jìn)行或者是氮?dú)鉃榛A(chǔ)、氫氣的比例為I?90vol%的燒結(jié)爐中進(jìn)行。
[0019]再改進(jìn)，所述步驟5)退火，從退火溫度到300°C之間的冷卻速度小于2°C /S。
[0020]再改進(jìn)，所述步驟4)、步驟5)的燒結(jié)和退火兩道工序可以合二為一，在燒結(jié)結(jié)束后將溫度控制在退火溫度進(jìn)行保溫，按照退火的時(shí)間和冷卻要求降到室溫即可。
[0021]進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟6)對(duì)于凸臺(tái)的擠壓采用非均勻擠壓，每個(gè)凸臺(tái)的擠壓變形量不相同，其最大擠壓變形量在直徑方向上大于等于2 %。
[0022]進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟6)的擠壓選擇中心孔以及其他孔作為擠壓對(duì)象，擠壓工具為芯棒，其擠壓變形量在直徑方向上大于等于2 %，對(duì)于帶鍵槽的內(nèi)孔或非圓內(nèi)孔，可采用非均勻擠壓，則其最大擠壓變形量在徑向上大于等于2%。
[0023]進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟7)的蒸汽處理的溫度為560°C，保溫80分鐘，蒸汽處理步驟在支座氣密性滿足要求的條件下可以作為選項(xiàng)。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:在支座的外周根據(jù)焊接組裝時(shí)焊接位置設(shè)計(jì)凸臺(tái)，具有制作工藝簡(jiǎn)單，具有精度高、內(nèi)外表面光潔度好的特點(diǎn)，有效地消除了燒結(jié)焊接或燒結(jié)后激光焊接零件過(guò)多的難題，減少焊料，從而降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。與傳統(tǒng)粉末冶金工藝相比，產(chǎn)品的密度更高，局部區(qū)域密度可以超過(guò)7.60g/cm3，接近鍛造鋼的水平，表面相對(duì)密度可以達(dá)到99%以上，基本實(shí)現(xiàn)表面致密化，這樣可以保證零件焊接時(shí)不需調(diào)整焊接工藝，按照普通鋼材進(jìn)行焊接組裝，與傳統(tǒng)的鑄造零件相比，強(qiáng)度更高，零件精度更高，減少了大量的機(jī)加工工序。從圖7可以看出，隨著密度的提高，材料的沖擊性能、延伸率、疲勞性能以及抗拉強(qiáng)度都隨之提升，改善了粉末冶金材料的綜合性能。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1帶排氣孔支座示意圖；
[0026]圖2為實(shí)施例1帶排氣孔支座生坯示意圖；
[0027]圖3為實(shí)施例2不帶排氣孔支座示意圖；
[0028]圖4為實(shí)施例2不帶排氣孔支座生坯示意圖；
[0029]圖5為擠壓陰模(凹模)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6為實(shí)施例3支座外邊緣的孔隙照片；
[0031]圖7為密度與力學(xué)性能的關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0033]實(shí)施例1
[0034]1、準(zhǔn)備好原料，即鐵鉻鑰和碳的混合粉，其配比為:鐵合金(鉻為3.0%，鑰為
0.5%,不可避免的其他物質(zhì)，小于1%,鐵為余量)為99.0% ;碳為0.40%,然后加入含量為0.60%的潤(rùn)滑劑；
[0035]其中，鉻、鑰以鐵合金或母合金或元素粉的形式加入，碳以石墨形式加入，然后加入潤(rùn)滑劑；潤(rùn)滑劑及石墨采用粘接處理方式加入；
[0036]2、設(shè)計(jì)生坯:圖1為帶排氣孔的支座外形圖，圖2為圖1的生坯示意圖，根據(jù)支座I焊接組裝時(shí)焊接位置設(shè)計(jì)了四個(gè)凸臺(tái)2，支座生坯的直徑為Φ I，四個(gè)凸臺(tái)2的外緣在直徑為Φ2的圓周上；
[0037]3、將上述混合粉在600MPa的壓力下壓制為密度6.65g/cm3的支座生還；
[0038]4、燒結(jié)，將該支座零件在溫度1200°C中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的時(shí)間為20分鐘，燒結(jié)在真空燒結(jié)爐中進(jìn)行；
[0039]5、退火:退火溫度為850°C ;氣氛為氮?dú)?，退火保溫時(shí)間為60分鐘，退火后從退火溫度到3oo°c之間的冷卻速度為ο.rc /S；
[0040]6、擠壓(精整):通過(guò)擠壓成型機(jī)或精整壓機(jī)改裝的壓機(jī)上進(jìn)行擠壓，擠壓變形量在直徑方向上大于5%,即擠壓變形量(Φ I擠壓件-Φ I燒結(jié)件)/Φ I燒結(jié)件X 100% ^ 5%;對(duì)于凸臺(tái)2的擠壓，可以采用非均勻擠壓的模式，即每個(gè)凸臺(tái)2的擠壓變形量不相同，其最大擠壓變形量在直徑方向上大于等于2%，SP (Φ2-Φ2)/Φ2X 100% ^ 2%;擠壓模陰模3至少分為兩個(gè)部分:導(dǎo)向段31和定徑段32，Φ2大于或等于Φ I。Φ I外徑處可以采用與Φ2相似的設(shè)計(jì)進(jìn)行擠壓，Φ2β■為凸臺(tái)2燒結(jié)態(tài)的外徑，Φ2_#為凸臺(tái)2擠壓態(tài)的外徑；
[0041]7、蒸汽處理:根據(jù)零件尺寸要求，加工端面和內(nèi)徑，并對(duì)加工后根據(jù)零件要求進(jìn)行蒸汽處理，蒸汽處理溫度為560°C，保溫80分鐘。
[0042]8、測(cè)量外表面的粗糙度，擠壓表面的Ra為0.1，Rz為1.35，未擠壓的表面為Ra為
0.9，Rz為6.5，粗糙度明顯得到改善。
[0043]實(shí)施例2
[0044]1、準(zhǔn)備好原料，即鐵鉻鑰和碳的混合粉，其配比為:鐵合金粉(鉻為3.0%，鑰為
0.5%，不可避免的其他物質(zhì)，小于1%，鐵為余量)為50%，純鐵粉為49.3% ;碳為0.3%,然后加入含量為0.4%的潤(rùn)滑劑；
[0045]其中，鉻、鑰以鐵合金或母合金或元素粉的形式加入，碳以石墨形式加入，然后加入潤(rùn)滑劑；潤(rùn)滑劑及石墨采用粘接處理方式加入；
[0046]2、設(shè)計(jì)生坯:圖3為不帶排氣孔的支座外形圖，圖4為圖3的生坯示意圖，根據(jù)支座I焊接組裝時(shí)焊接位置設(shè)計(jì)了四個(gè)凸臺(tái)2，四個(gè)凸臺(tái)2的外緣在直徑為Φ2的圓周上；
[0047]3、將上述混合粉在600MPa的壓力下壓制為密度6.8g/cm3的支座生還,壓制是采用溫壓成形或模具加熱成形；
[0048]4、燒結(jié)，將該支座零件在溫度1120°C中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的時(shí)間為20分鐘，燒結(jié)在以氮?dú)鉃榛A(chǔ)、氫氣的比例在1vol%的燒結(jié)爐中進(jìn)行；
[0049]5、擠壓(精整):通過(guò)擠壓成型機(jī)或精整壓機(jī)改裝的壓機(jī)上進(jìn)行擠壓，擠壓變形量在直徑方向上大于6 %，S卩擠壓變形量(Φ I擠壓件-Φ I燒結(jié)件)/ Φ I燒結(jié)件X 100 %彡6 %;擠壓模陰模3至少分為兩個(gè)部分:導(dǎo)向段31和定徑段32 ；
[0050]6、蒸汽處理:根據(jù)零件尺寸要求，加工端面和內(nèi)徑，并對(duì)加工后根據(jù)零件要求進(jìn)行蒸汽處理，蒸汽處理溫度為560°C，保溫80分鐘。
[0051]7、測(cè)量外表面的粗糙度，擠壓表面的Ra為0.1，Rz為1.34，未擠壓的表面為Ra為
0.9，Rz為6.4，粗糙度明顯得到改善。
[0052]實(shí)施例3
[0053]①準(zhǔn)備好原料，即鐵和碳的混合粉:鐵粉(不可避免的其他物質(zhì)小于1%，鐵為余量)為99.0% ;碳為0.5%，然后加入含量為0.5%的潤(rùn)滑劑；
[0054]碳以石墨形式加入，然后加入潤(rùn)滑劑；潤(rùn)滑劑及石墨采用粘接處理方式加入；
[0055]②將上述混合粉在600MPa的壓力下溫壓為密度7.1Og/cm3的支座生還；壓制是采用溫壓成形或模具加熱成形；
[0056]③燒結(jié)，將該支座零件在溫度1120°C中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的保溫時(shí)間為30分鐘；
[0057]④擠壓(精整):通過(guò)擠壓成型機(jī)或精整壓機(jī)改裝的壓機(jī)上進(jìn)行擠壓，擠壓變形量在直徑方向上大于4 %，S卩(Φ I _件-Φ I _件)/ Φ I _件X 100