[发明专利]功能上分段的粉末金属构件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2007年7月11日的题为“功能上分段的粉末金属构件 (Functionally Graded Powder Metal Components)”的美国临时专利申请序列 号60/959,052的权益，该申请以引用方式完整地包含于此。

关于联邦赞助的研究或开发的声明

不适用。

技术领域

本发明涉及烧结和锻造的粉末金属(PM)构件。特别是，本发明涉及由单 种合金制成但在其不同部分中具有不同特性的构件。

背景技术

大多数粉末金属构件完全由单种铁质材料构成。然而，许多粉末金属构件 具有许多部分，每个部分都具有不同的、有时甚至是矛盾的材料要求(例如硬 度、强度、机械加工性等等)。用单种铁质材料来满足所有不同的要求通常意 味着这些部分中的一些或全部的材料性会需要妥协，以便所有部分可满足它们 的特殊的最低要求。

具有不同要求的粉末金属构件的一个例子是车用连接杆。内燃机中受力最 大的构件之一——车用连接杆具有多个部分，这些部分中的一些部分具有与其 它部分不同的要求。如图1中可见，车用连接杆10包括I形梁区域(区域A)、 活塞销端部(区域B)以及曲柄轴端部(区域C)。

在I梁区域中，理想的是具有尽可能最轻的质量和尽可能最高的材料强度。 这些要求对于改善经济性以及对于在抵御纵向弯曲和拉伸的同时执行传递直 线运动和旋转运动的设计功能来说是必需的。

另一方面，活塞销端部和曲柄轴端部必须具有很好的机械加工性。活塞销 端部和曲柄轴端部各自机加工成具有紧密的公差以确保正确的配合和功能。在 曲柄轴端部内孔(区域D)一侧，必须在螺栓凸块中钻出螺栓孔、用铰刀扩孔 并进行攻丝，以供在连接杆的端部从连接杆的其余部分断裂开之后保持住连接 杆的端部不让其脱落的螺栓之用。在大量生产时，如果能经济地机加工这些区 域则会带来很大的收益。

然而，例如热处理操作所造成的强度增加会导致机械加工性的降低。由于 这样的折衷，就必须在强度与机械加工性之间进行权衡。梁部分强度高的连接 杆将难于进行机加工。相反，容易机加工的连接杆则可能更易于在I形梁部分 中发生破坏。利用传统的制造方法很难达到强度与机械加工性之间的适当平 衡，且这样的平衡通常会导致至少一个区域的材料性能不够理想。

因此，需要一种改进的在同一个一体的整体结构中具有不同的特性的构件。

发明内容

本发明提供一种制造铁质一体构件的方法以及从该方法得到的构件。例如 在连接杆的情况中，即便在整个连接杆中使用相同的材料，该方法也可产生在 连接杆的不同部分中具有不同的理想性能的连接杆。

一种本发明的方法对希望具有提高的强度的构件部分进行有选择的快速冷 却而对希望具有更好的机械加工性的部分进行有选择的受控冷却。受控冷却可 包括冷却、再加热以及再冷却。结果是可以得到一种构件，其在快速冷却的区 域中具有局部的高强度，而在较缓慢冷却的区域中具有局部改变的冶金性能以 改进机械加工性。

在连接杆的情况中，对I形梁进行有选择的快速冷却而对销和曲柄区域进 行有选择的受控冷却，该受控冷却可以是再加热和再冷却。结果是可以得到一 种连接杆，其在I形梁区域中具有局部的高强度，而在那些端部处由于改变的 冶金性能而相对于I形梁区域具有更好的机械加工性。