[发明专利]一种铁粉硫化处理获得高密度铁基粉末冶金零件的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金成形技术领域，提供了一种铁粉硫化处理获得高密度铁基粉末冶金零件的方法。

背景技术

铁基粉末冶金零件是发展迅速和具有巨大应用潜力的工程材料，因其具有省材、节能，价格低廉，产品质量均一及具有最终精度零件的特点，在机械、航空、航天，特别是汽车工业有广泛应用，常见的有带轮、链轮、齿毂、凸轮、连杆、阀座等。

铁基粉末冶金零件约占粉末冶金产品总量的90%，其中70%-80%的粉末冶金产品应用于汽车行业。汽车行业仍然是粉末冶金工业发展的最大动力和最大用户，一方面汽车的产量在不断增加。这在亚洲尤为显著，如中国的汽车2003年产量已达到440万辆，比2002年增长了35%；印度为120万辆，泰国为80万辆，均比2002年增长了40%。另一方面粉末冶金零件在单辆汽车上的用量也在不断增加。北美平均每辆汽车用粉末冶金零件质量最高，已达到了19.5kg，欧洲平均为9kg，日本平均为8kg。随着汽车工业的迅速发展，对粉末冶金零件性能的要求越来越高，特别是高强度、高密度、低成本、耐磨损、耐腐蚀和形状复杂等铁基粉末冶金材料的需要越来越强烈。高密度粉末冶金材料仍然是铁基粉末冶金研究领域的热门技术开发方向之一。

目前，获得高密度铁基粉末冶金零件的方法包括：二次压制-二次烧结，粉末锻造、热压、复压/复烧等。但与传统粉末冶金工艺相比，成本相对较高，工艺相对复杂，不利于工业化生产。采用传统粉末冶金工艺，生产成本较低，但获得的粉末冶金零件中都含有10%或更多的孔隙，影响了材料的力学性能。传统铁基粉末冶金零件的成形工艺为压制，压坯的密度对零件的最终性能很大，高的压坯密度能够获得更优的力学性能，因此如何提高压坯密度成了铁基粉末冶金零件行业的重要问题。

常用的方法是添加硬质酸锌等有机物润滑剂，受限于混料的均匀性及润滑性能的有限性，有机物残留会对零件的力学性能产生影响，压坯密度较低（密度6.8-7.2g/cm³），影响材料的烧结密度。因此，如何进一步提高铁基粉末冶金零件的压坯密度一直是难题，直接影响到工业化的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种铁粉硫化处理获得高密度铁基粉末冶金零件的方法。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种铁粉硫化处理获得高密度铁基粉末冶金零件的方法，所述高密度铁基粉末冶金零件按重量百分比由如下成分组成：FeS₂0.1-1%，FeMn0.2-2%,合金粉1-5%，石墨0.5-1.5%，余量为铁粉；

具体制备步骤如下：

(1)将符合配方要求的铁粉、硫化铁、合金粉均匀混合，在球磨机中混合1-24小时；

(2)将球磨混合后的粉末在氢气炉中退火，退火温度为600-900℃，时间为1-6h；

(3)将退火后的混合粉末与锰铁粉、石墨均匀混合，在球磨机中混合1-24h；

(4)将混合均匀的复合粉末进行压制，在700MPa-1000MPa的压力下可获得7.2-7.5g/cm³的压坯；

(5)将压坯在保护气氛，1100℃-1250℃的温度下烧结0.5h-3h，获得7.2-7.5g/cm³的铁基粉末冶金零件。

其中，所述步骤（1）中所述铁粉的粒度为50-500μm，硫化铁粉末的粒度为50-500μm，合金粉的粒度为50-500μm。

其中，所述步骤（1）中所述的合金粉为Cu、Ni、Mo、Cr等中的一种或几种。

其中，所述步骤（3）中所述锰铁粉的粒度为50-500μm，石墨的粒度为50-500μm。

其中，所述步骤（4）中所述压制工艺为模压成型。

其中，所述步骤（5）中所述保护气氛为H₂或N₂或分解氨。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，采用传统粉末冶金工艺，将一定量的铁粉、硫化铁和合金粉混合退火，退火后的粉末与一定量的锰铁粉和石墨粉混合，压制烧结，获得高密度（7.2-7.5g/cm3）的铁基粉末冶金零件，工艺简单，生产成本较低，适于工业化生产。

本发明通过添加Mn元素与S元素反应生成MnS，提高材料的切削性能；通过将Fe粉与合金元素退火处理，使烧结试样保持尺寸公差稳定。