[发明专利]一种铁基粉末冶金零件的制造方法

说明书

本发明涉及一种铁基粉末冶金零件的制造方法，步骤：设计材料组成；混料；成型；烧结；感应加热；致密化；淬火和回火。本发明采用感应加热后立即进行热态致密化，致密化的力较小，效率高，致密化层的厚度较大，与传统粉末冶金工艺相比，本发明的制备方法成本较低，效率较高，制备的产品的密度更高，整体密度可以超过7.60g/cm³，接近粉末锻造的水平，而表面相对密度可以达到99％以上，基本实现表面致密化，大大提高高碳粉末冶金产品的整体密度或/和局部密度，有效提升零件的力学性能。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，尤其涉及一种铁基粉末冶金零件的制造方法。

背景技术

粉末冶金是生产高强度和形状复杂的齿轮有效的工艺。目前，通过使用高性能的粉末、成型、烧结和特殊的后加工，粉末冶金工艺已经可以生产出密度超过7.4g/cm³的零件。复压复烧技术可以大幅提升产品的密度。采用普通的雾化铁粉经成形和烧结，铁基粉末冶金零件的密度只能达到7.1g/cm³左右。要想进一步提高粉末冶金零件的密度，可以采用成形-预烧结-复压-二次烧结的复压复烧工艺。预烧结有两个作用。其一，对成形时已经加工硬化的粉末进行退火，降低铁粉颗粒的屈服强度，利于二次压制时提高密度。其二，脱出产品中的有机润滑剂。有机润滑剂由于密度较低，在产品中占据较大的空间，成形时这些润滑剂难以压缩，密度的提高受到限制。而预烧时95％以上的润滑剂都能够脱出，复压时润滑剂占据的位置就可以压缩，利于提高密度。

碳是铁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。在铁基粉末冶金中，碳基本以石墨的形态在混料时加入。由铁粉与石墨粉的混合粉制成的结构零件，其材料的强度同样随着含碳量增加而增高。由铁粉与石墨粉的混合粉成形的压坯，在烧结时，石墨中的碳扩散到铁中，形成奥氏体(碳在高温形态铁中的固溶体)压坯烧结后冷却到室温时，奥氏体发生相变，化合碳含量为0.80％时，形成珠光体(铁素体与渗碳体的共晶混合物)；化合碳含量低于0.80％(即亚共析钢)时，形成铁素体与珠光体的混合物；化合碳含量高于0.80％(即过共析钢)时，形成珠光体与渗碳体的混合物。

为了避免或减缓碳的扩散，保留更多的铁素体，一般预烧结温度通常为780～850℃左右，随着预烧结温度的提升，碳的扩散增加，珠光体等组织比例显著增加。随着珠光体含量增加，复压的压力增加，同时模具损耗也增加。

但是，由于预烧结温度太低，预烧结坯的强度不高，而现在产品的要求越来越高，需要较高的密度和表面致密度，例如密度要求大于等7.4g/cm³。对于高碳的铁基粉末冶金零件来说，由于碳含量较高使得成形生坯的密度较低，因此要达到如此高要求的密度和表面致密度，需要预烧坯进行较大变形量的加工包括复压、滚压等。但由于预烧结坯的强度不高，在这些机械加工过程中极易发生齿部脱落、零件开裂等问题，难以达到所需的密度和表面致密度。

为了解决这个问题,现有专利号为201310353629.X的中国专利《一种铁基粉末冶金零件的制造方法》，其特征在于步骤：1)设计材料组成；2)混料：其中碳元素采用镀铜石墨粉；3)成型：将上述已混合粉末进行压制，得到生坯；4)预烧结：将生坯在非氧化性气氛中进行预烧结，烧结温度800℃～1090℃，预烧结时间1～120分钟；5)加工：包括复压、机械加工、挤压、表面滚压；6)烧结：在非氧化性气氛中进行二次烧结，烧结温度大于1090℃。将石墨粉表面采用电镀处理，在1090摄氏度以下预烧结，通过电镀的铜层阻止碳的扩散，使得预烧坯的强度较大且硬度较低，便于进行表面致密化，然后在1090摄氏度以上进行高温烧结，使碳扩散到基体中，得到满足所需强度、硬度以及表面致密度等要求的成品。但是，该种方法需要使用镀铜石墨粉，对于石墨粉的处理步骤较为繁琐，且成本较高。