一种粉末冶金复压复烧工艺.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103785837 A (43)申请公布日 2014.05.14 CN 103785837 A (21)申请号 201210424130.9 (22)申请日 2012.10.29 B22F 3/16(2006.01) (71)申请人 无锡荡口通和纺织机械厂 地址 214100 江苏省无锡市锡山区荡口镇三 公路无锡荡口通和纺织机械厂 (72)发明人 钱关林 (74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人 杨小双 (54) 发明名称 一种粉末冶金复压复烧工艺 (57) 摘要 本发明涉及一种粉末冶金复压复烧工艺。所 述工艺首先将铁基粉末按配比均匀混合 ；

2、 把混合 好的铁基粉末送入压机， 由压机将所述的铁基粉 末送入预设的产品模具， 初压成形 ； 将初压成形 的产品毛坯件送入烧结炉， 烧结成半成品件 ； 将 预烧结后的半成品件推入水冷区进行冷却 ； 将冷 却后的半成品件在压机中进行复压， 并再次进行 烧结后， 进行冷却 ； 将制品进行后处理得到粉末 冶金制品。本发明复压复烧工艺制备的烧结坯密 度可达到 7.5g/cm3以上。本发明工艺可以减少烧 结坯中的孔隙， 并使孔隙圆滑平直化和球化， 从而 改善合金的力学性能。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书

3、1页 说明书5页 (10)申请公布号 CN 103785837 A CN 103785837 A 1/1 页 2 1. 一种粉末冶金复压复烧工艺， 其特征在于， 所述工艺包括以下步骤 ： 1） 混合 ： 将铁基粉末按配比均匀混合 ； 2） 初压 ： 把混合好的铁基粉末送入压机， 由压机将所述的铁基粉末送入预设的产品模 具， 初压成形 ； 3） 预烧结 ： 将初压成形的产品毛坯件送入烧结炉， 烧结成半成品件 ； 4） 冷却 ： 将预烧结后的半成品件推入水冷区进行冷却 ； 5） 复压复烧 ： 将冷却后的半成品件在压机中进行复压， 并再次进行烧结后， 进行冷却 ； 6） 将制品进行后处理得到粉末冶金

4、制品。 2. 根据权利要求 1 所述的工艺， 其特征在于， 步骤 2） 所述的初压压力为 4001000MPa， 进一步优选 600800MPa， 最优选 750MPa。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的工艺， 其特征在于， 步骤 3）所述的烧结温度为 6201200， 进一步优选 7501000， 最优选 800。 4. 根据权利要求 1-3 之一所述的工艺， 其特征在于， 步骤 3）所述的烧结时间为 1560min， 进一步优选 2045min， 最优选 30min。 5. 根据权利要求 1-4 之一所述的工艺， 其特征在于， 步骤 5）所述的复压压力为 600980MPa， 进一步

5、优选 800MPa。 6. 根据权利要求 1-5 之一所述的工艺， 其特征在于， 步骤 5）所述的烧结温度为 8001400， 进一步优选 9801320， 最优选 1100。 7. 根据权利要求 1-6 之一所述的工艺， 其特征在于， 步骤 5）所述的烧结时间为 1560min， 进一步优选 2045min， 最优选 30min。 8. 根据权利要求 1-7 之一所述的工艺， 其特征在于， 步骤 4） 和步骤 5） 所述的冷却时间 为 1230min， 进一步优选 20min。 9. 如权利要求 1-8 之一所述的工艺， 其特征在于， 步骤 5） 所述的烧结在保护性气体中 进行 ； 优选地，

6、 所述的保护性气体选自氮气、 二氧化碳、 氦气或氩气中的一种或至少两种的 混合物， 进一步优选氮气和 / 或氩气。 10. 如权利要求 1-9 之一所述的工艺， 其特征在于， 所述工艺包括以下步骤 ： 1） 混合 ： 将铁基粉末按配比均匀混合 ； 2） 初压 ： 把混合好的铁基粉末送入压机， 由压机将所述的铁基粉末送入预设的产品模 具， 在 4001000MPa 下初压成形 ； 3） 预烧结 ： 将初压成形的产品毛坯件送入烧结炉， 在 6201200下烧结 1560min 制成 半成品件 ； 4） 冷却 ： 将预烧结后的半成品件推入水冷区进行冷却 ； 5）复压复烧 ： 将冷却后的半成品件在压机

7、中在 600980MPa 下进行复压， 并在 8001400下烧结 1560min 后， 进行冷却 ； 6） 将制品进行后处理得到粉末冶金制品。 权 利 要 求 书 CN 103785837 A 2 1/5 页 3 一种粉末冶金复压复烧工艺 技术领域 0001 本发明涉及冶金工艺技术领域， 尤其涉及一种粉末冶金复压复烧工艺。 背景技术 0002 近年来， 粉末冶金零件的生产和应用得到了广泛的关注， 这与新的合金钢粉末的 开发是分不开的。用雾化法生产的预合金粉末中的合金元素分布均匀， 且用其生产的烧结 材料具有均匀的显微结构， 因此， 预合金化粉末冶金低合金钢粉得到了广泛的应用。 Ni， Mn，

8、 Cr 和 Mo 等合金元素是常用的低合金钢粉的预合金化元素， 这些合金元素的加入可以增加 钢的力学性能和淬透性。但大量合金元素的加入会降低铁粉的压缩性， 从而使烧结后的合 金难以达到高密度水平， 因此， 需要在尽可能少地加入合金化元素的前提下， 使粉末冶金钢 具有较高的力学性能。 通常， 粉末冶金铁基零件的力学性能主要受密度、 合金元素含量及组 织特征等 3 个方面的影响， 在其他条件不变的情况下， 密度是一个关键因素。可以提高粉末 冶金零件密度的方法有 ： 复压复烧、 温压成形、 粉末锻造、 高速压制以及渗铜等。 0003 复压复烧不需要增添新的设备， 技术难度不大， 工艺过程比较容易控制

9、， 且质量比 较稳定， 适合于大批量生产。这种方法的主要缺点是工序增加导致成本增加。但是， 可以在 预烧结后进行机械加工， 略降低加工成本。 0004 现有的复压复烧工艺在提高粉末冶金制品的密度和力学性能上存在局限性， 并且 后处理过程不够优化。 发明内容 0005 本发明的目的在于针对现有技术存在的问题， 提出了一种工艺过程简单， 制品质 量稳定， 适于批量生产的粉末冶金复压复烧工艺。 0006 为达此目的， 本发明采用以下技术方案 ： 0007 一种粉末冶金复压复烧工艺， 所述工艺包括以下步骤 ： 0008 1） 混合 ： 将铁基粉末按配比均匀混合 ； 0009 2） 初压 ： 把混合好的

10、铁基粉末送入压机， 由压机将所述的铁基粉末送入预设的产 品模具， 初压成形 ； 0010 3） 预烧结 ： 将初压成形的产品毛坯件送入烧结炉， 烧结成半成品件 ； 0011 4） 冷却 ： 将预烧结后的半成品件推入水冷区进行冷却 ； 0012 5） 复压复烧 ： 将冷却后的半成品件在压机中进行复压， 并再次进行烧结后， 进行冷 却 ； 0013 6） 将制品进行后处理得到粉末冶金制品。 0014 本发明步骤 2） 所述的初压压力为 4001000MPa， 例如 400.2998MPa， 467935MPa， 500910MPa， 580800MPa， 650MPa 等， 进一步优选 60080

11、0MPa， 最优选 750MPa。 0015 步 骤 3）所 述 的 烧 结 温 度 为 6201200 ， 例 如 6221189 ， 6801100 ， 7251030， 800990， 865等， 进一步优选 7501000， 最优选 800。 说 明 书 CN 103785837 A 3 2/5 页 4 0016 步骤 3）所述的烧结时间为 1560min， 例如 15.258min， 1850min， 2343min， 3037min， 34.5min 等， 进一步优选 2045min， 最优选 30min。 0017 步 骤 5）所 述 的 复 压 压 力 为 600980MPa，

12、例 如 602978MPa， 645940MPa， 730900MPa， 800860MPa， 834MPa 等， 进一步优选 800MPa。 0018 步 骤 5）所 述 的 烧 结 温 度 为 8001400 ， 例 如 8021390 ， 9001278 ， 9351180， 9801100， 10231068等， 进一步优选 9801320， 最优选 1100。 0019 步骤 5）所述的烧结时间为 1560min， 例如 15.158min， 1852min， 2546min， 3042min， 37min 等， 进一步优选 2045min， 最优选 30min。 0020 步骤 4

13、）和步骤 5）所述的冷却时间为 1230min， 例如 12.228min， 1423min， 1720min， 19min 等， 进一步优选 20min。 0021 步骤 5） 所述的烧结在保护性气体中进行 ； 优选地， 所述的保护性气体选自氮气、 二氧化碳、 氦气或氩气中的一种或至少两种的混合物， 0022 本发明所述的保护性气体选自氮气、 二氧化碳、 氦气或氩气中的一种或至少两种 的混合物， 典型但非限制性的例子包括氮气， 氦气， 二氧化碳， 氮气和二氧化碳的组合， 二氧 化碳和氩气的组合， 氮气和氦气的组合， 氮气、 二氧化碳和氦气的组合， 氮气、 氦气和氩气的 组合等， 进一步优选氮

14、气和 / 或氩气。通入的保护性气体的流量、 时间可以根据具体的工艺 要求相应设定。所述的保护性气体是防止工件原料粉末成分在工艺过程中被氧化的气体。 0023 一种粉末冶金复压复烧工艺， 所述工艺包括以下步骤 ： 0024 1） 混合 ： 将铁基粉末按配比均匀混合 ； 0025 2） 初压 ： 把混合好的铁基粉末送入压机， 由压机将所述的铁基粉末送入预设的产 品模具， 在 4001000MPa 下初压成形 ； 0026 3） 预烧结 ： 将初压成形的产品毛坯件送入烧结炉， 在 6201200下烧结 1560min 制成半成品件 ； 0027 4） 冷却 ： 将预烧结后的半成品件推入水冷区进行冷却

15、 ； 0028 5）复压复烧 ： 将冷却后的半成品件在压机中在 600980MPa 下进行复压， 并在 8001400下烧结 1560min 后， 进行冷却 ； 0029 6） 将制品进行后处理得到粉末冶金制品。 0030 本发明步骤 5） 所述的后处理包括精整、 浸油、 蒸汽处理、 切削加工步骤。 0031 用非金属物质 （如油、 石蜡和树脂等） 填充烧结体孔隙的方法。常用的浸渍方法有 浸油、 浸塑料、 浸熔融金属等。 浸油即在烧结体内浸入润滑油， 改善其自润滑性能并防锈， 常 用于铁、 铜基含油轴承。蒸汽处理是工件在 500560的热蒸汽中加热并保持一定时间， 使 其表面及孔隙形成一层致密

16、氧化膜的表面工艺， 用于要求防锈、 耐磨或防高压渗透的铁基 制件。 0032 与已有技术方案相比， 本发明具有以下有益效果 ： 0033 普通压制 - 烧结工艺中虽然可以通过提高压制压力来提高密度， 但是制备的烧结 坯的密度最高只有 7.22g/cm3， 而通过本发明复压复烧工艺制备的烧结坯密度可达到 7.5g/ cm3以上。 0034 本发明工艺可以减少烧结坯中的孔隙， 并使孔隙圆滑平直化和球化， 从而改善合 金的力学性能。 说 明 书 CN 103785837 A 4 3/5 页 5 0035 下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子， 并不代 表或限制本发明的权利保

17、护范围， 本发明的权利范围以权利要求书为准。 具体实施方式 0036 为更好地说明本发明， 便于理解本发明的技术方案， 本发明的典型但非限制性的 实施例如下 ： 0037 实施例 1 0038 一种粉末冶金复压复烧工艺， 包括以下步骤 ： 0039 1） 混合 ： 将铁基粉末按配比均匀混合 ； 0040 2） 初压 ： 把混合好的铁基粉末送入压机， 由压机将所述的铁基粉末送入预设的产 品模具， 在 400MPa 下初压成形 ； 0041 3） 预烧结 ： 将初压成形的产品毛坯件送入烧结炉， 在 1200下烧结 15min 制成半 成品件 ； 0042 4） 冷却 ： 将预烧结后的半成品件推入水

18、冷区进行冷却 12min ； 0043 5） 复压复烧 ： 将冷却后的半成品件在压机中在 980MPa 下进行复压， 并在 1400下 烧结 15min 后， 进行冷却 30min ； 0044 6） 将制品进行后处理得到粉末冶金制品。 0045 实施例 2 0046 一种粉末冶金复压复烧工艺， 包括以下步骤 ： 0047 1） 混合 ： 将铁基粉末按配比均匀混合 ； 0048 2） 初压 ： 把混合好的铁基粉末送入压机， 由压机将所述的铁基粉末送入预设的产 品模具， 在 1000MPa 下初压成形 ； 0049 3） 预烧结 ： 将初压成形的产品毛坯件送入烧结炉， 在 620下烧结 60mi

19、n 制成半成 品件 ； 0050 4） 冷却 ： 将预烧结后的半成品件推入水冷区进行冷却 30min ； 0051 5） 复压复烧 ： 将冷却后的半成品件在压机中在 600MPa 下进行复压， 并在 800下 烧结 60min 后， 进行冷却 12min ； 0052 6） 将制品进行后处理得到粉末冶金制品。 0053 实施例 3 0054 一种粉末冶金复压复烧工艺， 包括以下步骤 ： 0055 1） 混合 ： 将铁基粉末按配比均匀混合 ； 0056 2） 初压 ： 把混合好的铁基粉末送入压机， 由压机将所述的铁基粉末送入预设的产 品模具， 在 750MPa 下初压成形 ； 0057 3） 预

20、烧结 ： 将初压成形的产品毛坯件送入烧结炉， 在 800下烧结 30min 制成半成 品件 ； 0058 4） 冷却 ： 将预烧结后的半成品件推入水冷区进行冷却 15min ； 0059 5） 复压复烧 ： 将冷却后的半成品件在压机中在 800MPa 下进行复压， 并在 1100下 烧结 30min 后， 进行冷却 20min ； 0060 6） 将制品进行后处理得到粉末冶金制品。 说 明 书 CN 103785837 A 5 4/5 页 6 0061 实施例 4 0062 一种粉末冶金复压复烧工艺， 包括以下步骤 ： 0063 1） 混合 ： 将铁基粉末按配比均匀混合 ； 0064 2） 初

21、压 ： 把混合好的铁基粉末送入压机， 由压机将所述的铁基粉末送入预设的产 品模具， 在 600MPa 下初压成形 ； 0065 3） 预烧结 ： 将初压成形的产品毛坯件送入烧结炉， 在 750下烧结 20min 制成半成 品件 ； 0066 4） 冷却 ： 将预烧结后的半成品件推入水冷区进行冷却 23min ； 0067 5） 复压复烧 ： 将冷却后的半成品件在压机中在 700MPa 下进行复压， 并在 980下 烧结 20min 后， 进行冷却 17min ； 0068 6） 将制品进行后处理得到粉末冶金制品。 0069 实施例 5 0070 一种粉末冶金复压复烧工艺， 包括以下步骤 ： 0

22、071 1） 混合 ： 将铁基粉末按配比均匀混合 ； 0072 2） 初压 ： 把混合好的铁基粉末送入压机， 由压机将所述的铁基粉末送入预设的产 品模具， 在 800MPa 下初压成形 ； 0073 3） 预烧结 ： 将初压成形的产品毛坯件送入烧结炉， 在 1000下烧结 45min 制成半 成品件 ； 0074 4） 冷却 ： 将预烧结后的半成品件推入水冷区进行冷却 25min ； 0075 5） 复压复烧 ： 将冷却后的半成品件在压机中在 920MPa 下进行复压， 并在 1320下 烧结 45min 后， 进行冷却 30min ； 0076 6） 将制品进行后处理得到粉末冶金制品。 00

23、77 将本发明工艺与普通压制 - 烧结工艺进行对比 ： 0078 普通压制 - 烧结工艺如下 ： 将混合粉末在一定压力下经模压成形后， 在钼丝炉中 氢气气氛下烧结， 压制压力为 600MPa， 烧结温度为 1100， 保温 30min 后推入水冷区冷却 25min 后出炉。 0079 表 1 本发明实施例和普通压制 - 烧结工艺烧结坯的性能对比 0080 烧结密度 /g/cm3 抗拉强度 /MPa 伸长率 /% 实施例 1 7.5 278.6 7.05 实施例 2 7.52 258 6.85 实施例 3 7.68 314 7.52 实施例 4 7.59 301 7.14 实施例 5 7.6 273 6.10 普通压制 - 烧结 7.22 213 2.26 说 明 书 CN 103785837 A 6 5/5 页 7 0081 申请人声明， 本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺步骤， 但本发明并不局 限于上述工艺步骤， 即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的 技术人员应该明了， 对本发明的任何改进， 对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的 添加、 具体方式的选择等， 均落在本发明的保护范围和公开范围之内。 说 明 书 CN 103785837 A 7