一种高强度汽车零部件粉末冶金件及其制备方法.pdf

本发明涉及高强度汽车零部件粉末冶金件，按质量百分比计，其化学成分为C：0.25～0.35%，Ni：2.5～3.5%，Cu：1.7～2.6%，Mo：0.5～1.0%，P：0.3～0.75%，余量为Fe及不可避免的杂质。制备工艺流程为配料—混合—高温压制—烧结—高温烧结—热处理—抛光—光饰—成品检测—充油—打包，本发明重新设计了成分，改进了粉末冶金件的压制烧结工艺，获得了一种致密性更高的粉末冶金件，所对应制造的汽车零部件密度大，强度和表面硬度均得到了显著地增加。

权利要求书
1.  一种高强度汽车零部件粉末冶金件，其特征在于：按质量百分比计，其化学成分为C：0.25～0.35%，Ni：2.5～3.5%，Cu：1.7～2.6%，Mo：0.5～1.0%，P：0.3～0.75%，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.  根据权利要求1所述的高强度汽车零部件粉末冶金件，其特征在于：粉末原料包括：石墨：300目以细，镍粉：250目以细，铜粉：200目以细，钼粉：250目以细，磷粉：250目以细，铁粉：小于100目、大于150目的铁粉，占铁粉总质量的20～25%；小于150目、大于200目的铁粉，占铁粉总质量的25～35%；小于200目、大于325目的铁粉，占铁粉总质量的25～35%；325目以细的铁粉，占铁粉总质量的20～25%。

3.  根据权利要求1所述的高强度汽车零部件粉末冶金件，其特征在于：成品的密度为7.3～7.4g/cm3。

4.  一种制备权利要求1或2或3所述高强度汽车零部件粉末冶金件的方法，其特征在于：工艺流程为配料—混合—压制—烧结—高温烧结—热处理—抛光—光饰—成品检测—充油—打包，其中，
压制是在模具与粉料均保持在100℃±10℃的温度下进行的，压制工艺：压力：1000KN～1600KN；
烧结工艺：将压坯正常烧结，烧结温度：1120℃±5℃，烧结时间：5～8h；
高温烧结工艺：将压坯正常烧结后再进行高温烧结，高温烧结温度：1280℃±5℃，高温烧结时间：5～10h；
热处理：采用碳氮共渗热处理工艺，将坯料加热至900±15℃，保温70±10min，油淬；随后回火，回火加热温度250±10℃，回火保温时间90±10min；
充油：于负压状态下向产品内充入占粉末冶金件4%体积比的润滑油。

5.  根据权利要求4所述的高强度汽车零部件粉末冶金件的制备方法，其特征在于：所述热处理后，物料的表面硬度达到HRC25～30。

说明书一种高强度汽车零部件粉末冶金件及其制备方法
技术领域
本发明属于金属粉末冶金技术领域，具体涉及一种具有更高强度的汽车零部件粉末冶金件及其制备方法。
背景技术
粉末冶金作为高新技术产业，在现代工业发展中已起着不可缺少的作用。随着科技的进步与发展，我国粉末冶金已从50年代制作含油轴承的初级阶段，向着制作中、高强度的机械结构零件方向发展。用粉末冶金方法制造机械结构零件，有着少、无切削的特性，又能够自动化、大批量生产，所以用粉末冶金制造机械结构零件具有材料利用率高、能耗低、成本低等优点，而且基本没有环境污染，是公认的绿色技术。几十年来，我国粉末冶金技术突飞猛进，新材料、新产品不断涌现。
汽车用离合器盘毂芯是离合器的中心，承受着芯轴（花键）的持续或瞬间的正反扭动，需要有足够的强度，为保证使用寿命，还要有一定的表面硬度。目前生产“盘毂芯”（DK15）所用材料为45号钢，经锻造、机加工、热处理完成其制作，整个过程因其复杂的形状，机械加工强度非常大，材料耗损大。采用钢材加工每个基料重约270克，制成的成品约重75克，那么就有约195克金属废料。而用粉末冶金工艺制作相同的“盘毂芯”，成品重约70克，使用金属粉末约70.3克，材料的利用率非常高，而且基本不用机加工。
采用粉末冶金制作零部件也有其不足之处，即所制得零部件产品的密度达不到致密体钢材那么高，目前粉末冶金机械结构零件常规制作密度在6.8～7.0克/立方厘米之间，较低的密度限制了成品强度的提高，因而提高制品的密度也是粉末冶金一个永恒的追求。所以，在面临着“盘毂芯”这样一个高强度要求的零件时，用现有制作方法显然无法满足提高强度的要求，提高金属粉末冶金件的强度是摆在本领域技术人员面前的一道难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种高强度粉末冶金件及其制备方法，尤其适于作为汽车零部件制造，通过设计合金成分、配比，改善冶金工艺来提高粉末冶金件的密度和金相组织以达到提高冶金件强度的目的。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种高强度汽车零部件粉末冶金件，按质量百分比计，其化学成分为C：0.25～0.35%，Ni：2.5～3.5%，Cu：1.7～2.6%，Mo：0.8～1.0%，P：0.3～0.75%，余量为Fe及不可避免的杂质。
粉末原料的粒度具体为，：石墨：300目以细，镍粉：250目以细，铜粉：200目以细，钼粉：250目以细，磷粉：250目以细，铁粉：小于100目、大于150目的铁粉，占铁粉总质量的20～25%；小于150目、大于200目的铁粉，占铁粉总质量的25～35%；小于200目、大于325目的铁粉，占铁粉总质量的25～35%；325目以细的铁粉，占铁粉总质量的20～25%。
本发明所对应的粉末冶金件成品的密度为7.3～7.4g/cm3，与现有粉末冶金件相比，质地更加致密，密度有了显著提高，最终成品的强度也得到了明显提高。
本发明粉末冶金件的主要组分是这样确定的：
镍：可以在提高材料的强度和硬度的同时，明显改善材料的冲击韧性，使材料获得良好的综合力学性能，并能使材料具有较好的淬透性和耐磨性。
铜：在材料中除了有很好的固溶强化作用，还能起到活化烧结的作用，因此有利于提高材料的密度和强度。另外能改善材料的抗腐蚀、抗氧化性能。还能减少零件烧结时的收缩变形，有利于提高零件的几何尺寸精度。
磷：磷的原子半径为0.077nm,能与铁形成间隙式固溶体，间隙式固溶体引起的晶格畸变能高，因此强化的效果十分显著。综合而言，磷在材料中可起到固溶强化、孔隙球化和活化烧结的作用，能使材料获得较高的强度和密度，并使冲击韧性得到改善。
钼：有很强的细化晶粒的作用，对提高材料的强度、淬透性、红硬性有很明显的效果，并能有效地减少回火脆性。材料热处理时能获得较好的综合力学性能。
本发明的另一目的是提供上述高强度汽车零部件粉末冶金件的制备方法，工艺流程为配料—混合—压制—烧结—高温烧结—热处理—抛光—光饰—成品检测—充油—打包，其中，
混合是将配好的粉末物料投入至混合机，充分混匀；
压制是在模具与粉料均加温保持在100℃±10℃的温度下进行的，压制工艺：压力：1000KN～1600KN，与传统压制方法相比，高温压制显著提高压坯的密度；
烧结工艺：烧结温度：1120℃±5℃，烧结时间：5～8h，将压坯正常烧结；
高温烧结工艺：将压坯正常烧结后再进行高温烧结，高温烧结温度：1280℃±5℃，高温烧结时间：5～10h，此时坯料中的镍、钼元素充分合金化，元素的性能得到充分发挥，另外，高温烧结能够使产品的尺寸少量收缩，使密度得到提高，达到7.40g/cm3；
热处理：将工件加热至900±15℃，保温70±10min，油淬；随后回火，回火加热温度250±10℃，回火保温时间90±10min，通过碳氮共渗热处理，提高产品的表面硬度值HRC25～30；
抛光：去除产品毛刺；
光饰：提高产品表面光泽度；
充油：于负压状态下向产品内充入占粉末冶金件4%体积比的润滑油，提高产品在使用中的耐磨性。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过重新设计粉末冶金件的元素成分，提高粉末冶金件的致密度、提高强度和表面硬度。进一步地，主体合金元素除了多具备能提高材料的密度、强度、硬度及冲击韧性等综合力学性能外，关键是这些元素的组合还能够相互克服其自身的某些缺陷，如混合于铁粉与石墨粉混合粉中的细镍粉，通常烧结时不能充分扩散，但铜粉与磷粉的加入能使这种缺陷得到改善。在高温烧结过程中，使元素合金化，金相组织发育地更加成熟稳定。
与现有粉末冶金件相比，本发明重新设计了成分，改进了粉末冶金件的压制烧结工艺，获得了一种致密性更高的粉末冶金件，所对应制造的汽车零部件密度大，强度和表面硬度均得到了显著地增加。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例中的高强度汽车零部件“盘毂芯”粉末冶金件，按质量百分比计，其化学成分为C：0.3%，Ni：3%，Cu：2%，Mo：0.5%，P：0.5%，余量为Fe及不可避免的杂质。
元素组分所对应的原料包括石墨：300目以细，镍粉：250目以细，铜粉：200目以细，钼粉：250目以细，磷粉：250目以细，铁粉：小于100目、大于150目的铁粉，占铁粉总质量的20～25%；小于150目、大于200目的铁粉，占铁粉总质量的25～35%；小于200目、大于325目的铁粉，占铁粉总质量的25～35%；325目以细的铁粉，占铁粉总质量的20～25%。
上述高强度盘毂芯粉末冶金件的制备方法，工艺流程为配料—混合—压制—烧结—高温烧结—热处理—抛光—光饰—成品检测—充油—打包，其中，
混合是将配好的粉末物料投入至混合机，充分混匀；
压制是在模具与粉料均加温保持在100℃±10℃的温度下进行的，压制工艺：压力：1000KN～1600KN，高温压制显著提高压坯的密度至7.30～7.40g/cm3；
烧结工艺：烧结温度：1120℃±5℃，烧结时间：5h，将压坯正常烧结；
高温烧结工艺：将压坯正常烧结后再进行高温烧结，高温烧结温度：1280℃±5℃，高温烧结时间：5h，坯料密度达到7.40g/cm3；
热处理：将坯料加热至900℃，保温70min，油淬；随后回火，回火加热温度250℃，回火保温时间90min，通过碳氮共渗热处理，提高产品的表面硬度值HRC25～30；
抛光：去除产品毛刺；
光饰：提高产品表面光泽度；
成品检测：检测产品的尺寸、机械性能；
充油：于负压状态下向产品内充入占粉末冶金件4%体积比的润滑油，提高产品在使用中的耐磨性。
打包。
实施例2
本实施例中的高强度汽车零部件“盘毂芯”粉末冶金件，按质量百分比计，其化学成分为C：0.32%，Ni：2.8%，Cu：2.4%，Mo：0.8%，P：0.65%，余量为Fe及不可避免的杂质。
元素组分所对应的原料包括石墨：300目以细，镍粉：250目以细，铜粉：200目以细，钼粉：250目以细，磷粉：250目以细，铁粉：小于100目、大于150目的铁粉，占铁粉总质量的20～25%；小于150目、大于200目的铁粉，占铁粉总质量的25～35%；小于200目、大于325目的铁粉，占铁粉总质量的25～35%；325目以细的铁粉，占铁粉总质量的20～25%。
上述高强度盘毂芯粉末冶金件的制备方法，工艺流程为配料—混合—压制—烧结—高温烧结—热处理—抛光—光饰—成品检测—充油—打包，其中，
混合是将配好的粉末物料投入至混合机，充分混匀；
压制是在模具与粉料均加温保持在100℃±10℃的温度下进行的，压制工艺：压力：1000KN～1600KN，高温压制显著提高压坯的密度至7.20～7.30g/cm3；
烧结工艺：烧结温度：1120℃±5℃，烧结时间：5h，将压坯正常烧结；
高温烧结工艺：将压坯正常烧结后再进行高温烧结，高温烧结温度：1280℃±6℃，高温烧结时间：5h，坯料密度达到7.30～7.40g/cm3；
热处理：将坯料加热至900℃，保温70min，油淬；随后回火，回火加热温度250℃，回火保温时间90min，通过碳氮共渗热处理，提高产品的表面硬度值HRC25～30；
抛光：去除产品毛刺；
光饰：提高产品表面光泽度；
成品检测：检测产品的尺寸、机械性能；
充油：于负压状态下向产品内充入占粉末冶金件4%体积比的润滑油，提高产品在使用中的耐磨性。
打包。
实施例3
本实施例中的高强度汽车零部件“盘毂芯”粉末冶金件，按质量百分比计，其化学成分为C：0.28%，Ni：2.5%，Cu：1.8%，Mo：0.5%，P：0.35%，余量为Fe及不可避免的杂质。
元素组分所对应的原料包括石墨：300目以细，镍粉：250目以细，铜粉：200目以细，钼粉：250目以细，磷粉：250目以细，铁粉：小于100目、大于150目的铁粉，占铁粉总质量的20～25%；小于150目、大于200目的铁粉，占铁粉总质量的25～35%；小与200目、大于325目的铁粉，占铁粉总质量的25～35%；325目以细的铁粉，占铁粉总质量的20～25%。
上述高强度盘毂芯粉末冶金件的制备方法，工艺流程为配料—混合—压制—烧结—高温烧结—热处理—抛光—光饰—成品检测—充油—打包，其中，
混合是将配好的粉末物料投入至混合机，充分混匀；
压制是在模具与粉料均加温保持在100℃±10℃的温度下进行的，压制工艺：压力：1000KN～1600KN，高温压制显著提高压坯的密度至7.20～7.30g/cm3；
烧结工艺：烧结温度：1120℃±5℃，烧结时间：5h，将压坯正常烧结；
高温烧结工艺：将压坯正常烧结后再进行高温烧结，高温烧结温度：1280℃±5℃，高温烧结时间：5h，坯料密度达到7.30～7.40g/cm3；
热处理：将坯料加热至900℃，保温70min，油淬；随后回火，回火加热温度250℃，回火保温时间90min，通过碳氮共渗热处理，提高产品的表面硬度值HRC25～30；
抛光：去除产品毛刺；
光饰：提高产品表面光泽度；
成品检测：检测产品的尺寸、机械性能；
充油：于负压状态下向产品内充入占粉末冶金件4%体积比的润滑油，提高产品在使用中的耐磨性。
打包。