一种铝基粉末冶金零件的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及粉末冶金技术领域，具体指一种铝基粉末冶金零件的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着工业的发展，对零件的要求越来越高，受成本、交货周期和噪音等方面的影响，机械加工的零件往往难以满足要求。粉末冶金是一项能制造形状复杂零件的技术，具有节省原材料、节能、省工的特点，适合于大批量生产。
[0003]近年来，越来越多的零件使用铝基烧结合金，通用汽车早在1993年即使用了铝基烧结轴承盖，迄今已使用数千万件，未发生失效的情况。然而，目前在汽车上应用的粉末冶金结构零件主要为铁基零件，铝基粉末冶金零件较为少见。与铁基相比，铝的比强度更高，这显示了铝基粉末冶金零件在汽车上具有广泛的应用前景。铝基粉末冶金零件除了在轻量化方面具有优势外，在零件的后处理方面也具有优势，例如零件的防锈和退磁方面。
[0004]短流程的压铸技术广泛应用于铝合金零件的生产，但短流程的压铸技术存在毛坯加工量大、加工成本高、材料利用率低的缺点，且由于制造方法的限制，铝合金零件的材料成分相对固定，合金元素不能随意变化，不易制造含有高硅含量的产品。同时，压铸件也存在一些固有缺陷，比如:在浇铸时，熔液前端的温度太低，相变时会产生痕迹或冷纹；容易产生气孔、缩孔等缺陷，且显微组织不均匀，表面晶粒较细，心部晶粒粗大，严重影响零件的力学性能；大多数压铸铝合金由于不可进行热处理而强度不高。
[0005]现有技术中，生产铝基烧结零件的主要粉末冶金工艺有压制烧结，冷等静压毛坯的挤压、锻压成形，喷射沉积，热等静压等。然而，精密锻造、冷挤压和普通粉末冶金尺寸工艺复杂、生产效率低，难以满足汽车等行业大批量的需求，同时，上述工艺制备的铝合金零件精度也较低，无法满足生产中对零部件精度越来越高的需求。
[0006]因此，对于目前铝基粉末冶金零件的制备方法，有待于做进一步的改进。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种铝基粉末冶金零件的制备方法，该制备方法工艺简单、生产效率高，所制备的铝基粉末冶金零件具有较高的强度和精度，且制备过程中对模具损耗低，降低了零件的生产成本。
[0008]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种铝基粉末冶金零件的制备方法，其特征在于包括以下步骤:
[0009](I)设计材料组成:按重量百分比计，所使用材料包含铜O?6.0%，镁O?6.0%，锌O?7.5%，硅O?30%，锰O?2.0%，钒O?1.0%，不超过2%的不可避免杂质，余量为铝；
[0010](2)混料:按照步骤(I)的材料组成，将各组分进行混合得到混合粉，并向该混合粉中加入占混料总质量0.2?2%的有机润滑剂；
[0011](3)压制:将步骤(2)所得混料在大于200?700MPa的压力下，压制成密度大于2.20g/cm3的零件生还；
[0012](4)烧结:将步骤(3)所得零件生坯在非氧化性气氛中进行烧结，烧结温度为550?660°C，烧结时间大于1min ；
[0013](5)烧结后处理:对步骤(4)所得烧结坯进行喷砂去毛刺处理；
[0014](6)挤压:将步骤(5)所得零件生坯进行挤压，挤压深度为I?30_。
[0015]作为本发明的进一步改进，步骤(I)中所述的铝以铝粉、Al-Mg合金、Al-Si合金、Al-Zn合金、Al-Mn合金、Al-V合金中任意一种或多种的形式加入。
[0016]再进一步，所述的铝粉采为雾化铝粉，该雾化铝粉中氧含量小于0.02%，硅含量小于0.05%，该雾化铝粉的压制性能在250MPa下大于2.60g/cm3，该雾化铝粉的松装密度大于1.05g/cm3，该雾化铝粉的粒度范围为10?150 μ m。
[0017]作为改进，所述Al-Mg合金、Al-Si合金、Al-Zn合金、Al-Mn合金、Al-V合金中任意一种的含氧量小于0.02%，粒度小于10 μ m。
[0018]作为优选，步骤(3)中零件生坯的成型压力为250?620MPa。
[0019]优选地，步骤￠)中对零件生坯进行挤压前先将零件生坯预热至温度高于室温而低于520°C。
[0020]再改进，步骤(6)完成后，对零件进行固溶、淬火、形变及时效处理，固溶处理的温度为450?550°C、时间大于20min ;淬火介质为水或油；形变率O?5%;时效为形变时效、自然时效、双极时效、于120?180°C下进行人工峰时效中的一种，双极时效的一级时效温度为170?250°C，二级时效温度为120?180°C。
[0021]在上述各方案中，步骤(6)所述的挤压过程中，采用的挤压凸模包括导向段及连接于该导向段上端的定径段，所述导向段成型为圆锥角为125°?130°的圆锥状。
[0022]优选地，步骤(6)所述的挤压过程中，采用的挤压凸模包括导向段及连接于该导向段上端的定径段，所述导向段成型为上端大、下端小的圆锥台状，且该圆锥台断面的斜边与底边之间所成的锐角为3°?5°。
[0023]优选地，步骤(6)所述的挤压过程中，采用的挤压凸模包括导向段及连接于该导向段上端的定径段，所述导向段自上而下端面直径逐渐减小且侧面成型为圆弧面。
[0024]在上述各方案中，所述的非氧化性气氛是氧含量低于10PPM、露点低于_40°C的氮气或氩气气氛。
[0025]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0026]本发明结合了粉末冶金工艺与金属挤压成形的优点，通过使用不同结构的挤压凸模，可以在烧结后挤压制作各种形状复杂的零件，而现有技术中制备形状复杂的零件需要使用价格昂贵的CNC压机，本发明的制备方法制备成本更低；
[0027]同时，由于在挤压过程中，凸模不断移动，使材料发生流动，从而提升了粉末冶金零件部分区域的密度，使所制备的粉末冶金金的应用零件具有较高的精度及强度，且挤压时可以加工出具有端面台阶的产品，拓展了粉末冶领域；
[0028]由于采用粉末冶金工艺成形的毛坯零件形状较为接近最终产品的形状，因此挤压余量小，对模具的损耗小，在一定程度上延长了模具的寿命较长，降低了成本；并且，粉末冶金是一种近净成形的技术，使铝合金原材料的利用率得到有效提高；
[0029]本发明的制备方法简单，生产效率高，所选用的材料配比可以根据需要进行调节，而铝以铝粉、Al-Mg合金、Al-Si合金、Al-Zn合金、Al-Mn合金、Al-V合金中任意一种或多种的形式加入，进一步为材料中各组分的含量调节提供了便利。
【附图说明】
[0030]图1为本发明实施例1、2中挤压凸模的结构示意图；
[0031]图2为本发明实施例3、4中挤压凸模的结构示意图；
[0032]图3为本发明实施例5、6中挤压凸模的结构示意图；
[0033]图4为图1中挤压凸模进行单面挤压时的结构示意图；
[0034]图5为图1中挤压凸模进行双面挤压时的结构示意图；
[0035]图6为图2中挤压凸模进行单面挤压时的结构示意图；
[0036]图7为图2中挤压凸模进行双面挤压时的结构示意图；
[0037]图8为图3中挤压凸模进行单面挤压时的结构示意图；
[0038]图9为图3中挤压凸模进行双面挤压时的结构示意图；
[0039]图10为零件生坯未挤压变形的形貌图；
[0040]图11为本发明实施例1中零件生坯挤压变形后的组织结构图。
【具体实施方式】
[0041]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0042]实施例1:
[0043]本实施例中铝基粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤:
[0044](I)设计材料组成:按重量百分比计，所使用材料为雾化铝粉，雾化铝粉中氧含量小于0.02%，硅含量小于0.05%，该雾化铝粉的压制性能在250MPa下大于2.60g/cm3，该雾化铝粉的松装密度大于1.05g/cm3，该雾化铝粉的粒度范围为10?150 ym ;
[0045](2)混料:按照步骤(I)的材料组成，将各组分进行混合得到混合粉，并向