技术领域本发明涉及一种铁基粉末冶金材料配方及其相关混合、成形、烧结、整形工艺。
背景技术：
粉末冶金是一门新兴材料工艺技术，在节能和经济成本效益具有较其它方法明显优势。粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本，用粉末冶金方法制造产品时，金属的损耗只有1-5%，而用一般熔铸或机加工方法生产时，金属的损耗可能会达到95%；另外粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的大批产品，特别是齿轮、带轮等加工费用高的产品，用粉末冶金法制造能大大降低生产成本，具有良好的经济效益。汽车工业中使用粉末冶金产品比例在逐年提升，例如美国平均每辆轿车粉末冶金用量将近30公斤。而中国国内用量约是6公斤，这主要是我国粉末冶金起步晚，在很多的具体粉末冶金技术存在问题从而制约行业本身的扩展，仍然停留在机加工高能耗和高成本低效的方式。本发明在配方技术方面一定程度上填补国内此类空白，进而在提升粉末冶金应用方面拓展更多空间。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对高度高(>20毫米)、高密度(>6.9g/cm3)产品与机加工比较出现尺寸精度低，不能满足客户需求应用面窄的情况。采用本发明的配方和工艺技术可以大幅提高产品精度，与机加工零件抗衡，效率高成本低具有明显的优势。本发明的具体技术方案是一种铁基粉末冶金材料配方，由雾化铁粉、铜粉、石墨粉、硬脂酸锌、聚乙烯超细微粉蜡均匀混合而成，其原料组成按重量份为计量单位包括铜粉0.02—3%；石墨粉0—0.9%；硬脂酸锌0.3—1%；聚乙烯超细微粉蜡0—0.4%；其余为雾化纯铁粉。与现有技术相比，本发明采用硬脂酸锌+聚乙烯超细微粉蜡的特定粉末冶金成形、脱模润滑配方，充分和弥补硬脂酸锌与聚乙烯超细微粉蜡各自优缺点。硬脂酸锌对于普通的粉末冶金成形优点是可增加粉末流动性和松装密度，脱模阻力小；其缺点是用量增加后成形密度降低，烧结不易挥发且有残留物，烧结尺寸变形大。本发明首次采用聚乙烯超细微粉蜡应用于粉末冶金，取得不错效果。聚乙烯微粉蜡的优点是：熔点100—120℃低，在高压摩擦剪切作用下转变为液态润湿粉末和模壁可以大大提高产品密度，且烧结容易挥发无残留物；其缺点是会降低粉末流动性和松装密度。本发明还提出了上述铁基粉末冶金材料配方的成型、烧结工艺，步骤如下：步骤一，混合：先确定好混料总量，要求每批次〉200公斤，主要目的是可以将微粉蜡与铁粉充分碾碎可实现高密度成形效果；先将雾化铁粉取20%与全部铜粉、石墨粉在搅拌机预混10分钟然后再将剩余的雾化铁粉、全部的硬脂酸锌、全部的聚乙烯超细微分蜡继续搅拌混合40分钟。混合完成后用事宜容器装起并放置2小时后可使用。混合好的粉末必须有湿度管制进行仓储，也须在3天内使用。]步骤二，成形：使用混合好的上述配方粉末送入压机,由压机根据以下的加工参数实现压坯成形。成形加工参数：成形速度控制5—15只/分钟；两头分段密度差<0.05g/cm3；重量波动公差<1.5%产品单重；模具采用硬质合金材质，模腔抛光粗糙度小于0.2μm。这些参数是实现粉末冶金高精度高密度产品的必要条件。步骤三，烧结：将成形坯整齐摆放在陶瓷平板上，产品及平板按照规定放入烧结网带上；网带粉末冶金烧结炉依据特定的烧结参数进行烧结，经过烧结后成形坯变成具有高强度的烧结半成品。烧结加工参数：预热脱蜡段温度600--850℃，脱蜡时间2—3小时；高温烧结段温度1100--1150℃，保温时间40—70分钟；炉膛保护气是90%氮气+10%氢气。步骤四，整形：将烧结好的半成品放入整形模具进行尺寸精密校正，达到设计所需的公差精度。整形加工参数：整形速度控制5—20只/分钟；整形介质采用水基专用整形液；模具采用硬质合金材质，模腔抛光粗糙度小于0.2μm。综上，上述工艺流程是配料、混合、成形、烧结、整形。采用本发明的铁基粉末冶金材料配方及其成型、烧结工艺，可以实现生产高度大于20毫米，高密度>6.9g/cm3产品。其尺寸精度可以达到IT4---6级。在这些等级存在高低现象，主要原因是加工模具和烧结条件综合因素的影响。这些精度等级比常规粉末冶金生产高；高密度可以大大提升零件硬度和强度，大大提升的粉末冶金产品的应用范围。具体实施方式实施例以汽车上的粉末冶金机油泵齿轮、水泵带轮零件为例。油泵齿轮、水泵带轮在齿形精度必须小于6级，否则运转起来会产生很大噪音、抖动等不良影响；密度要大于6.9g/cm3,否则强度不足影响零件寿命、有功能缺陷。此两类零件采用本发明的铁基粉末冶金材料配方及成型、烧结工艺：其原料组成按重量份为计量单位包括铜粉0.02—3%；石墨粉0—0.9%；硬脂酸锌0.3—1%；聚乙烯超细微粉蜡0—0.4%；其余为雾化纯铁粉。步骤一混合工艺：采用双锥型混料机1000公斤/炉，先将雾化铁粉取200公斤与规定配比的全部铜粉、石墨粉在搅拌机预混10分钟然后再将剩余的766公斤雾化铁粉、规定配比全部的硬脂酸锌、全部的聚乙烯超细微分蜡继续搅拌混合40分钟。混合完成后用专用粉斗装起并放置5小时使用。步骤二，成形：使用混合好的上述配方粉末送入压机,由压机根据以下的加工参数实现压坯成形。成形加工参数：成形速度控制8只/分钟；密度6.9—7.10g/cm3；两头分段密度差<0.05g/cm3且确保压坯无裂纹；重量波动公差<1.5%产品单重；模具采用硬质合金材质，模腔抛光粗糙度小于0.2μm，模腔齿形精度4—5级。步骤三，烧结：将成形坯整齐摆放在陶瓷平板上，产品及平板按照规定放入烧结网带上；网带粉末冶金烧结炉依据特定的烧结参数进行烧结，经过烧结后成形坯变成具有高强度的烧结半成品。烧结加工参数：预热脱蜡段温度600--850℃，脱蜡时间3小时；高温烧结段温度1120℃，保温时间50分钟；炉膛保护气是90%氮气+10%氢气。步骤四，整形：将烧结好的半成品放入整形模具进行整形尺寸和光洁度精密校正。整形加工参数：整形速度控制20只/分钟；整形介质采用水基专用整形液；模具采用硬质合金材质，模腔抛光粗糙度小于0.2μm；模腔齿形精度4—5级。经过以上的工艺流程：配料、混合、成形、烧结、整形，可以实现生产高度大于20毫米，高密度>6.9g/cm3其尺寸精度可以达到IT4---6级的产品。由于国内模具制造水平原因，齿形精度只能达到4—5级，而采用本专利技术后齿轮精度可达6级，可以达到产品性能要求。如果按常规方法制造，零件的密度一般在6.85g/cm3左右，尺寸变形大齿形精度只能达到8—10级精度那远不能满足客户要求。