一种粉末冶金铝合金相位器转子的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于粉末冶金技术领域，具体是一种粉末冶金铝合金相位器转子的制备方 法，应用于发动机可变气门正时系统。
【背景技术】
[0002] 可变气门正时能优化气门特性参数，改善发动机进、排气性能，较好的满足发动机 在高转速与低转速、大负荷与小负荷时动力性、经济性、废气排放的要求，整体提高发动机 综合性能。按结构形式分类，液压连续可变相位器大体可分为叶片式和柱塞式两大类。叶 片式连续可变凸轮相位器系统通过内部油压作用于叶片使其偏转，实现了相位角的无级调 节，在相同的情况下，相位调节范围和响应速度方面有了大幅度提升，而且在起动、怠速等 的锁止装置也充分保障了系统的可靠性，使发动机性能获得相比其它相位器有更大的改 善。叶片式凸轮相位器的主要部件由定子和转子组成，定子与传动齿轮固定连接，后者通过 轴向中心螺栓与凸轮轴抗扭矩连接，其中，转子作为叶轮构成。
[0003] 目前在可变气门正时系统行业，叶片式相位器转子通常采用烧结钢或压铸、挤压 铝合金制造。烧结钢转子致密度大约在90%，存在连通的孔隙，可能发生油泄漏，精加工时 费用很高，较重。随着汽车轻量化的要求，出现了铝合金相位器转子，制造形式为压铸或挤 压型材后机加工，加工量大，加工成本高，材料利用率低，由于制造方法的限制，材料成分相 对固定，合金元素不能随意变化，不能制造含有高硅含量或含有碳化硅颗粒的产品。压铸件 存在一些固有缺陷，比如：在浇铸时，熔液前端的温度太低，相叠时产出痕迹（冷纹）；容易 产生气孔、缩孔等缺陷，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；大多数压铸铝合金不可热处理，所以强度不高。挤压变形铝合金转子可进行热处理 强化，力学性能较高，但生产工艺复杂，对于形状复杂及精度要求高的产品，需要进行大量 的机加工，生产成本高。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、生产效率高、成本低的粉末冶 金铝合金相位器转子的制备方法，可适合批量生产，制得的粉末冶金制相位器转子具有较 好的力学性能。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种粉末冶金铝合金相位器转子 的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：
[0006] 1)将铝粉、Al-Mg合金母粉、Al-Si合金母粉、Al-Fe合金母粉、铜粉、镍粉及有机润 滑剂按下述质量比例混合成混合粉，使得各元素在总组分中的质量百分含量为：铜1. 8~ 3. 0%，镁1. 0~2. 0%，铁1. 0~1. 5% ;镍0. 8~2. 0%，硅0. 1~0. 5%，有机润滑剂： 0. 8~1. 5%,不超过2%的不可避免杂质，余量为错；
[0007] 2)使用模具压制成形得到粉末冶金生坯，成形压力150~650MPa，成形密度 2. 20 ~2. 75g/cm3 ;
[0008] 3)将粉末冶金生坯置于烧结炉中进行烧结，烧结温度为530~635°C，烧结时间 30~90分钟，烧结还密度大于2. 60g/cm3 ;
[0009] 4)对烧结坯进行喷砂去毛刺；
[0010] 5)接着对烧结坯进行固溶处理，固溶温度450~560°C，固溶保温时间30~ 60min，淬火；
[0011] 6)将淬火处理后的烧结坯进行复压精整，复压精整变形量不小于15% ;
[0012] 7)对零件进行时效处理，时效温度为195~205°C，时效时间50~500分钟；
[0013] 8)最后对转子进行车削加工，达到最终尺寸要求。
[0014] 作为优选，所述步骤1)的有机润滑剂为蜡类或酰胺类润滑剂。
[0015] 作为优选，所述步骤2)的铝粉采用高纯度雾化铝粉，该雾化铝粉中氧含量小于 0. 3(wt) %，压制性能在250MPa下大于2. 60g/cm3,松装密度大于1. 05g/cm3,流速25~ 30s/50g，平均粒度为150±10μπι之间。
[0016] 作为优选，所述步骤2)的Al-Mg合金母粉中Mg含量为49~51 (wt) %，含氧量小 于0. 2 (wt) %，平均粒度为5~8 μ m ;A1-Si合金母粉中Si含量为18~38 (wt) %，含氧量 小于0. 2 (wt) %，平均粒度为10~15 μ m ;A1-Fe合金粉中Fe含量为9~11 (wt) %，含氧量 小于0. 2 (wt) %，平均粒度为10~15 μ m，铜粉为电解铜粉，铜含量彡99. 9 (wt) %，平均粒度 为8~10 μ m ;镍粉为羰基镍粉，镍含量彡99. 9 (wt) %，平度粒度为3. 0~5. 5 μ m。
[0017] 作为优选，所述步骤3)模具采用硬质合金阴模和高速钢模冲，成形压力为450~ 600MPa，成形密度大于2. 50g/cm3。
[0018] 作为改进，所述步骤4)烧结是在保护气氛下进行，保护气氛为高纯氮，氧含量低 于10PPM，露点低于-40°C，烧结温度为580~605°C，烧结炉为网带炉。
[0019] 再改进，所述步骤4)喷砂采用的磨料为氧化铝颗粒或钢砂，颗粒尺寸小于 200 μ m,喷砂时间大于30秒。
[0020] 再优选，所述步骤5)的固溶温度为450~560°C，淬火介质为水，淬火转移时间 < 10s。
[0021] 再优选，所述步骤6)的复压精整需在固溶-淬火处理后4小时内进行，复压精整 在整形压机上，在整形模具中进行全整形。
[0022] 再优选，所述步骤7)的时效处理需在复压精整后2小时内进行，时效处理的时间 为3~8h。
[0023] 与现有技术相比，本发明的优点在于：提供了一种材料利用率高，生产成本低，适 合于大批量生产的铝合金转子生产方法，与烧结钢材质的转子相比，铝合金粉压制性能好， 压制时所需压力仅为铁粉的一半，这样就使得压制模具具有较长的使用寿命，压制速度更 快，压制成本降低；烧结铝合金的的温度远低于烧结钢，烧结过程中能耗降低；烧结过程中 仅需要氮气作为保护气氛，经济效益提高；粉末冶金铝转子的加工性能更好，包括加工速度 更快，表面粗糙度好，刀具寿命长；在运输和存储过程中不需要进行表面防护处理。与压铸 或挤压铝合金转子相比，粉末冶金是一种近净成形的技术，铝合金原材料利用率高，生产效 率高，生产成本低。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明的粉末冶金铝合金相位器转子的外观示意图；
[0025] 图2(a)是本发明的粉末冶金铝合金相位器转子所用纯铝粉粉末颗粒形貌图；
[0026] 图2 (b)是本发明的粉末冶金铝合金相位器转子所用Al-Mg合金粉的粉末颗粒形 貌图；
[0027] 图2(c)是本发明的粉末冶金铝合金相位器转子所用Al-Si合金粉的粉末颗粒形 貌图；
[0028] 图2 (d)是本发明的粉末冶金铝合金相位器转子所用Al-Fe合金粉的粉末颗粒形 貌图；
[0029] 图2(e)是本发明的粉末冶金铝合金相位器转子所用电解铜粉的粉末颗粒形貌 图；
[0030] 图2(f)是本发明的粉末冶金铝合金相位器转子所用羰基镍粉的粉末颗粒形貌 图；
[0031] 图3是本发明的粉末冶金铝合金相位器转子烧结后的孔隙照片；
[0032] 图4是本发明的粉末冶金铝合金相位器转子热处理后的显微组织照片；
[0033] 图5是本发明的粉末冶金铝合金相位器转子热处理后的断口扫描照片。
【具体实施方式】
[0034] 根据本发明的特点，采用元素粉末进行配料设计铝铜镁铁镍系合金材料，元素粉 末通过混合后室温压制成型，然后在网带炉中烧结，烧结产品再进行固溶、整形、时效、机加 工、去毛刺处理，得到尺寸及性能均满足使用性能的相位器转子。
[0035] 实施例1 :
[0036] 1、将铝粉、高合金母粉（Al-Mg合金母粉、Al-Si合金母粉、Al-Fe合金母粉）、铜 粉、镍粉及有机润滑剂按下述质量比例混合，使得各元素在总组分中的质量百分含量为：铜 2. 0%，镁2.0%，铁1.0%;镍1.8%，硅0.25%，蜡类润滑剂：1.0%，不超过2%的不可避免 杂质，余量为铝；混料时采用双锥混料机，混料机转速为15rpm，混料时间30min。
[0037] 2、将混合均匀的转子材料粉末，在设计的模具中250MPa压强下压制成形得到粉 末冶金错转子生还，生还的成形密度为2. 60g/cm3。
[0038] 3、将压制成形的粉末冶金转子置于连续烧结炉的网带上进行烧结。烧结温度为 595°C，烧结气氛为高纯氮气，烧结时间60分钟，粉末冶金转子的烧结密度为2. 62g/cm3。
[0039] 4、烧结结束后进行喷砂去毛刺，所用砂子粒度小于200 μ m，喷砂时间大于30秒。
[0040] 5、去毛刺后粉末冶金转子进行固溶、淬火处理，固溶温度为515°C，固溶保温时间 为60min，淬火介质为水，淬火转移时间< 10s。
[0041] 6、将固溶-淬火处理后的转子在4小时内进行复压精整，复压精整在整形压机上， 在整形模具中进行全整形，整形变形量15%。大变形量的整形可矫正因烧结而引起的粉末 冶金转子的变形，使零件更接近图纸尺寸，同时为下一步的时效提供形变，缩短时效时间。
[0042] 7、经精整后的转子在2小时内进行时效处理，时效温度为195°C，时效时间8h，时 效后转子的显微组织见图4,断口形貌见图5,热处理后的力学性能如表1所示。
[0043] 8、按相位器转子图纸，对转子的进行精密车削。
[0044] 实施例1所制转子的力学性能与挤压方法制的转子性能对比如表1所示：粉末冶 金铝相位器转子室温及高温强度都均优于挤压方法所生产的转子，但延伸率及硬度稍低。<