一种粉末冶金缸体的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明粉末冶金缸体的制造方法，尤其指压缩机缸体的制造方法。
【背景技术】
[0002]目前在压缩机行业，大功率的压缩机采用铸造毛坯进行机加工。机加工的方法速度较慢，材料利用率低，产品一致性差。缸体与支座配合，一般压缩机装配，通过将缸体或支座焊接在压缩机壳体上。加工完的产品在装配时采用焊接方式装配。对于铸铁的焊接，由于是常规材料，一般压缩机厂均没有大的工艺问题，焊接质量及焊接强度均能够较好的保证。但是对于粉末冶金零件，由于存在孔隙，孔隙的数量、形态和分布影响材料的物理性能如热传导率、热膨胀率和淬硬性等，这些物理性能直接影响材料可焊性，使焊接较同成份的冶铸材料相比难度加大。在普通焊接冷却过程中焊缝收缩产生较大的张应力。在张应力的作用下由于粉末冶金材料的延伸率较低，往往产生裂纹，焊接强度降低，甚至无法完成焊接过程。焊接性的问题影响了粉末冶金缸体在压缩机中的应用，尤其是需要焊接装配的大功率压缩机。
[0003]对于支座零件，ZL200810163887.0, ZL200810163886.6的专利，将支座分为两个部分，外层为焊接性良好的材料，一般为低碳的材料或高密度的粉末冶金生坯，内层为高碳的生坯，内外层采用烧结钎焊或烧结后激光焊接的方式连接在一起。采用粉末冶金烧结钎焊方法而将过渡块与支座基体实现焊接在一起，达到了支座基体位置高且定位精度准确及连接强度好的要求；整个焊接过程简单并易于操作。但是存在着整体性较差，模具数量较多，零件较多，存在批量生产难以协调的问题。而缸体形状简单，要求整体性好，难以通过分割方式进行结构优化。
[0004]而对于缸体，囿于焊接问题，粉末冶金工艺只能生产功率较小且焊接缸体装配的压缩机，市场受到很大的限制。对于铁基粉末冶金材料，提高产品密度是改善焊接性一个重要的方向。一般而言，密度大于7.3g/cm3的粉末冶金材料的焊接性与普通钢材相当。但是密度的提高，受制于产品的功能、化学成分、铁粉性能、成形工艺、烧结工艺和后加工工艺(粉末热锻等)，因此，与铸铁制造的零件相比，产品的成本增加，粉末冶金工艺根本，没有竞争优势。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种制作方便、工艺简单且生产成本低的粉末冶金缸体的制造方法。
[0006]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种粉末冶金缸体的制造方法，其特征在于依次包括如下步骤:
[0007]I)设计材料组成:支座采用的材料为烧结钢，成分为碳:0?1.2%，铜:0?5%，镍:0?2%，钥:0?2%，铬:0?3%，锰:0?3%，不超过2%的不可避免的杂质，铁:余量，上述的百分比为质量百分比；
[0008]其中，铬、钥、铜、镍、锰以铁合金或母合金或元素粉的形式加入，碳以石墨形式加入，然后加入质量百分比含量为0.1?1%的润滑剂；
[0009]2)将上述混合粉在压机上压制成密度为6.2?7.2g/cm3的缸体生坯，压制压力大于 400MPa ；
[0010]3)将支座生坯在温度1000°C?1350°C中进行烧结，烧结的时间为5?180分钟；
[0011]4)在非氧化性气氛中进行退火，退火温度为750?1080°C，退火保温时间5?200分钟退火，对于烧结后硬度低于HRB100的支座，退火工序可以作为选项；
[0012]5)挤压:通过挤压成型机或精整压机改装的压机上进行挤压，其最大挤压变形量在直径方向上大于等于2%，挤压模阴模和芯棒至少分为导向段和定径段两个部分；
[0013]6)根据零件尺寸要求，加工端面和内径，并对加工后根据零件要求进行蒸汽处理；蒸汽处理的温度为550?570°C，保温70?90分钟，蒸汽处理步骤在支座气密性满足要求的条件下可以作为选项。
[0014]作为改进，所述步骤I)中的润滑剂及石墨采用粘接处理方式加入。
[0015]作为改进，所述步骤2)的压制是采用温压成形或模具加热成形。
[0016]作为改进，所述步骤3)的烧结在真空烧结炉中进行或者是氮气为基础、氢气的比例为I?90vol%的烧结炉中进行。
[0017]作为改进，所述步骤4)退火后，从退火温度到300°C之间的冷却速度小于2°C /S。
[0018]再改进，所述步骤3)、步骤4)的烧结和退火两道工序可以合二为一，在烧结结束后将温度控制在退火温度进行保温，按照退火的时间和冷却要求降到室温即可。
[0019]再改进，所述步骤5)的挤压在精整压机上进行，挤压为均匀挤压或非均匀挤压，
[0020]再改进，所述步骤6)的蒸汽处理的温度为560°C，保温80分钟。
[0021]与现有技术相比，本发明的优点在于:制作工艺简单，具有精度高、内外表面光洁度好的特点，有效地消除了烧结焊接或烧结后激光焊接零件过多的难题，减少焊料，从而降低了生产成本，提高了生产效率。与传统粉末冶金工艺相比，产品的密度更高，局部区域密度可以超过7.60g/cm3，接近锻造钢的水平，表面相对密度可以达到99%以上，基本实现表面致密化，这样可以保证零件焊接时不需调整焊接工艺，按照普通钢材进行焊接组装，与传统的铸造零件相比，强度更高，零件精度更高，减少了大量的机加工工序。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的双耳型缸体的结构示意图；
[0023]图2为本发明的单耳型缸体的结构示意图；
[0024]图3为挤压阴模示意图；
[0025]图4为挤压后缸体外圆周的孔隙照片；
[0026]图5为密度与力学性能的关系曲线。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0028]实施例一:
[0029]1、准备好原料，即铁铬钥和碳的混合粉，其配比为:铁合金(铬为3.0%，钥为0.5%,不可避免的其他物质，小于1%,铁为余量)为99.0% ;碳为0.40%,然后加入含量为0.60%的润滑剂；
[0030]其中，铬、钥以铁合金或母合金或元素粉的形式加入，碳以石墨形式加入，然后加入润滑剂；润滑剂及石墨采用粘接处理方式加入；
[0031]2、将上述混合粉在600MPa的压力下压制为密度6.65g/cm3的缸体生坯；压制是采用温压成形或模具加热成形；
[0032]3、烧结，将该缸体零件在温度1200°C中进行烧结，烧结的时间为20分钟，烧结在真空烧结炉中进行；
[0033]4、退火:退火温度为850°C ;气氛为氮气，退火保温时间为60分钟，退火后从退火温度到3oo°c之间的冷却速度为ο.rc /S；
[0034]5、挤压(精整):通过挤压成型机或精整压机改装的压机上进行挤压，挤压变形量在直径方向上大于2%，即挤压变形量(0)烧结件-0)_件)/0)烧结件\100%彡2%，;挤压模阴模3和芯棒至少分为导向段31和定径段32两个部分；
[0035]6、蒸汽处理:根据零件尺寸要求，加工端面和内径，并对加工后根据零件要求进行蒸汽处理，蒸汽处理温度为560°C，保温80分钟。
[0036]将缸体I外圆周切割抛光，其孔隙照片见图4，从图4可以看出，缸体I外圆周基本实现致密化。
[0037]7、测量外表面的粗糙度，挤压表面的Ra为0.1，Rz为1.65，未挤压的表面为Ra为
0.9，Rz为6.5，粗糙度明显得到改善。
[0038]实施例二:
[0039]1、准备好原料，即铁铬钥和碳的混合粉，其配比为:铁合金粉(铬为3.0%，钥为
0.5%，不可避免的其他物质，小于1%，铁为余量)为50%，纯铁粉为49.3% ;碳为0.3%,然后加入含量为0.4%的润滑剂；
[0040]其中，铬、钥以铁合金或母合金或元素粉的形式加入，碳以石墨形式加入，然后加入润滑剂；润滑剂及石墨采用粘接处理方式加入；
[0041]2、将上述混合粉在600MPa的压力下压制为密度6.8g/cm3的缸体生坯；压制是采用温压成形；
[0042]3、烧结，将该缸体零件在温度1120°C中进行烧结，烧结的时间为20分钟，烧结在以氮气为基础、氢气的比例在1vol%的烧结炉中进行；
[0043]4、挤压(精整):通过挤压成型机或精整压机改装的压机上进行挤压，挤压变形量在直径方向上大于6%,即挤压变形量(Φ烧结件-Φ挤压件)/Φ烧结件X 100%彡6% ;挤压模阴模3至少分为两个部分:导向段31和定径段32 ；
[0044]5、蒸汽处理:根据零件尺寸要求，加工端面和内径，并对加工后根据零件要求进行蒸汽处理，蒸汽处理温度为560°C，保温80分钟。
[0045]6、测量外表面的粗糙度，挤压表面的Ra为0.13，Rz为1.60，未挤压的表面为Ra为
0.9，Rz为6.5，粗糙度明显得到改善。
[0046]实施例三:
[0047]1、准备好原料，即铁和碳的混合粉:铁粉(不可避免的其他物质小于1%，铁为余量)为99.0% ;碳为0.5%，然后加入含量为0.5%的润滑剂；
[0048]碳以石墨形式加入，然后加入润滑剂；润滑剂及石墨采用粘接处理方式加入；
[0049]2、将上述混合粉在600MPa的压力下温压为密度7.10g/cm3的缸体生坯；压制是采用温压成形或模具加热成形；
[0050]4、烧结，将该缸体零件在温度1120°C中进行烧结，烧结的保温时间为30分钟；
[0051]5、挤压(精整):通过挤压成型机或精整压机改装的压机上进行挤压，挤压变形量在直径方向上大于4%,即(Φ烧结件-Φ挤压件)/Φ烧结件X 100%彡4% ;挤压模阴模3至少分为两个部分:导向段31和定径段32 ；
[0052]6、蒸汽处理:根据零件尺寸要求，加工端面和内径，并对加工后根据零件要求进行蒸汽处理，蒸汽处理温度为560°C，保温80分钟。
[0053]7、测量外表面的粗糙度，挤压表面的Ra为0.14，Rz为1.69，未挤压的表面为Ra为
0.9，Rz为6.5，粗糙度明显得到