一种压缩机用粉末冶金铝合金连杆的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于粉末冶金技术领域，具体是一种压缩机用粉末冶金铝合金连杆的制备 方法。
【背景技术】
[0002] 连杆在压缩机中的作用是将曲轴和活塞连接起来并进行力的传接，将曲轴的圆周 运动转变为活塞的直线往复运动。连杆的主要生产方法为锻造、粉末冶金、铸造，力学性能 以锻造最高，铸造最低，粉末冶金方法居中。相比锻造和铸造，粉末冶金具有机加工少，尺寸 精度高，组织均匀，偏析和夹杂少、生产效率高等优点，目前粉末冶金连杆以铁基材料为主。 与铝基材料相比，铁基材料力学性能较高，能够在较高的负载下工作，但难于生产出密度均 匀、致密度高（>90%理论密度）的零件，且铁的导热性相对较差，机加工过程中必须使用冷 却液。在表面封孔处理不彻底的情况下，冷却液会渗入到连杆基体中，在使用过程中又逐步 溢出。溢出的冷却液老化后会造成零件匹配或润滑异常，导致压缩机运行不正常，如噪声增 大，压力不正常等情况，甚至直接停机。采用铝合金连杆则能够避免以上问题，首先铝基材 料具有较好的压制性能，较低压力下成型密度就可以达到理论密度的95% (含润滑剂）以 上，且铝合金通常会有一定的烧结收缩，因此烧结后致密度可> 97%，此时孔隙球化，形成 闭孔，密封性能良好。铝的导热性能良好，仅次于铜、银，比铁高一个数量级，因此在机加工 过程中可采用吹气冷却，不需要加入冷却液，彻底避免冷却液渗入的问题。利用铝合金热导 率高的优点，在设计连杆的时候也可简化设计。铝的密度是铁的〇. 34倍，因此采用铝合金 连杆可以极大地降低压缩机工作时的功耗，提高能量利用率。
[0003] 除以上所述优点外，粉末冶金铝合金与传统铸造和压铸铝合金相比，表面与内部 缺陷少，组织均匀，晶粒细小，因为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，但烧结铝合金可以通过热处理（T6)，显著提高材料的强度和硬度。因此，粉末冶金铝 合金特别适合于服役条件要求更高的领域。采用粉末冶金方法制造铝合金连杆是一种简 单、高效、节能、环保的方法。
【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、材料利用率高、成本低的压缩 机用粉末冶金铝合金连杆的制备方法，可适合批量生产，制得的铝合金连杆具有较好的力 学性能。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种压缩机用粉末冶金铝合金连 杆的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：
[0006] 1)设计材料组成：错合金连杆的化学成分为：Cu :0. l_7wt %，Mg :0. l_3wt %, Si :0· l-6wt%，Zn :0· l-8wt%，Sn :0· 02-2wt%，其他细化晶粒助剂或烧结助剂含量小于 2wt%，A1为余量；
[0007] 2)按照上述成分配比，混合含有Al、Cu、Mg、Si、Zn、Sn元素的粉末，混合时添加粉 末质量〇. 5~2. 0%的粉末成型润滑剂；
[0008] 3)将上述混合粉在100-600MPa的压力下模压成形得到生;K，成形密度为2. 30~ 2. 65g/cm3；
[0009] 4)将成形生坯在250-470°C气氛保护或真空下进行脱蜡15-90分钟，脱除润滑剂， 气氛选择氮气、氦气或氢气中的任意一种；
[0010] 5)将脱除完润滑剂的生坯置于烧结炉中进行烧结，烧结温度为550-630°C，烧结 时间20-120分钟，烧结过程采用真空，氮气、氩气、氢气或其中两种、三种混合气体保护，烧 结后密度彡2. 50g/cm3。
[0011] 6)将烧结完成的铝合金连杆进行热处理，先进行固溶处理，固溶温度为 460-540°C，固溶时间为0. 5-8小时，水淬或盐水淬，接着进行时效处理，时效温度为20~ 200°C，时效时间为3-48小时；
[0012] 7)将热处理后的产品进行整形；
[0013] 8)将整形后的产品进行喷砂或刷毛处理；
[0014] 9)进行机加工，使产品尺寸满足图纸要求；
[0015] 10)根据产品使用要求决定是否需要进行阳极氧化处理或水洗钝化、表面涂覆表 面处理，提高产品的耐磨性。
[0016] 作为优选，所述步骤1)中铝合金连杆的化学成分为：Cu :0. 2-5wt %，Mg : 0· 4-2wt%，Si :0· 2-2wt%，Zn :0· l-6wt%，Sn :0· 05-1. 2%，其他细化晶粒助剂或烧结助剂 含量小于2wt%，A1为余量。
[0017] 作为优选，所述步骤2)的Cu、Mg、Si、Zn、Sn元素采用单质元素粉末或采用中间合 金、预合金粉末形式加入，中间合金或预合金粉末为Al-Cu、Al-Mg、Al-Si、Al-Zn-Mg-Cu或 者Cu-Sn合金粉，粉末的粒度为100~500目。
[0018] 作为优选，所述步骤2)的润滑剂为酰胺类润滑剂。
[0019] 再优选，所述步骤4)的气氛为氮气。
[0020] 作为改进，所述步骤4)、步骤5)可合并为一道工序，采用连续炉，在脱蜡与烧结之 间设置一过渡保温段，过渡保温段的温度为500~580°C，保温时间5~20分钟。
[0021] 作为改进，所述步骤5)的烧结炉为网带炉、箱式炉或真空炉
[0022] 优选地，所述步骤5)的烧结过程采用氮气作为保护气氛
[0023] 再改进，所述步骤6)可调整到步骤7)之后进行，并且所述步骤6)在连杆力学性 能满足使用要求的前提下可作为选项。
[0024] 进一步改进，所述步骤10)在连杆表面硬度或耐磨性满足要求的前提下作为选 项。
[0025] 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 合于大批量生产的压缩机用铝合金连杆的制备方法，连杆的材质组分配比科学合理，制备 工艺简单，具有加工量少、材料利用高的特点，降低了生产成本，提高生产效率，制得的连杆 比强度高，耐磨性能良好，有利于优化压缩机设计，提高压缩机效率。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明的粉末冶金铝合金连杆的结构示意图；
[0027] 图2是本发明实施例1中所用原材料Al、Al-Si、Cu、Al-Mg的粉末形貌照片；
[0028] 图3是本发明实施例1中烧结态的产品金相组织照片
[0029] 图4a是实施例1中烧结态的断口形貌SEM图；
[0030] 图4b是实施例1中热处理态的断口形貌SEM图；
[0031] 图5a是实施例1中烧结态的金相组织背散射形貌照片；
[0032] 图5b是实施例1中热处理态的金相组织背散射形貌照片。
【具体实施方式】
[0033] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0034] 实施例1
[0035] 1、混料：连杆的化学成分为 Cu :4. 5wt%，Mg :1. 2wt%，Si :0· 7wt%，Zn :0· lwt%， Sn:0.1wt% (质量分数），将4.5wt%粒度为325目的电解铜粉，2.8wt%粒度为500目的 Al-25Si合金粉，2. 4wt %粒度为100目的Al-50Mg合金粉，0. lwt %粒度为200目的锌粉， O.lwt%粒度为200目的锡粉，L4wt%润滑剂，88.7wt% 100目铝粉置于双锥混料机中，混 合45分钟，所使用粉末形貌如图2所示。
[0036] 2、成形：利用混合好的粉末在成型压机上按照图纸要求成型，成型压力在 150-400MPa，成型密度为 2. 60±0· 05g/cm3。
[0037] 3、脱蜡-烧结：将生坯在网带炉中连续进行脱腊、烧结，整个过程的保护气氛 为纯氮气，露点< _30°C。脱腊段温度为400°C，保温时间45分钟，脱蜡-烧结过渡段 温度为530°C，保温时间10分钟，烧结段温度为600°C，保温时间为1小时，烧结后密度 2. 65±0. 05g/cm3,烧结后金相组织如图3所示，孔隙尺寸较小彡50μπι，孔隙率约为2. 0~ 2. 5%。晶粒尺寸约为100μπι，沿晶界析出0(A12Cu)相，晶内弥散分布条状平衡析出相S 相（Al2CuMg)。断口如图4a所示，金相组织背散射形貌如图5a所示，可观察到大量的铜沿 晶界析出，韧窝、撕裂棱较多，说明烧结良好。
[0038] 4、热处理：将烧结态产品在500°C温度下固溶处理1小时，水淬，160°C时效8小 时，热处理后断口形貌如图4b所示，金相组织背散射形貌如图5b所示，与烧结态相比，韧窝 加深，撕裂棱较多，说明其力学性能提高。
[0039] 5、整形：将热处理完毕的连杆在整形模具中进行挤压变形，修正烧结、热处理产生 的变形，提高连杆的尺寸及形位公差。
[0040] 6、将整形后的产品进行喷砂或刷毛处理，去除脱蜡过程中产生的润滑剂分解产物 及烧结、热处理过程中产生的表面局部氧化物，提高产品的外观质量。
[0041] 7、机加工：根据连杆图纸尺寸要求，进行精加工，达到图纸要求。
[0042] 所制备得到的连杆热处理前后力学性能如表1所示。
[0043] 表 1
[0044]
[0045] 实施例2 :
[0046] 1、混料：连杆的化学成分为 Zn :5. 8wt%，Mg :2. 5wt%，Cu :1. 6wt%，Si :0· 2wt%， Sn :0· lwt % (质量分数），将 97. 6wt % 的 100 目 Al-5. 8 % Zn-2. 5 % Mg-1. 6 % Cu (质量分 数）预合金粉末，〇· 8wt %的Al-25Si合金粉，0· lwt %的锡粉，1. 5wt %润滑剂，置于双锥混 料机中，混合30分钟。
[0047] 2、成形：利用混合好的粉末在成型压机上按照图纸要求成型，成型压力在 450-600MPa，成型密度为 2. 55±0· 05g/cm3。
[0048] 3、脱蜡：生坯快速加热至420°C，保温30min，保护气氛为纯氮气，氮气露点 < -30°C，脱蜡后残碳量< 0. 05%。
[0049] 4、将脱蜡完的产品加热至605 °C，保温30min，保护气氛为纯氮气，氮气露点 彡-45°C，烧结密度为 2. 75±0· 05g/cm3。
[0050] 5、整形：将烧结态的连杆在整形模具中进行挤压变形，修正烧结产生的变形，提高 连杆的尺寸及形位公差。
[0051]