一種銅基粉末冶金零件的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及粉末冶金技術領域，具體指一種銅基粉末冶金零件的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著工業(yè)的發(fā)展，對零件的要求越來越高，受成本、交貨周期和噪音等方面的影響，機械加工的零件往往難以滿足要求。粉末冶金是一項能制造形狀復雜零件的技術，具有節(jié)省原材料、節(jié)能、省工的特點，適合于大批量生產(chǎn)。
[0003]目前，銅基粉末冶金技術主要用于生產(chǎn)軸承等經(jīng)常摩擦的材料，很少用于其它結(jié)構(gòu)零件，這是由于現(xiàn)有技術中銅基粉末冶金技術生產(chǎn)的零件性能相對較低，而成本較為昂貴。采用成形-預燒結(jié)-復壓-二次燒結(jié)的復壓復燒工藝可以提高粉末冶金零件的密度，其中，預燒結(jié)有兩個作用。一方面，對成形時已經(jīng)加工硬化的粉末進行退火，降低銅粉顆粒的屈服強度，利于二次壓制時提高密度；另一方面，脫出產(chǎn)品中的有機潤滑劑。潤滑劑會在產(chǎn)品中占據(jù)較大的空間，由于有機潤滑劑的密度較低，成形時這些潤滑劑難以壓縮，導致粉末冶金零件密度的提高受到限制。經(jīng)過預燒結(jié)后95%以上的潤滑劑都能夠脫出，這樣復壓時潤滑劑占據(jù)的位置就可以被壓縮，有利于提高粉末冶金零件的密度。然而，對于形狀復雜的零件，成形時需要使用價格昂貴的CNC壓機，且復壓時難以使每個臺階都致密或者難以選擇致密的部位。
[0004]其它材料的粉末冶金零件大都采用制粉、混合、包套、擠壓(鍛造)、機械加工等方式生產(chǎn)，零件的性能較好，甚至超過直接鍛造的零件，但是，零件的制造流程長、制造成本高，且零件的制造不是近凈成形工藝，粉末冶金工藝的優(yōu)勢得不到充分的發(fā)揮。對于機電應用零件，傳統(tǒng)的方法都是通過機械加工成形的。目前，機械加工零件的主要加工方法有銅材直接通過機械加工的方法成形以及通過冷擠壓成形。其中，機械加工的方法工序長、原材料利用率低，原材料利用率大約在40?60%之間，導致產(chǎn)品的生產(chǎn)成本高，且產(chǎn)品的一致性較差、生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)一致性好的產(chǎn)品的要求。而采用冷擠壓的方法成形，一般需要溫鍛制坯，然后冷擠壓成形，該方法可使材料的利用率達到90 %左右，且生產(chǎn)效率較高，但是，冷擠壓的方法對模具損耗較大，同樣存在生產(chǎn)成本高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的現(xiàn)狀，提供一種銅基粉末冶金零件的制備方法，該方法工藝步驟簡單、制備成本低、效率高，對模具損耗小，所制備的粉末冶金零件具有較高的精度及強度。
[0006]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種銅基粉末冶金零件的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
[0007](I)設計材料組成:按重量百分比計，所使用材料包含O?1.0%碳、O?15%錫、O?25%鎳、O?30%鋅、O?6%鉍，不超過2%的不可避免雜質(zhì)以及余量的銅；
[0008](2)混料:按照步驟(I)的材料組成，將各組分進行混合得到混合粉，并向該混合粉中加入占混料總質(zhì)量0.1?I %的潤滑劑；
[0009](3)壓制:將步驟(2)所得混合料在大于300MPa的壓力下，壓制成密度為6.0?7.4g/cm3的零件生還；
[0010](4)燒結(jié):將步驟(3)所得零件生坯在非氧化性氣氛中進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為700?1090°C，燒結(jié)時間為5?180min ；
[0011](5)擠壓:將步驟(4)所得零件生坯進行擠壓，擠壓深度為I?30_。
[0012]作為優(yōu)選，在步驟(4)完成后，步驟(5)開始前，在非氧化性氣氛中對燒結(jié)后的零件生坯進行退火處理，退火工藝為與同成分的銅合金相同。
[0013]優(yōu)選地，步驟(I)中所述的銅以銅粉、Cu-Sn合金、Cu-Ni合金、Cu-Zn合金、Cu-Bi合金中任意一種或多種的形式加入，當然也可以以銅的多元合金的形式加入。
[0014]優(yōu)選地，步驟(5)所述的擠壓過程中，采用的擠壓凸模包括導向段及連接于該導向段上端的定徑段，所述導向段成型為圓錐角為125°?130°的圓錐狀。
[0015]優(yōu)選地，步驟(5)所述的擠壓過程中，采用的擠壓凸模包括導向段及連接于該導向段上端的定徑段，所述導向段成型為上端大、下端小的圓錐臺狀，且該圓錐臺斷面的斜邊與底邊之間所成的銳角為3°?5°。
[0016]優(yōu)選地，步驟(5)所述的擠壓過程中，采用的擠壓凸模包括導向段及連接于該導向段上端的定徑段，所述導向段自上而下端面直徑逐漸減小且側(cè)面成型為圓弧面。
[0017]采用上述擠壓凸模的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要對零件生坯進行單面或雙面擠壓，在燒結(jié)后通過擠壓的方式在零件生坯上擠壓出所需的各種復雜面形，而現(xiàn)有技術中需要價格昂貴的CNC成型機才能完成。
[0018]優(yōu)選地，所述的非氧化性氣氛是指真空環(huán)境或含氫I?75vol%的氮氫氣氛。
[0019]作為優(yōu)選，步驟(5)中對零件生坯進行擠壓前先將零件生坯預熱至溫度高于室溫而低于900°C，以降低擠壓壓力，減少對模具的磨損。
[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0021]本發(fā)明結(jié)合了粉末冶金工藝與金屬擠壓成形的優(yōu)點，通過使用不同結(jié)構(gòu)的擠壓凸模，可以在燒結(jié)后擠壓制作各種形狀復雜的零件，而現(xiàn)有技術中制備形狀復雜的零件需要使用價格昂貴的CNC壓機，本發(fā)明的制備方法制備成本更低；
[0022]同時，由于在擠壓過程中，隨著凸模的移動，材料發(fā)生流動，從而提升了粉末冶金零件部分區(qū)域的密度，使所制備的粉末冶金零件具有較高的精度及強度，拓展了粉末冶金的應用領域；
[0023]由于采用粉末冶金工藝成形的毛坯零件形狀較為接近最終產(chǎn)品的形狀，因此擠壓余量小，對模具的損耗小，在一定程度上延長了模具的壽命較長；
[0024]另外，本發(fā)明的制備方法簡單，可根據(jù)所設計的材料組分靈活調(diào)整制備步驟，生產(chǎn)效率高。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實施例1、2中擠壓凸模的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實施例3、4中擠壓凸模的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實施例5、6中擠壓凸模的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4為圖1中擠壓凸模進行單面擠壓時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5為圖1中擠壓凸模進行雙面擠壓時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6為圖2中擠壓凸模進行單面擠壓時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖7為圖2中擠壓凸模進行雙面擠壓時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖8為圖3中擠壓凸模進行單面擠壓時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖9為圖3中擠壓凸模進行雙面擠壓時的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0034]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0035]實施例1:
[0036]本實施例中銅基粉末冶金零件的制備方法包括以下步驟:
[0037](I)設計材料組成:按重量百分比計，所使用材料由以下組分組成:0.15%碳、15%錫、不超過2%的不可避免雜質(zhì)以及余量的銅；
[0038](2)混料:按照步驟(I)的材料組成，將各組分進行混合得到混合粉，并向該混合粉中加入占混料總質(zhì)量0.1%的潤滑劑；其中，碳以石墨粉狀態(tài)加入，銅為霧化銅粉；
[0039](3)壓制:將步驟⑵所得混合料在400MPa的壓力下，壓制成密度為6.0g/cm3的零件生坯；
[0040](4)燒結(jié):將步驟(3)所得零件生坯在在含氫Ivol %的氮氫氣氛中進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為700°C，燒結(jié)時間為180min ；
[0041](5)擠壓:先將零件生坯預熱至50°C，然后將零件生坯進行擠壓，擠壓深度為4_;如圖1所示，所采用的擠壓凸模包括導向段及連接于該導向段上端的定徑段，導向段成型為圓錐角α為125°的圓錐狀；如圖4所示，圖4a、4b、4c分別為根據(jù)不同要求采用該擠壓凸模對零件生坯進行單面擠壓的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，4a’、4b’、4c’為根據(jù)不同要求采用該擠壓凸模對零件生坯進行單面擠壓的俯視圖，4a”、4b”、4c”為根據(jù)不同要求采用該擠壓凸模對零件生坯進行單面擠壓的剖視圖。
[0042]實施例2:
[0043]本實施例中銅基粉末冶金零件的制備方法包括以下步驟:
[0044](I)設計材料組成:按重量百分比計，所使用材料由以下組分組成:不超過2%的不可避免雜質(zhì)以及余量的銅；
[0045](2)混料:按照步驟(I)的材料組成，將各組分進行混合得到混合粉，并向該混合粉中加入占混料總質(zhì)量0.8%的潤滑劑；銅為霧化銅粉；
[0046](3)壓制:將步驟(2)所得混合料在500MPa的壓力下，壓制成密度為6.8g/cm3的零件生坯；
[0047](4)燒結(jié):將步驟(3)所得零件生坯在含氫1vol%的氮氫氣氛中進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1050°C，燒結(jié)時間為5min ；
[0048](5)擠壓:先將零件生坯預熱至100°C，然后將零件生坯進行擠壓，擠壓深度為1mm;如圖1所示，所采用的擠壓凸模包括導向段及連接于該導向段上端的定徑段，導向段成型為圓錐角α為130°的圓錐狀；如圖5所示，圖5a、5b、5c分別為根據(jù)不同要求采用該擠壓凸模對零件生坯進行雙面擠壓的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，5a’、5b’、5c’為根據(jù)不同要求采用該擠壓凸模對零件生坯進行雙面擠壓的俯視圖，5a”