烧结尺寸变化率小的零件用铁铜合金粉末及其制备方法

摘要

本发明公开了一种烧结尺寸变化率小的零件用铁铜合金粉末及其制备方法，其特征在于，按质量百分比计，该混合粉末的成分为300W+0.5％Cu+1.0％C+0.6％微蜡粉；其烧结尺寸变化率为0.025％，最大横向抗弯强度为967.23MPa，最高的表观硬度为80HRB。通过调节胶体石墨和纯铜粉的比例以及调整合金粉末的成分，最终生产出一种烧结前后可以近净成型的铁铜合金粉，在将零件烧结前后测尺寸变化率降低的同时，最大程度地保持了零件的抗弯强度和硬度，不但可以降低后期对零件的机加工成本，而且可以避免加工过程中对零件性能的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术，尤其是一种烧结尺寸变化率小的零件用铁铜合金粉末及其制备方法。

背景技术

铁铜合金是机械零件常用的合金材料，通过粉末冶金合成的铁铜合金因其配比、制作工艺不同而获得不同特性的产品结果。如专利公开号为 CN102554216A，一种水雾化铁铜合金粉末及制造方法，公开了一种用于提高粉末冶金零件尺寸精度的水雾化铁铜合金粉末及制造方法，化学成份组成为：C：0～0.1％，Si：0～0.3％，Mn：0.05～0.5％，P：0～0.05，S：0～0.05％，Cu：5～ 45％，其余为铁；制造方法包括以下步骤：包括冶炼、水雾化、烘干、还原、破碎；作为Fe-Cu-C、Fe-Ni-Mo-Cu-C等系列含铜粉末冶金零件的铜元素添加剂，具有比电解铜粉更优异的烧结尺寸变化稳定性。又如专利公开号为 CN106670454A本发明公开了一种铁铜合金粉末及其制备方法，所述铁铜合金粉末按质量百分比由以下原料组成：氧化铜粉10-30％，铁铜预合金粉70-90％。所述制备方法选用经焙烧、破碎制得的氧化铜粉，与铁铜预合金粉按比例均匀混合后在还原性气氛中进行活性扩散烧结，烧结后进行破碎筛分，最终制备得到所述铁铜合金粉末。该铁铜合金粉末具有较低的松装密度及较好的成型性。

但随着粉末冶金行业的发展，为了减少烧结后样品的机加工，以降低成本，提高生产效率，一种在烧结前后零件尺寸变化很小的新型粉末开始得到越来越多的关注。通过调整合金粉末的成分，可以将零件烧结前后测尺寸变化率降到最低，不但可以降低后期对零件的机加工成本，而且可以避免加工过程中对零件性能的影响。

发明内容

本发明的目的是为了减少烧结后样品的机加工，提供一种通过调整合金粉末的成份，将零件烧结前、后测尺寸变化率降到最低的烧结尺寸变化率小的零件用铁铜合金粉末制备方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种烧结尺寸变化率小的零件用铁铜合金粉末，其特征在于，按质量百分比计，该混合粉末的成分为300W+0.5％Cu+1.0％C+0.6％微蜡粉；其烧结尺寸变化率为0.025％，最大横向抗弯强度为967.23MPa，最高的表观硬度为80HRB。

作为优选，添加软化剂微蜡粉为AncrawaxC，添加量为总质量的0.6％。

一种烧结尺寸变化率小的零件用铁铜合金粉末制备方法，其特征包括以下内容：

一、选用纯铁粉为水雾化法制备的纯铁粉牌号300W，其化学成分为C≤0.02wt.％，Si＜0.05wt.％，Mn＜0.30wt.％，P＜0.02wt.％，S＜0.02wt.％，余量为Fe，其中氧含量不超过0.20wt.％；

二、选用其它合金成分为：-200目雾化铜粉的质量分数为0-2.0％，胶体石墨的质量分数在0-1.0％，微蜡粉的质量分数在0.5-0.9％；

三、将上述混合粉按比例制成配料，在混料机内经过1-4小时混合后即为成品混合粉；

四、将成品混合粉末压制成31.75mm×12.74mm×6.35mm样品，压坯密度为7.0-7.10g/cm³；

五、在保护气体的保护下，样品经过1120℃/30min烧结后，计算零件的烧结尺寸变化率，负值表示收缩，正值表示膨胀，测量零件的横向断裂强度及表观硬度。

作为优选，烧结前后尺寸变化率公式为：

式中：△d_GS—烧结尺寸变化，％(+，-)；

d_s—烧结试样尺寸，mm；

d_G—压坯尺寸，mm。

作为优选，保护气体为10％氢气+90％氮气混合气体。

本技术方案从以下几方面进行研究，一是当碳含量不变时，混合粉末的烧结尺寸变化率跟铜含量的关系，即随着铜含量的总体增加，由尺寸收缩转变为尺寸膨胀；不同含碳量的尺寸变化曲线随着含铜量增加烧结尺寸变化的范围变小，且通过数据获得烧结尺寸变化率最小的成分比。二是从碳含量不变时材料的横向断裂强度与铜含量的关系进行分析，随着铜含量的增加材料的横向断裂强度呈现上升趋势。对应相同的铜含量，材料的横向断裂强度随着碳含量的增加呈上升趋势。并获得在一定碳含量和铜含量条件下材料横向断裂强度的细节关系。三是表观硬度的研究。

通过本方案的研究得知，含碳量为1.0％的材料具有较小的尺寸变化率。在含碳量为1.0％曲线中，含铜量为0.5％时，其尺寸变化最小为0.025％。该成分的材料，在Cu含量相当时，具有最大的横向抗弯强度和最高的表观硬度。

考虑到材料的抗弯强度及表观硬度：本方案以材料成分 300W+0.5％Cu+1.0％C+0.6％AncrawaxC做为烧结尺寸变化率小的最优方案。

本发明的有益效果是：利用水雾化法制备的纯铁粉，胶体石墨，纯铜粉和润滑剂，通过调节胶体石墨和纯铜粉的比例以及调整合金粉末的成分，最终生产出一种烧结前后可以近净成型的铁铜合金粉，在将零件烧结前后测尺寸变化率降低的同时，最大程度地保持了零件的抗弯强度和硬度；不但可以降低后期对零件的机加工成本，而且可以避免加工过程中对零件性能的影响，大大提高生产效率。

附图说明

图1所示为实施例中样品烧结前后的尺寸变化率

图2所示为实施例中样品烧结后的横向断裂强度。

图3所示为实施例中样品烧结后表观硬度。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

本实施例一种烧结尺寸变化率小的零件用铁铜合金粉末，按质量百分比计，该混合粉末的成分为300W+0.5％Cu+1.0％C+0.6％微蜡粉；其烧结尺寸变化率为 0.025％，最大横向抗弯强度为967.23MPa，最高的表观硬度为80HRB。其中，添加软化剂微蜡粉为AncrawaxC，添加量为总质量的0.6％。

本实施例一种烧结尺寸变化率小的零件用铁铜合金粉末制备方法，其特征包括以下内容：

(1)选用纯铁粉为水雾化法制备的纯铁粉牌号300W，其化学成分为C≤0.02wt.％，Si＜0.05wt.％，Mn＜0.30wt.％，P＜0.02wt.％，S＜<0.02wt.％，余量为Fe，其中氧含量不超过0.20wt.％。

(2)选用其它合金成分为：-200目雾化铜粉的质量分数为0-2.0％，胶体石墨的质量分数在0-1.0％，微蜡粉的质量分数在0.5-0.9％。所述的微蜡粉的型号为AncrawaxC。

(3)将上述混合粉按比例制成配料，在混料机内经过1-4小时混合后即为成品混合粉。

(4)将成品混合粉末压制成31.75mm×12.74mm×6.35mm样品，压坯密度为7.0-7.10g/cm³。

(5)在保护气体的保护下，样品经过1120℃/30min烧结后，计算零件的烧结尺寸变化率，负值表示收缩，正值表示膨胀，测量零件的横向断裂强度及表观硬度。所述的保护气体为10％氢气+90％氮气混合气体。

烧结前后尺寸变化率公式为：

式中：△d_GS—烧结尺寸变化，％(+，-)；d_s—烧结试样尺寸，mm；d_G—压坯尺寸，mm。

经试验，当碳含量不变时，混合粉末的烧结尺寸变化率随着铜含量的总体增加，如图1所示，个别位置有上下波动，由尺寸收缩转变为尺寸膨胀。其最大收缩值为0.228％(300w纯铁粉)，其最大膨胀值为0.332％ (300W+2.0％Cu+0.4％C)。不同含碳量的尺寸变化曲线随着含铜量增加烧结尺寸变化的范围变小。

通过数据得到了烧结尺寸变化率最小的成分比，即：

300W+1％Cu+0.6％arc(AncrawaxC简写，下同)；

300W+0.5％Cu+0.8％C+0.6％arc；

300W+0.5％Cu+0.6％C+0.6％arc；

300W+0.5Cu+1.0％C+0.6％arc；

300W+1.25％Cu+0.8％C+0.6％arc。

其尺寸变化率分别为-0.00105％；0.00838％；0.00943％；0.02514％和0.02725％。

从图2可以看出，当C含量不变时，材料的横向断裂强度随着铜含量的增加呈现上升趋势。对应相同的铜含量，材料的横向断裂强度随着C含量的增加呈上升趋势，个别成份的烧结尺寸变化率有一定波动。在图2中，相同C含量的曲线随铜含量的升高幅度相近，在铜含量为0-0.5％范围内，含碳量为0的曲线和含碳量为0.2的曲线有一个交叉点，在含铜量为0.5％时，含碳量为0.4％的曲线和含碳量为0.6％的曲线有一个接近点。

在图3的表观硬度曲线中，含碳量相同的曲线随着Cu含量的增加呈现上升趋势，Cu含量相同时，表观硬度随材料含C量的增加呈增大的趋势，个别点有波动，所有曲线随含Cu量的增加其增大幅度相近，且均分离，没有出现两条曲线的交叉点。当铜含量为1.0％时，1.0％C和0.8％C两条曲线上的点接近。

从上面的分析可以看出，含碳量为1.0％的材料具有较小的尺寸变化率，其范围在0.025％-0.101％之间。在含碳量为1.0％曲线中，含铜量为0.5％时，其尺寸变化最小为0.025％。该成分的材料，在Cu含量相当时，具有最大的横向抗弯强度和最高的表观硬度，分别为967.23MPa和80HRB。因此考虑到材料的抗弯强度及表观硬度。

进一步，本实施例在具体实施过程中，进行了选择性配比：

(1)选用的纯铁粉为水雾化法制备的纯铁粉300W，其化学成分为C≤0.02 wt.％,Si＜0.05wt.％,Mn＜0.30wt.％,P＜0.02wt.％,S＜0.02wt.％,余量为 Fe，其中氧含量不超过0.20w.％。

(2)选用其它合金成分为：-200目雾化铜粉的质量分数在0-2.0％之间，胶体石墨的质量分数在0-1.0％之间，微蜡粉AncrawaxC的质量分数为0.6％。

(3)将上述混合粉按质量比300W+(0-2.0)％Cu+{0％～1.0％}C+0.6％arc共6 种比例配置配料，在混料机内经过1-4小时混合后即为成品混合粉样品。

(4)将成品混合粉末在不同压力下压制成31.75mm×12.74mm×6mm样品，密度保持在7.0-7.1g/cm³。在气体保护下，样品经过1120℃，保持30min烧结后，计算零件的烧结尺寸变化率并测量零件的横向断裂强度及表观硬度。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的配方、方法等均属于本发明的保护范围。