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混料方法对粉末冶金产品精度的影响

孙姗姗
（马鞍山华东粉末冶金厂）
摘要：我国家用电器已进入平稳发展的阶段，家用电器及其材料的质量日显重要，特别是家用电器广泛地应用的粉末冶金材料尤为引人注目，本项目研制应用于洗衣机锯齿轴套。由于轴套高度要求比较高，属于装配尺寸，在成形时需严格控制，另产品内齿齿形精度要求高，充分考虑产品机械性能要求的同时，尽可能减少产品烧结变形量。通过改进混粉方式，提高粉料工艺性能、产品尺寸精度及合格产品率。
关键字：混料、粉料性能、尺寸精度、孔隙率
1 引言
为提高铁基粉末冶金材料的精度，目前众多研究都着眼于高压缩性基粉、压制方式和烧结技术的改进，然而要获得高精度粉末冶金产品仅靠此是很难实现的。本实验通过对粉料性能、压制和烧结变形的对比分析，研究了混料方式对粉末冶金产品精度的影响。

图1 锯齿轴套
锯齿轴套的三维图如图1所示。此锯齿轴套尺寸精度要求高，在成型、烧结过程中难以控制，轴套力学性能及技术要求见表1。本项目研究三种不同混料方法对锯齿轴套尺寸精度的影响，选择出最有效的混料方式，以保证齿轮轴套的精度，最终生产出符合图2所示的锯齿轴套。
表1 锯齿轴套尺寸
项目
内齿跨棒距/mm
齿顶圆/mm
总高/mm
硬度/HRB
尺寸
17.9+0.08 +0.04
20.46±0.02
21.9±0.04
65-73
检测工具
专用跨棒量距
专用检棒
0-25mm千分尺
洛氏硬度计
注：顶圆的检测用专用检棒，要求轴套进检棒的细端，伸出40-130mm，且两度锥度不大于0.015mm（即伸出落差不大于10mm）。
图2 锯齿轴套
2、锯齿轴套混料工艺的研究
根据齿轮轴套的性能要求选择合适的基粉、辅料及配比如表2所示。
表2 粉料配比
编号
①
②
③
④
⑤
⑥
化学成分
石墨
铜粉
润滑剂
切削剂
粘接剂
铁粉
添加量/%
0.6
1.5
0.5
0.4
0.2
余量
100kg添加量/kg
0.6
1.5
0.5
0.4
0.2
100
1.1 混料方式
本实验研究三种不同混料方式的粉料性能及在成型、烧结过程中精度的控制。润滑剂可改善铁粉的压制性能、使产品密度分布均匀、减少压模磨损、利于脱模；粘接剂可防止粉末混合料偏析、促进金属元素的均匀化；切削剂可提高产品的后加工性能，提高切削性能。
方法一：HD-01
取基粉100kg，称量0.6kg粘接剂浅埋于铁粉内，通过漏斗装料到混料机中，混合15min；称量相应重量的石墨、润滑剂、铜粉及切削剂手工初混，加入混料机中混合45min。混料结束后，过60目筛，静置2h后送检。
⑤⑥
①②③④
混合15min
添加

60目过筛
静置2h
检验
混合45min

方法二：HD-02
取基粉100kg，称量相应量的石墨、润滑剂、铜粉、切削剂、粘接剂，采用分层装料法进行混料。把铁粉分为5份，其中一份加石墨，一份加润滑剂、切削剂和粘接剂，一份加铜粉；将每份料用手工初混，按顺序（铁粉→加石墨的铁粉→铁粉→加润滑剂的铁粉→铁粉→加铜粉的铁粉→铁粉）混合60min。混料结束后，过60目筛，静置2h后送检。
方法三：HD-03
取基粉100kg，称量相应量的石墨、铜粉及切削剂，混合25min；称量相应量的润滑剂及粘接剂，加入混料机中混合35min。混料结束后，过60目筛，静置2h后送检。
①②④⑥
混合25min
添加

③⑤
60目过筛
静置2h
检验
混合35min

对混合后的粉料进行取样检验，从料斗不同部位取样，一般取5个，每个约10g，之后送检。
1.2粉料的性能
检验三种粉料的松装密度、流动性、压缩性等性能，见表3。
名称
松装密度/g/cm3
流动性/sec/50g
压缩性（600Mpa）g/cm3
碳偏析/＜0.05%
测试值
HD-01
3.06
28.1
7.04
OK
HD-02
3.02
29.3
7.00
OK
HD-03
3.14
27.0
7.10
OK
表3 三种粉料性能
1.3 成型
锯齿轴套在50T机械压机上进行成型，压制密度6.8-6.85g/cm3范围的产品各100件，进行测量，记录数据如表4所示。

表4 压制测试值
名称
吨位/T
压坯高度/mm
内齿跨棒距/mm
顶圆/mm（伸出轴套）
数值
锥度
数值
锥度
测试值
HD-01
12.9-14.2
21.87-21.95
17.926-17.955
0.03
55-64
4.5
HD-02
13.6-15.0
21.85-22.01
17.920-17.955
0.035
50-65
5.0
HD-03
12.7-13.4
21.88-21.94
17.929-17.950
0.02
54-62
3.6
1.4 烧结
三种压坯置于瓷板上进行高温烧结，对烧结件尺寸及性能进行测定，测定结果见表5。
表5 轴套烧结件检测结果
名称
表面硬度/HRB
内齿跨棒距/mm
顶圆/mm
数值
上下差
数值
锥度
数值
锥度
测试值
HD-01
64-75
7
17.930-17.975
0.035
60-84
9
HD-02
58-70
10
17.925-17.980
0.05
55-90
12
HD-03
66-72
4
17.935-17.960
0.025
61-75
5
1.5 孔隙率
通过金相实验分析了三种产品的孔隙率，如图3所示。
(a)
(b)
(c)
图3 烧结件试样孔隙对比（100X）
（a） HD-01 （b）HD-02 （c）HD-03
HD-03 烧结件试样孔隙少且很均匀，优于HD-01和HD-02。
三、结论
1、采用第三种混料方式(石墨、铜粉及切削剂初混25min，加入润滑剂及粘接剂混合35min），粉料的工艺性能优异；压制过程中吨位及轴套高度稳定；烧结过程变形量小；轴套跨棒距及顶圆易于控制；孔隙少且均匀；硬度均匀。
2、此种混料方式提高到了生产效率、降低了废品率，在保证产品尺寸精度的同时提高了产品性能，从根本上降低了生产的成本。
3、经过发黑处理后的锯齿轴套密封性好、精度高、性能稳定，已通过装机试验并稳定大批量生产。
参考文献
【1】曲庆文、周兰、张浩谦、王成军 《混料方法对摩擦片性能的影响》；《润滑与密封》 33卷 第五期
【2】李崔昕、黄钧声、范文涛 《热处理对粉末冶金温压铁基合金组织和性能的影响》；《材料研究与应用》 5卷 第四期
【3】周作平 申小平 《粉末冶金机械零件使用技术》；化学工业出版社