一種鋁基粉末冶金零件的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及粉末冶金技術領域，具體指一種鋁基粉末冶金零件的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著工業的發展，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，具有節省原材料、節能、省工的特點，適合于大批量生產。
[0003]近年來，越來越多的零件使用鋁基燒結合金，通用汽車早在1993年即使用了鋁基燒結軸承蓋，迄今已使用數千萬件，未發生失效的情況。然而，目前在汽車上應用的粉末冶金結構零件主要為鐵基零件，鋁基粉末冶金零件較為少見。與鐵基相比，鋁的比強度更高，這顯示了鋁基粉末冶金零件在汽車上具有廣泛的應用前景。鋁基粉末冶金零件除了在輕量化方面具有優勢外，在零件的后處理方面也具有優勢，例如零件的防銹和退磁方面。
[0004]短流程的壓鑄技術廣泛應用于鋁合金零件的生產，但短流程的壓鑄技術存在毛坯加工量大、加工成本高、材料利用率低的缺點，且由于制造方法的限制，鋁合金零件的材料成分相對固定，合金元素不能隨意變化，不易制造含有高硅含量的產品。同時，壓鑄件也存在一些固有缺陷，比如:在澆鑄時，熔液前端的溫度太低，相變時會產生痕跡或冷紋；容易產生氣孔、縮孔等缺陷，且顯微組織不均勻，表面晶粒較細，心部晶粒粗大，嚴重影響零件的力學性能；大多數壓鑄鋁合金由于不可進行熱處理而強度不高。
[0005]現有技術中，生產鋁基燒結零件的主要粉末冶金工藝有壓制燒結，冷等靜壓毛坯的擠壓、鍛壓成形，噴射沉積，熱等靜壓等。然而，精密鍛造、冷擠壓和普通粉末冶金尺寸工藝復雜、生產效率低，難以滿足汽車等行業大批量的需求，同時，上述工藝制備的鋁合金零件精度也較低，無法滿足生產中對零部件精度越來越高的需求。
[0006]因此，對于目前鋁基粉末冶金零件的制備方法，有待于做進一步的改進。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種鋁基粉末冶金零件的制備方法，該制備方法工藝簡單、生產效率高，所制備的鋁基粉末冶金零件具有較高的強度和精度，且制備過程中對模具損耗低，降低了零件的生產成本。
[0008]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種鋁基粉末冶金零件的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
[0009](I)設計材料組成:按重量百分比計，所使用材料包含銅O?6.0%，鎂O?6.0%，鋅O?7.5%，硅O?30%，錳O?2.0%，釩O?1.0%，不超過2%的不可避免雜質，余量為鋁；
[0010](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量0.2?2%的有機潤滑劑；
[0011](3)壓制:將步驟(2)所得混料在大于200?700MPa的壓力下，壓制成密度大于2.20g/cm3的零件生還；
[0012](4)燒結:將步驟(3)所得零件生坯在非氧化性氣氛中進行燒結，燒結溫度為550?660°C，燒結時間大于1min ；
[0013](5)燒結后處理:對步驟(4)所得燒結坯進行噴砂去毛刺處理；
[0014](6)擠壓:將步驟(5)所得零件生坯進行擠壓，擠壓深度為I?30_。
[0015]作為本發明的進一步改進，步驟(I)中所述的鋁以鋁粉、Al-Mg合金、Al-Si合金、Al-Zn合金、Al-Mn合金、Al-V合金中任意一種或多種的形式加入。
[0016]再進一步，所述的鋁粉采為霧化鋁粉，該霧化鋁粉中氧含量小于0.02%，硅含量小于0.05%，該霧化鋁粉的壓制性能在250MPa下大于2.60g/cm3，該霧化鋁粉的松裝密度大于1.05g/cm3，該霧化鋁粉的粒度范圍為10?150 μ m。
[0017]作為改進，所述Al-Mg合金、Al-Si合金、Al-Zn合金、Al-Mn合金、Al-V合金中任意一種的含氧量小于0.02%，粒度小于10 μ m。
[0018]作為優選，步驟(3)中零件生坯的成型壓力為250?620MPa。
[0019]優選地，步驟￠)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520°C。
[0020]再改進，步驟(6)完成后，對零件進行固溶、淬火、形變及時效處理，固溶處理的溫度為450?550°C、時間大于20min ;淬火介質為水或油；形變率O?5%;時效為形變時效、自然時效、雙極時效、于120?180°C下進行人工峰時效中的一種，雙極時效的一級時效溫度為170?250°C，二級時效溫度為120?180°C。
[0021]在上述各方案中，步驟(6)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。
[0022]優選地，步驟(6)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°。
[0023]優選地，步驟(6)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面成型為圓弧面。
[0024]在上述各方案中，所述的非氧化性氣氛是氧含量低于10PPM、露點低于_40°C的氮氣或氬氣氣氛。
[0025]與現有技術相比，本發明的優點在于:
[0026]本發明結合了粉末冶金工藝與金屬擠壓成形的優點，通過使用不同結構的擠壓凸模，可以在燒結后擠壓制作各種形狀復雜的零件，而現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，本發明的制備方法制備成本更低；
[0027]同時，由于在擠壓過程中，凸模不斷移動，使材料發生流動，從而提升了粉末冶金零件部分區域的密度，使所制備的粉末冶金金的應用零件具有較高的精度及強度，且擠壓時可以加工出具有端面臺階的產品，拓展了粉末冶領域；
[0028]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，降低了成本；并且，粉末冶金是一種近凈成形的技術，使鋁合金原材料的利用率得到有效提高；
[0029]本發明的制備方法簡單，生產效率高，所選用的材料配比可以根據需要進行調節，而鋁以鋁粉、Al-Mg合金、Al-Si合金、Al-Zn合金、Al-Mn合金、Al-V合金中任意一種或多種的形式加入，進一步為材料中各組分的含量調節提供了便利。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明實施例1、2中擠壓凸模的結構示意圖；
[0031]圖2為本發明實施例3、4中擠壓凸模的結構示意圖；
[0032]圖3為本發明實施例5、6中擠壓凸模的結構示意圖；
[0033]圖4為圖1中擠壓凸模進行單面擠壓時的結構示意圖；
[0034]圖5為圖1中擠壓凸模進行雙面擠壓時的結構示意圖；
[0035]圖6為圖2中擠壓凸模進行單面擠壓時的結構示意圖；
[0036]圖7為圖2中擠壓凸模進行雙面擠壓時的結構示意圖；
[0037]圖8為圖3中擠壓凸模進行單面擠壓時的結構示意圖；
[0038]圖9為圖3中擠壓凸模進行雙面擠壓時的結構示意圖；
[0039]圖10為零件生坯未擠壓變形的形貌圖；
[0040]圖11為本發明實施例1中零件生坯擠壓變形后的組織結構圖。
【具體實施方式】
[0041]以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0042]實施例1:
[0043]本實施例中鋁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，所使用材料為霧化鋁粉，霧化鋁粉中氧含量小于0.02%，硅含量小于0.05%，該霧化鋁粉的壓制性能在250MPa下大于2.60g/cm3，該霧化鋁粉的松裝密度大于1.05g/cm3，該霧化鋁粉的粒度范圍為10?150 ym ;
[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