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CN114309602B - 部件的粉末冶金生产方法 - Google Patents

部件的粉末冶金生产方法 Download PDF

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CN114309602B CN202111150554.6A CN202111150554A CN114309602B CN 114309602 B CN114309602 B CN 114309602B CN 202111150554 A CN202111150554 A CN 202111150554A CN 114309602 B CN114309602 B CN 114309602B
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Abstract

本发明涉及一种由第一粉末(2)和第二粉末(3)制成的部件(11)的粉末冶金生产方法。通过将第一粉末(2)填充到模具(4)中，以使得第一粉末(2)的外接触表面(5)与随后的生坯产品(1)的轴线(6)形成55°至65°的角度(7)，同时实现了部件(11)的简化生产和改进限定，其中，随后将第二粉末(3)填充到模具(4)中并生成生坯产品(1)。对生坯产品(1)进行烧结以生成部件(11)。此外，本发明涉及一种具有以这种方式生成的部件(11)和结构体(13)的装置(12)。

Description

部件的粉末冶金生产方法
技术领域
本发明涉及一种部件的粉末冶金生产方法。此外，本发明涉及一种具有以这种方式生产的部件和结构体的装置。
背景技术
为了生产金属或含有金属的部件，经常采用金属粉末，在合适的粉末冶金方法中，通过该金属粉末尤其是通过烧结来生产该部件。
众所周知，生产这种部件时使用的冶金粉末彼此不同。因此，可以组合各种粉末的不同性质。例如，在烧结后，提供一种粉末，与随后部件中的另一种烧结粉末邻接是可取的。此处考虑的是这种在其外侧承受载荷的部件，其中，抗性较弱的烧结粉末形成核心，而抗性较强的烧结粉末形成部件的外侧。
为此目的，可以将第一冶金粉末引入到模具中。随后，可以将第二冶金粉末引入到模具中，并与第一粉末的外接触表面接触。随后，对粉末进行压制以生成生坯产品（greenproduct）。随后，对生坯产品进行烧结以生成部件。在该过程中，在改进粉末期间，可能在两种粉末之间出现未定义的过渡，并因此发生两种粉末的混合。这会导致随后部件的不良且不利的性质。
此外，在已知的方法中，将第一粉末引入到模具中并进行预压制。随后，将第二粉末引入到模具中，以使得第二粉末与第一粉末的外接触表面接触。随后，对两种粉末进行压制以生成生坯产品，随后，烧结以生成部件。这会改善两种粉末之间的过渡，但也意味着生产部件的费用增加。
发明内容
因此，本发明涉及的目的是，阐明一种在开始时所提及的类型的部件的粉末冶金生产方法，以及一种具有这种改进的部件和结构体的装置，或者特征在于简化生产和/或增加抗性的至少其它实施例。
本发明基于如下总体构想，在生产由两种不同的冶金粉末制成的部件期间，首先将第一种粉末引入到模具中，随后将第二种粉末引入到模具中，在两种粉末之间的过渡区域中，提供相对于由粉末生产的生坯产品的轴线成55°至65°的角度。深入的调查研究惊人地表明，粉末之间的这种角度导致第一粉末到第二粉末的明确限定的过渡，特别是在没有对第一粉末进行预压的情况下，即特别是需要以高达65MPa的力对第一粉末进行模塑。因此，根据本发明的简化生产的构想，在生坯产品中的两种粉末之间产生明确限定的过渡，由此使随后的部件被明确限定，这种部件尤其具有改进的机械稳定性。
根据本发明的构想，提供一种用于生产该部件的模具。首先，将第一冶金粉末填充到模具中。这是为了使模具中的第一粉末的外接触表面与随后的生坯产品的轴线形成55°至65°的角度。随后，将第二粉末填充到模具中。将第二粉末填充到模具中是为了使第二粉末邻接第一粉末的接触表面。随后，生成生坯产品，并通过烧结由生坯产品生成部件。
生坯产品的生产实际上是通过压制粉末来执行的。在此，优选地将粉末进行联合压制。换句话说，在将第二粉末填充到模具中之前，不需要对第一粉末进行预压制，尽管这是可以想到的。
第一粉末的接触表面在粉末之间形成生坯产品内的内接触表面。因此，接触表面限定了两种粉末之间的边界表面，并且由此限定了通过烧结、由粉末生成的随后的部件不同且互相连接的部分之间的边界表面。
为了生产部件，可以在生坯产品烧结后执行进一步处理。尤其可以想到的是，在烧结之后执行热处理。同样可以想到的是，在烧结之后会产生模制件，随后将其重新加工至其最终尺寸，从而生成部件。
特别优选地，使用根据本发明的方法生产旋转对称生坯产品，此外优先生产相对于轴线旋转对称的旋转对称部件。这使部件的生产特别简单，并且精确限定了模具中和生坯产品中的粉末之间的过渡，并且因此限定了部件中的部分。
第一粉末的接触表面与轴线形成约60°的角度的实施例被认为是有利的。相对于粉末之间清晰的过渡区域，这种角度已被证明是特别有利的。特别地，该角度为58°至62°。
在有利的实施例中，烧结的第二粉末形成部件的外侧，并且因此至少部分地覆盖烧结的第一粉末。特别地，烧结的第一粉末以及因此而得到的第一部分形成部件的核心，而烧结的第二粉末以及因此而得到的第二部分形成部件的外侧。换句话说，部件的第一部分是部件的核心，而第二部分是部件的外侧。因此，尤其可以更经济的选择第一粉末，尤其是比第二粉末抗性更弱的第一粉末。特别地，可以选择第一粉末作为载体材料，第二粉末作为随后部件的功能材料。
在此，有利的是，选择粉末以使得烧结的第二粉末以及因此而得到的第二部分与烧结的第一粉末以及因此而得到的第一部分相比具有更高的耐磨性。这使得部件的生产能够具有特别高的成本效益。
通常来说，部件可以是任何对象。
部件是摩擦加载（tribologically loaded）的部件的变型方案被认为是有利的。在此，优选地，烧结的第二粉末以及因此而得到的第二部分或外侧优选摩擦地暴露在相关联的装置中。
在该装置中，该部件与另外的部件相互作用，其中，为了更好地区分，在下文中，所述另外的部件被称为结构体。在此，该装置中的第二部分，即烧结的第二粉末与结构体摩擦接触。
可以想到，生产作为部件的环，例如活塞环，其与作为结构体的气缸相互作用。
可以想到，生产作为部件的气门座圈，其与作为结构体的气门相互作用。
在此，应当理解，除了用于生产部件的方法之外，这种装置也是本发明的范围的一部分。
基本上，结构体可以由任何材料生成。
优选的，结构体基于铁和/或镍。
备选地或附加地，当结构体涂覆有保护涂层和/或被氮化时是有利的。
通常，各冶金粉末可以具有任何组成，其中，优选第二粉末的组成具有和/或与第二粉末的组成相比具有由此而得到的增加的抗性。
第一粉末具有以下组成的实施例被认为是有利的：C： 0.3至1.8重量％；Si： 0至1.8重量％；S： 0至1.0重量％；Mn： 0至1.0重量％；Cr： 0至15.0重量％；Mo： 0至2.5重量％；Cu： 5至48重量％；Ni： 0至3.5重量％；W： 0至5.5重量％；V：0至2.0重量％；剩余为Fe和与生产相关的污染物。在此，“重量％”代表重量百分比或质量比例。
特别地，第一粉末具有以下组成：C： 0.5至1.8重量％；Si： 0至1.8重量％；S： 0至1.0重量％；Mn： 0至0.6重量％；Cr： 3.0至15.0重量％；Mo： 2.5至5.0重量％；Cu： 12.0至20.0重量％；Ni： 0至3.5重量％；W： 0.5至5.5重量％；V： 0.4至2.0重量％；剩余为Fe和与生产相关的污染物。
第一粉末还可以具有以下组成：C： 0.5至1.5重量％；Si： 0至0.8重量％；S： 0至1.0重量％；Mn： 0至1.0重量％；Cr： 0至1.0重量％；Mo： 0至1.0重量％；Cu： 28.0至48.0重量％；Ni： 0至1.0重量％；剩余为Fe和与生产相关的污染物。
此外，可以想到，第一粉末具有以下组成：C： 0.3至1.3重量％；Si： 0至0.8重量％；S： 0至0.5重量％；Mn： 0至1.0重量％；Cr： 0至1.0重量％；Mo： 0至2.0重量％；Cu：5.0至15.0重量％；Ni： 0至3.5重量％；剩余为Fe和与生产相关的污染物。
优选地，第二粉末具有以下组成：C： 0.7至1.8重量％；Si： 0至1.8重量％；Mn： 0至1.0重量％；S： 0至0.5重量％；Cr： 2.0至15.0重量％；Mo： 2.5至18.0重量％；V： 0.4至2.0重量％；Cu： 10.0至20.0重量％；W： 0.8至4.0重量％；Co： 0至12.0重量％；Ni： 0至3.5重量％；剩余为Fe和与生产相关的污染物。
例如，第二粉末可以具有以下组成：C： 1.0至1.8重量％；Si： 0.2至1.8重量％；Mn： 0至0.6重量％；S： 0至0.5重量％；Cr： 10.0至15.0重量％；Mo： 2.5至4.5重量％；V：0.4至1.0重量％；Cu： 12.0至20.0重量％；W： 0.8至1.5重量％；Co： 0至2.0重量％；Ni： 0至3.5重量％；剩余为Fe和与生产相关的污染物。
备选地，第二粉末可以具有以下组成：C： 0.7至1.5重量％；Si： 0至1.0重量％；Mn： 0至1.0重量％；S： 0至0.5重量％；Cr： 2.0至4.0重量％；Mo： 12.0至18.0重量％；V：1.0至2.0重量％；Cu： 10.0至20.0重量％；W： 2.0至4.0重量％；Co： 8.0至12.0重量％；Ni：0至3.5重量％；剩余为Fe和与生产相关的污染物。
优选地，在烧结期间，即在烧结操作期间，利用铜或铜合金渗透生坯产品。这会使部件的机械稳定性提高。特别地，使用纯铜或铜的含量至少为70重量％的铜合金。
本发明的其他重要特征和优点将从附图和借助于附图的相关附图说明获得。
应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，以上提到并且仍将在下文中进行解释的特征不仅能够用于各所述组合中，还能够用于其他组合中或单独使用。
附图说明
本发明的优选示例性实施例在附图中示出，并且在以下描述中更详细地描述，其中相同的附图标记涉及相同或相似或功能上相同的部件。
在每种情况下示意性地示出，
图1是具有两种冶金粉末的生坯产品的截面图，
图2是另一示例性实施例中的生坯产品的截面图，
图3是又一示例性实施例中的生坯产品的截面图，
图4是具有由生坯产品生成的部件和结构体的装置的截面图。
具体实施方式
为了生产图4中示例性示出的部件11，首先生产诸如例如图1至图3中所示的生坯产品1。
为了生产生坯产品1，将第一冶金粉末2和不同于第一冶金粉末2的第二冶金粉末3填充到模具4中，其中，图1至图3分别示出两种粉末2、3已填充到模具4中的状态。在此，首先将第一粉末2填充到模具4中。这是为了使第一粉末2的外表面5（在下文中也称为接触表面5）与生坯产品1（尤其优选为随后的部件11）的轴线6形成55°至65°的角度7，优选为58°至62°，特别优选为60°。随后，将第二粉末3填充到模具4中，以使得第二粉末3与接触表面5邻接并与其接触。
随后，通过对粉末2、3进行联合压制来生成生坯产品1。随后，对生坯产品1进行烧结以生成部件11。在该过程中，可以想到，在烧结期间，利用铜或含量至少为70重量％的铜合金渗透生坯产品1。烧结后，可以对由生坯产品1生成的部件11或模制件（未示出）进行热处理。当用生坯产品1生产模制件时，对模制件进行重新加工，从而调整尺寸以生产部件11。
在所示示例性实施例中，生坯产品1和随后的部件11相对于轴线6旋转对称。
其中，部件11中的烧结的第一粉末2形成作为部件11的核心9的第一部分8。相比之下，烧结的第二粉末3形成部件11的第二部分10，并设置在部件11的外侧，从而形成部件11的外侧20。
根据图4，部件11优先是这样的部件，其在相关联的装置12中与相关联的部件13摩擦接触，为了更好地区分，该相关联的部件在下文中也称为结构体13。特别地，部件11可以是环14，例如气门座圈15。在装置12中，气门座圈15与作为结构体13的气门21摩擦接触。
优选地，烧结形成部件11的第二加载部分10的第二粉末3比第一粉末2的抗性更强。第一粉末2或烧结的第一粉末2是部件11的载体材料16，第二粉末3或烧结的第二粉末3是部件11的功能材料17。
第一粉末2以及因此而得到的载体材料16可以具有以下组成：C： 0.3至1.8重量％；Si： 0至1.8重量％；S： 0至1.0重量％；Mn： 0至1.0重量％；Cr： 0至15.0重量％；Mo：0至2.5重量％；Cu： 5至48重量％；Ni： 0至3.5重量％；W： 0至5.5重量％；V： 0至2.0重量％；剩余为Fe和与生产相关的污染物。
第二粉末3以及因此而得到的功能材料17可以具有以下组成： 0.7至1.8重量％；Si： 0至1.8重量％；Mn： 0至1.0重量％；S： 0至0.5重量％；Cr： 2.0至15.0重量％；Mo： 2.5至18.0重量％；V： 0.4至2.0重量％；Cu： 10.0至20.0重量％；W： 0.8至4.0重量％；Co： 0至12.0重量％；Ni： 0至3.5重量％；剩余为Fe和与生产相关的污染物。
结构体13优先基于铁和/或镍。结构体13可以具有保护涂层（未示出）和/或被氮化。
在所示示例性实施例中，接触表面5均相对于轴线6旋转对称地延伸。在图1和图2的示例性实施例中，与轴线6形成55°至65°的角度7的接触表面5在第一粉末2的整个外侧上延伸。与此相比，该接触表面5在图3的示例性实施例中受到限制，即未在第一粉末2的整个外侧上延伸。在本示例性实施例中，第一粉末2的平坦侧18邻接于与轴线6形成55°至65°角度的接触表面5。在此，平坦侧18设置在接触表面5的内侧并且小于接触表面5。
在图2和图3的示例性实施例中，在生坯产品1中以及在因此而得到的随后的部件11中分别设置有凹槽19。与此相比，在图1的示例性实施例中，在生坯产品1中以及在因此而得到的随后的部件11中没有设置这样的凹槽19。

Claims (10)

1.一种部件(11)的粉末冶金生产方法，所述方法包括：
-提供模具(4)，
-将第一冶金粉末(2)填充到所述模具(4)中，以使得所述模具(4)中的第一冶金粉末(2)的外接触表面(5)与随后的生坯产品(1)的轴线(6)形成55°至65°的角度(7)，
-将不同于所述第一冶金粉末(2)的第二冶金粉末(3)填充到所述模具(4)中，以使得第二冶金粉末(3)与所述第一冶金粉末(2)的接触表面(5)邻接，其中在将所述第二冶金粉末(3)填充到所述模具(4)中之前，不对所述第一冶金粉末(2)进行预压制，
-由两种粉末(2、3)生成所述生坯产品(1)，
-对所述生坯产品(1)进行烧结，以生成所述部件(11)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
生成相对于所述轴线(6)旋转对称的所述部件(11)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
生成所述部件(11)，以使得烧结的第二冶金粉末(3)形成所述部件(11)的外侧(20)，并且至少部分地覆盖烧结的第一冶金粉末(2)。
4.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其特征在于，
将所述第一冶金粉末(2)填充到所述模具(4)中，以使得所述接触表面(5)与所述轴线(6)形成58°至62°的角度(7)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
使用所述部件(11)中比所述第一冶金粉末(2)具有更高耐磨性的粉末作为第二冶金粉末(3)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
生产摩擦加载的部件(11)，其中，所述部件(11)的烧结的第二冶金粉末(3)摩擦暴露，并且烧结的第一冶金粉末(2)承载所述烧结的第二冶金粉末(3)。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
在烧结期间，利用铜或铜含量至少为70重量％的铜合金渗透所述生坯产品(1)。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
使用具有以下组成的第一冶金粉末(2)：
-C：0.3至1.8重量％，
-Si：0至1.8重量％，
-S：0至1.0重量％，
-Mn：0至1.0重量％，
-Cr：0至15.0重量％，
-Mo：0至2.5重量％，
-Cu：5至48重量％，
-Ni：0至3.5重量％，
-W：0至5.5重量％，
-V：0至2.0重量％，
-剩余为Fe和与生产相关的污染物。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
使用具有以下组成的第二冶金粉末(3)：
-C：0.7至1.8重量％，
-Si：0至1.8重量％，
-Mn：0至1.0重量％，
-S：0至0.5重量％，
-Cr：2.0至15.0重量％，
-Mo：2.5至18.0重量％，
-V：0.4至2.0重量％，
-Cu：10.0至20.0重量％，
-W：0.8至4.0重量％，
-Co：0至12.0重量％，
-Ni：0至3.5重量％，
-剩余为Fe和与生产相关的污染物。
10.一种具有部件(11)和结构体(13)的装置(12)，所述部件是根据权利要求1至9中任一项所述的方法生产的，所述结构体基于铁和/或镍，其中，所述部件(11)的由烧结的第二冶金粉末(3)形成的外侧(20)与所述结构体(13)摩擦接触。
CN202111150554.6A 2020-09-30 2021-09-29 部件的粉末冶金生产方法 Active CN114309602B (zh)

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