一種粉末冶金打擊塊的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及粉末冶金技術領域，具體指一種粉末冶金打擊塊的制備方法。
【背景技術】
[0002]現有技術中，氣動或電動工具的傳統打擊塊一般是采用粉末鍛造工藝或普通模鍛工藝。其中，普通模鍛工藝存在生產成本高、材料利用率低的問題；粉末鍛造工藝是指將粉末燒結的預成形坯經加熱后，在閉式模中鍛造成零件的成形工藝方法，它可以制取密度接近材料理論密度的粉末鍛件，使粉末鍛件的某些物理和力學性能達到甚至超過普通鍛件的水平，同時，又具有少肩、無肩工藝的優點。通過合理設計預成形坯和實行少、無飛邊鍛造，具有成形精確、材料利用率高、鍛造能量消耗少等優點。
[0003]但是，上述兩種鍛造工藝中均涉及尺寸精度、表面粗糙度、生產效率以及成本方面的問題。鍛造過程由于在高溫下進行，模具易產生龜裂，很容易失效。因此，高性能高精度鍛件的生產成本高居不下，導致產品市場競爭力低下。
[0004]粉末冶金工藝是生產高強度和形狀復雜零件的有效工藝，在很多領域有著廣泛的應用，然而，現有技術中，粉末冶金工藝在氣動工具上的應用尚難以同其他粉末鍛造工藝競爭，這主要是由于粉末冶金打擊塊的表面存在孔隙，而孔隙的存在會降低打擊塊表面的接觸疲勞強度，引起零件失效。
[0005]因此，如何提高打擊塊的密度，尤其是打擊塊外表面的局部密度，對于采用粉末冶金工藝制備打擊塊來說有著至關重要的意義。

【發明內容】

[0006]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種工藝簡單、生產成本低、生產效率高的粉末冶金打擊塊的制備方法，該制備方法能有效消除打擊塊表面存在的孔隙，提高打擊塊外表面的局部密度，從而提高打擊塊的強度及尺寸精度。
[0007]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種粉末冶金打擊塊的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
[0008](I)設計材料組成:按重量百分比計，所使用材料包含碳0.2?1.5%，銅O?4%，鎳O?5%，鉬O?2%，鉻O?6%，不超過2%的不可避免雜質，以及余量的鐵；
[0009](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0.1?I %的有機潤滑劑；
[0010](3)壓制:將步驟(2)所得混料在大于400MPa的壓力下，壓制成密度為6.25?7.4g/cm3的打擊塊生坯；
[0011](4)燒結:將步驟(3)所得打擊塊生坯在非氧化性氣氛中進行燒結，燒結溫度為1000C- 1350°C，燒結時間為 5 ?180min ；
[0012](5)擠壓:將步驟(4)所得打擊塊生坯進行擠壓，外徑的擠壓變形量在直徑方向上大于2%，內徑的擠壓變形量在直徑方向上大于等于O ;
[0013](6)熱處理:熱處理時在淬火溫度為750?1250°C下保溫30?45min，在回火溫度為150?600 °C下保溫5?200min。
[0014]其中，鉻、鉬、銅、鎳可以以鐵合金或母合金形式加入，碳以石墨形式加入。
[0015]作為本發明的進一步改進，在步驟(4)完成后，步驟(5)開始前，在非氧化性氣氛中對燒結后的打擊塊生坯進行退火處理，退火溫度為750?1080°C，退火保溫時間5?200min，退火處理完成后從退火溫度到300°C之間的冷卻速度小于1.5°C /s。對于碳含量低于0.3%且鉬、鉻的總含量低于2%的打擊塊，該退火工序可省略。
[0016]再改進，步驟(5)所述的擠壓過程中，采用的擠壓模陰模具有自上而下依次連接的定位段、導向段及定徑段，所述定位段的內徑為D，所述定徑段下端的內徑為01，且D >D1，所述導向段的上端與定位段下端相銜接，所述導向段的下端與定徑段上端相銜接，所述外徑的擠壓變形量為(D-Dl)/DX 100%。
[0017]擠壓過程中，使用的芯棒具有相互連接的導向段及定徑段，定徑段的內徑為D3，導向段的最小內徑為D2，內徑的擠壓變形量為(D3-D2)/D3X100%，(D3-D2)/D3 X 100% ^ O,優選為> 2%。
[0018]更進一步的，步驟(5)所述的擠壓過程采用非均勻擠壓，所述打擊塊各個部位的擠壓變形量不同。
[0019]作為優選，所述的非氧化性氣氛是指真空環境或含氫I?75vol%的氮氫氣氛。
[0020]優選地，步驟(5)中對打擊塊生坯進行擠壓前先將打擊塊生坯預熱至溫度高于室溫而低于520°C。
[0021]優選地，在所述熱處理完成后，對所得產品進行噴丸處理。
[0022]作為改進，所述陰模定位段的側邊與導向段的側邊之間所成銳角為α，0.5° < α <15°。當α角度越小時，產品所受到徑向的力較大，而當α角度越大時，產品所受到軸向的力越大，此時會增大產品與模具之間的摩擦，不僅不利于產品成型，也易導致模具損傷，降低模具的使用壽命，采用上述設計，使α角保持在合理的范圍內，一方面便于產品移動，另一方面能有效降低產品與模具之間的摩擦。
[0023]進一步改進，所述定徑段的高度為h，0.5mm ^ h ^ 1mm0采用這樣的設計，一方面便于產品成型，另一方面，能避免產品與模具之間過度摩擦。
[0024]再改進，所述擠壓模陰模具還包括連接于定徑段下端的出模段，所述定徑段Dl的側邊與出模段Dl'側邊之間所成銳角為β，3° < β <20°。β角越小越不利于出模，甚至導致產品卡在模具中無法取出，而β角過于大則容易導致模具開裂，采用上述設計，將β角保持在合理的范圍內，一方面利于產品出模，另一發面，確保模具具有較好的牢固度及較長的使用壽命。
[0025]作為改進，所述芯棒定位段的側邊與導向段的側邊之間所成銳角為δ，0.5° < δ <15°。當δ角度越小時，產品所受到徑向的力較大，而當δ角度越大時，產品所受到軸向的力越大，此時會增大產品與模具之間的摩擦，不僅不利于產品成型，也易導致模具損傷，降低模具的使用壽命，采用上述設計，使δ角保持在合理的范圍內，一方面便于產品移動，另一方面能有效降低產品與模具之間的摩擦。
[0026]進一步改進，所述芯棒定徑段的高度為L2，0.5mm ^ L2 ^ 1mm0采用這樣的設計，一方面便于產品成型，另一方面，能避免產品與芯棒之間過度摩擦。
[0027]與現有技術相比，本發明的優點在于:
[0028]本發明的制備工藝簡單，結合了粉末冶金工藝與金屬擠壓成形的優點，有效地消除了鍛造過程中由于在高溫下進行而使模具易產生龜裂的問題，在一定程度上降低了生產成本，提高了生產效率；
[0029]與傳統粉末冶金工藝相比，本發明制備的產品密度更高，整體密度可超過7.50g/cm3，接近粉末鍛造的水平，有效消除了打擊塊表面存在的孔隙，提高了打擊塊外表面的局部密度，打擊塊表面相對密度可以達到99%以上，提高了打擊塊的表面光潔度，使打擊塊具有較高的尺寸精度及強度，基本實現了打擊塊的表面致密化。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明實施例所制備打擊塊的結構示意圖；
[0031]圖2為本發明實施例中擠壓模陰模的結構示意圖；
[0032]圖3為本發明實施例中擠壓芯棒的結構示意圖；
[0033]圖4為實施例1所制備打擊塊外表面的孔隙圖；
[0034]圖5為實施例1所制備打擊塊內表面孔隙圖；
[0035]圖6為實施例1中退火后的打擊塊金相組織結構圖；
[0036]圖7為實施例6所制備打擊塊外表面的孔隙圖；
[0037]圖8為實施例6所制備打擊塊內表面孔隙圖；
[0038]圖9為實施例6中退火后的打擊塊金相組織結構圖；
[0039]圖10為實施例7所制備打擊塊外表面的孔隙圖；
[0040]圖11為實施例7所制備打擊塊內表面孔隙圖；
[0041]圖12為實施例7中退火后的打擊塊金相組織結構圖；
[0042]圖13為實施例8所制備打擊塊外表面的孔隙圖；
[0043]圖14為實施例8所制備打擊塊內表面孔隙圖；
[0044]圖15為實施例8中退火后的打擊塊金相組織結構圖。
【具體實施方式】
[0045]以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0046]實施例1:
[0047]本實施例中粉末冶金打擊塊的制備方法包括以下步驟:
[0048](I)設計材料組成:按重量百分比計，所使用材料為鐵鉻鉬合金98.8%、碳0.6%及有機潤滑劑0.6%，其中，鐵鉻鉬合金中鉻含量為3.0%，鉬含量為0.5%，不可避免雜質小于1%，余量為鐵；
[0049](2)混料及壓制:按照步驟(I)的材料組成，將各組分進行混合；將所得混料在600MPa的壓力下，壓制成密度為6.95g/cm3的打擊塊生還；
[0050](3)燒結:將步驟(2)所得打擊塊生坯在真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度為1120°C，燒結時間為20min ；
[0051](4)退火:在含氫10vol%的氮氫氣氛中，退火溫度為870°C，退火保溫時間為60分鐘，退火后從退火溫度到300°C之間的冷卻速度為0.10C /S ;
[0052](5)擠壓:將步驟(4)所得打擊塊生坯進行擠壓，擠壓變形量在直徑方向上大于5%，如圖 2、3 所示，即(D-Dl)/DX 100%> 5%, (D3-D2)/D2X 100%> 5% ；
[0053](6)熱處理:整體淬火后，回火溫度為200°C，保溫120min。
[0054]圖1為本發明實施例所制備打擊塊的結構示意圖，其中，la、lb分別為打擊塊的剖面圖和端面圖。退火后的組織見圖6，孔隙見圖4和圖5，退火后為鐵素體和貝氏體，硬度為HRB80 ;由圖4和圖5可以看出，打擊塊內外徑均有一定的致密層，擠壓后打擊塊的整體密度為7.55?7.57g/cm3，熱處理后打擊塊表面硬度為HRC56-60。
[0055]實施例2:
[0056]本實施例中粉末冶金打擊塊的制備方法包括以下步驟:
[0057](I)設計材料組成:按重量百分比計，所使用材料為鐵鉻鉬合金15%、純鐵粉84.3 %、碳0.2%及有機潤滑劑0.5 %，其中，鐵鉻鉬合金中鉻含量為3.0%，鉬含量為0.5%，不可避免雜質小于1%，余量為鐵；
[0058](2)混料及壓制:按照步驟(I)的材料組成，將各組分進行混合；將所得混料在600MPa的壓力下，壓制成密度為7.2g/cm3的打擊塊生還；
[0059](3)燒結:將步驟⑵所得打擊塊生坯在含氫50vol %的氮氫氣氛中進行燒結，燒結溫度為1120°C，燒結時間為20min ；
[0060](4)擠壓:將步驟(3)所得打擊塊生坯進行擠壓，擠壓變形量在直徑方向上大于6%，即(D-Dl)/DX 100%> 6%, (D3-D2)/D2X 100%> 6% ；
[0061](5)熱處理:滲碳淬火后，回火溫度為200°C，保溫130min。
[0062]實施例3:
[0063]本實施例中粉末冶金打擊塊的制備方法包括以下步驟:
[0064](I)設計材料組成:按重量百分比計，所使用材料為鐵鉻鉬合金50%、純鐵粉49.2 %、碳0.3 %及有機潤滑劑0.6 %，其中，鐵鉻鉬合金中鉻含量為17.0%，鉬含量為I %，不可避免雜質小于1%，余量為鐵；
[0065](2)混料及壓制:按照步驟(I)的材料組成，將各組分進行混合；將所得混料在500MPa的壓力下，壓制成密度為6.8g/cm3的打擊塊生還；