一种减震器活塞及其制备工艺 |
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| 申请号 | CN201710652597.1 | 申请日 | 2017-08-02 | 公开(公告)号 | CN107520451A | 公开(公告)日 | 2017-12-29 |
| 申请人 | 宁波瑞丰汽车零部件有限公司; | 发明人 | 邬建尧; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种减震器 活塞 及其制备方法，属于粉末 冶金 技术领域。减震器活塞原料成分及百分含量为： 锡 青 铜 粉36％-45％、 碳 粉0.5％-1.3％、硫化锰0.5％-1.0％、二 氧 化铈0.2％-0.3％、碳化 硼 3％-6％、余量为 铁 粉。该原料配比中锡青铜粉与铁粉的比例接近1:1，为铁铜基 粉末冶金 ，具备铁基粉末冶金与铜基粉末冶金的优点，同时加入碳化硼增加产品 摩擦系数 ，加入二氧化铈细化晶粒，提高材料的压溃强度、硬度、减摩和 耐磨性 。最后经一次 烧结 成型并进行 表面处理 获得成品。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种减震器活塞，其特征在于，所述的减震器活塞由如下成分及其质量百分比组成： |
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| 说明书全文 | 一种减震器活塞及其制备工艺技术领域背景技术[0002] 活塞作为汽车中必不可少的配件，在汽车中起着很大的作用。汽车悬挂系统中通常都安装有减震器，而活塞作为减震器必不可少的组件，不停地在减震器缸筒中做往复运动，控制里面的流量开启与关闭。频繁的往复运动就不可避免的要求活塞具有高耐磨，高密度等特点。粉末冶金作为一项成熟的技术，在汽车零配件的制作上提供了极大的帮助。 [0003] 粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金包括制粉和制品。其中制粉主要是冶金过程，和字面吻合。而粉末冶金制品则常远远超出材料和冶金的范畴，往往是跨多学科(材料和冶金，机械和力学等)的技术。尤其现代金属粉末3D打印，集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，使得粉末冶金制品技术成为跨更多学科的现代综合技术。 [0004] 而传统的汽车减震器活塞是采用锌合金压铸成型，机加工车削、清洗包装成品，缺点是由于压铸件的公差精度很难达到技术要求，须机加工来保证产品的同心度、垂直度及活塞外径的密封环尺寸。传统的制作工艺不仅工序复杂，耗费人力和能源，而且往往达不到产品标准需求。同时，连接活塞与连杆的螺丝的螺纹也容易在长期的往复运动中产生松动，存在安全隐患，严重的会发生安全事故。 [0005] 针对传统锌合金减 震器活 塞硬度低 ，不耐磨等缺点 ，中国 专利(ZL201210415179.8)公开了一种采用铁基粉末冶金方法制得减震器活塞杆，提高了产品气密度和产品密度。然而，铁基粉末冶金并不能很好解决减震器活塞硬度、耐磨性和压溃强度等问题。 发明内容[0006] 针对上述存在的问题，本发明提供一种高耐磨、高硬度、高强度的减震器活塞。 [0007] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： [0008] 一种粉末冶金减震器用活塞，所述的减震器用活塞由如下成分及其质量百分比组成：锡青铜粉36％-45％、碳粉0.5％-1.3％、硫化锰0.5％-1.0％、二氧化铈0.2％-0.3％、碳化硼3％-6％、余量为铁粉。 [0009] 现有技术中采用的多为铁基粉末冶金或铜基粉末冶金，铁基粉末冶金材料抗压强度高、硬度大，可以承受较高的载荷，耐磨性较好；铜基粉末冶金材料摩擦因数小、噪声小、耐蚀性好、工作平稳，但承载能力相对较差。本发明材料组分中，锡青铜粉与铁粉的质量比接近1:1，脱离了传统铁基粉末冶金或铜基粉末冶金中铁粉含量或铜粉含量远远高于其他组分的现象，为铁-铜基粉末冶金，糅合了铁基粉末冶金和铜基粉末冶金的优点。碳化硼的加入使得产品铁相转变为硼铁相，进一步提高产品的摩擦系数，即耐磨性。然而加入过量的碳化硼会增加产品的孔隙度，反而降低了硬度，所以本发明中加入稀土材料二氧化铈，能细化晶粒，优化烧结过程，使其在烧结过程中对材料进行改性，提高烧结质量，提高材料的压溃强度、硬度、减摩和耐磨性。硫化锰作为常用的切削剂而被广泛使用。 [0010] 作为优选，在活塞成分中，锡青铜粉与铁粉的质量比为0.8-1.0:1。锡青铜粉与铁粉的质量比决定了本发明是铁-铜基粉末冶金，在硬度与耐磨性能上远高于其他材料配比。 [0011] 作为优选，在活塞成分中，铁粉粒径为120-160目，锡青铜粉粒径为180-200目。铁粉与锡青铜粉的粒径差异可以充分减少材料间的空隙，提高产品密度。 [0012] 本发明在合理选用材料配比的同时还提供了另一种技术方案： [0013] 一种粉末冶金减震器用活塞的制备工艺，所述的方法包括如下步骤： [0015] (2)烧结：将活塞毛坯在900-1000℃下烧结，然后匀速降温至室温，得活塞坯件； [0016] (3)水蒸气雾化：将降温后的活塞坯件先浸油、精整，清洗后进行雾化操作，在活塞坯件表面形成厚度为0.004-0.007mm的保护膜，得活塞成品。 [0017] 粉末冶金工艺取代传统的锌合金压铸成型工艺，不仅减少了制作成本，也使得产品在硬度与耐磨性上获得了极大的提升。粉末冶金成形后的产品精度和形位公差达到8级，故对产品的尺寸不需机加工，通过产品精整后产品表面的粗糙度能达到Ra0.8以上，人工的加工工序减少70％，既减少了能源的浪费和损耗，又提高了产品的精度。最后，水蒸气雾化处理能使产品表面形成0.004-0.007mm的四氧化三铁保护膜，可以提高产品的耐磨性和致密性，产品的密度超过6.3g/cm3，并使得产品具有一定的防锈效果。 [0018] 本发明的活塞制备工艺工序少，人工成本低。采用一次烧结成型，对能源要求低，产品的水蒸气处理增加产品密度，提高抗锈能力。 [0019] 作为优选，在步骤(1)中，所述的混合具体为：先将原料均匀研磨成混料，然后放入混料机中1-1.5h。均匀研磨可以使原料充分混合，减少产品内部空隙。 [0020] 作为优选，在步骤(1)中，压制成型中压力为650MPa-850MPa，压制时间为1-2min。高压压制成型能有效减少产品的细微裂缝，降低产品报废率。 [0021] 作为优选，在步骤(2)中，烧结时间为1-2h，降温速度为3-4℃/min。具体为将毛坯经烧结网送入充满保护气的烧结炉内进行烧结，在900-1000℃温度下烧结1-2h，最后以3-4℃/min匀速降温至室温。匀速降温可以避免因快速降温而造成的产品开裂。 [0022] 作为优选，在步骤(3)中，水蒸气雾化时烘干温度为300-380℃，时间为25-40min，通蒸汽温度500-600℃，时间为1.5-2h，保温温度为550-650℃，时间为25-35min，出炉温度为400-500℃，蒸汽压力为0.2-0.4MPa，最后产品出炉自然冷却。水雾化蒸汽处理能使产品表面形成0.004-0.007mm的四氧化三铁保护膜，进一步提高产品密度，提升产品性能。 [0023] 与现有技术相比，本发明具有如下优点： [0024] (1)原料中锡青铜粉与铁粉的质量比接近1:1，为铁-铜基粉末冶金方法，糅合了铁基粉末冶金和铜基粉末冶金共同的优点。 [0025] (2)碳化硼的加入使得产品铁相转变为硼铁相，进一步提高产品的摩擦系数，即耐磨性。 [0026] (3)发明中加入稀土材料二氧化铈，能细化晶粒，优化烧结过程，使其在烧结过程中对材料进行改性，提高烧结质量，提高材料的压溃强度、硬度、减摩和耐磨性。同时减弱甚至消除因碳化硼加入引起的产品脆性。 [0027] (4)活塞成分中，铁粉粒径为120-160目，锡青铜粉粒径为180-200目。铁粉与锡青铜粉的粒径差异可以充分减少材料间的空隙，提高产品密度。 [0028] (5)粉末冶金工艺可以一次成型产品，减少甚至不需要人工后期加工，大大减少了人工成本。 [0029] (6)利用水蒸气雾化工艺在产品表面形成四氧化三铁保护膜，增加产品密度，同时也具有一定的防锈效果。 具体实施方式[0030] 以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。 [0031] 实施例1 [0032] 配料：按权利要求1中活塞的成分及其质量百分比称取原料，含锡青铜粉40％、碳粉1％、硫化锰1％、二氧化铈0.25％、碳化硼4％、余量为铁。将称取好的材料分别研磨成粉末，其中锡青铜粉粒径为180目，铁粉粒径为120目，再将粉末放入混料机中搅拌1h得混料。将混料放入粉末冶金模具中，在750MPa压力下保持2min得活塞毛坯。 [0033] 烧结：将活塞毛坯经烧结网送入充满保护气的烧结炉内进行烧结，在1000℃下烧结1.5h，最后以4℃/min匀速降温至室温得产品。先将烧结降温后的产品通过网袋送入浸油机内进行浸油，再转运至精整机上的全精整模具内进行精整，最后将产品通过清洗机进行清洗。 [0034] 水蒸气雾化：将清洗后的产品进行水蒸气雾化处理，雾化时烘干温度为350℃，时间为35min，通蒸汽温度550℃，时间为2h，保温温度为600℃，时间为30min，出炉温度为450℃，蒸汽压力为0.3MPa，最后产品出炉自然冷却。水雾化蒸汽处理使产品表面形成0.004-0.007mm的四氧化三铁保护膜。 [0035] 实施例2-3 [0036] 与实施例1的区别仅在于，实施例2-3中配料二氧化铈的含量分别为0.2％、0.3％。 [0037] 实施例4-6 [0038] 与实施例1的区别仅在于，实施例4-6中配料碳化硼的含量分别为3％、5％、6％。 [0039] 实施例7-8 [0040] 与实施例1的区别仅在于，实施例7-8中配料锡青铜粉粒径分别为190目、200目。 [0041] 实施例9-10 [0042] 与实施例1的区别仅在于，实施例9-10中配料铁粉粒径分别为140目、160目。 [0043] 实施例11-12 [0044] 与实施例1的区别仅在于，实施例11-12中烧结温度分别为900℃、950℃。 [0045] 实施例13-14 [0046] 与实施例1的区别仅在于，实施例13-14中水蒸气雾化时的烘干温度分别为300℃、380℃，时间分别为25min、40min。 [0047] 实施例15-16 [0048] 与实施例1的区别仅在于，实施例15-16中水蒸气雾化时的通蒸汽温度分别为500℃、600℃，时间为1.5h。 [0049] 实施例17-18 [0050] 与实施例1的区别仅在于，实施例17-18中水蒸气雾化时的保温温度分别为550℃、650℃，时间分别为25min、35min。 [0051] 实施例19-20 [0052] 与实施例1的区别仅在于，实施例19-20中水蒸气雾化时的出炉温度分别为400℃、500℃，蒸汽压力分别为0.2MPa、0.4MPa。 [0053] 对比例1-4 [0054] 与实施例1的区别仅在于，对比例1-4中配料锡青铜粉的含量分别为90％、80％、20％、3％。 [0055] 对比例5 [0056] 与实施例1的区别仅在于，对比例5中配料不添加二氧化铈。 [0057] 对比例6 [0058] 与实施例1的区别仅在于，对比例6中配料不添加碳化硼。 [0059] 按以上材料配比和工艺生产的汽车减震器活塞测试其压溃强度和硬度如表1所示： [0060] 表1：实施例1-20中产品的压溃强度和硬度 [0061] [0062] [0063] 从表1中数据可以看出，以铁铜基为基础的粉末冶金技术中，二氧化铈的含量过高或过低都会降低产品的压溃强度，碳化硼可以增加产品的硬度，但过高含量的碳化硼会增加产品脆性。控制锡青铜粉和铁粉的粒径可以减少产品内部孔隙，有利于烧结。一般来说，高温烧结的产品具有较高的硬度。而水蒸气雾化表面处理基本不影响产品硬度和压溃强度，只是增加产品密度和防锈能力。 [0064] 表2：对比例1-6中产品的压溃强度和硬度 [0065] [0066] 结合表1与表2的数据可以看出，对比例1-4的实质是铜基粉末冶金和铁基粉末冶金，相较于传统的锌合金，其强度和硬度都有所提高，但铁铜基粉末冶金不仅结合两者的优势，同时依靠二氧化铈和碳化硼来提高产品的强度和硬度。 [0067] 尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。 |
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