高源

摘 要：滲銅工藝可以減小燒結(jié)產(chǎn)品的孔隙度，且金屬銅和燒結(jié)材料基體相互合金化，從而顯著提高產(chǎn)品的力學(xué)性能。本文選用粉末冶金錐環(huán)為骨架，銅為熔滲劑，對其進行局部滲銅燒結(jié)。通過對產(chǎn)品密度、表面硬度的測量及對比，研究滲銅量及基體密度的變化對零件性能的影響。

關(guān)鍵詞：滲銅;密度;表面硬度

粉末冶金錐環(huán)是汽車結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵零件，其銷孔位置在該零件工作中起著重要的作用，不僅在尺寸上有著嚴(yán)格的要求，其強度要求也高于零件其它位置。密度是粉末冶金零件的關(guān)鍵性能指標(biāo)，對零件的最終強度起著至關(guān)重要的作用。若依靠在毛坯壓制時提高毛坯密度來實現(xiàn)提高錐環(huán)銷孔性能，不僅存在技術(shù)難度，還不利于后期機械加工，因此，要單獨提高銷孔處的強度，局部滲銅是最佳選擇。

熔滲技術(shù)用熔點比基體熔點低的金屬或合金在熔融狀態(tài)下充填未燒結(jié)的或燒結(jié)的制品內(nèi)的孔隙的工藝方法。銅熔點1083℃， 鐵熔點1538℃，兩者熔點差距較大，在高出銅的熔點使銅熔化并進行熔滲作業(yè)時，基體骨架不會發(fā)生軟化。銅和鐵有部分互溶度，互溶度不大，不會使骨架發(fā)生故障，但對熔滲作業(yè)順利進行卻是有利的，因此銅為鐵基產(chǎn)品最常用的熔滲劑，即我們常說的滲銅。研究表明[1]，用銅或銅合金粉末對燒結(jié)鋼進行熔滲能明顯減少或消除燒結(jié)鋼中的孔隙、提高密度、改善其力學(xué)性能和動力學(xué)性能等。滲銅處理較傳統(tǒng)的復(fù)壓復(fù)燒、粉末鍛造、溫壓等致密化工藝具有成本低、工序簡單、易調(diào)整、不需要附加新的設(shè)備和特殊的粉末，致密化效果顯著等優(yōu)點。[2]

滲銅方法，按零件通過爐子的次數(shù)可分為兩種，即一步熔滲和兩部熔滲。一步熔滲即零件一次通過爐子，在燒結(jié)的同時進行熔滲;兩部熔滲即零件兩次通過爐子，第一次完成燒結(jié)，第二次完成熔滲。按熔滲塊在零件上的放置方式可以分為頂部熔滲、底部熔滲和從頂部和底部同時進行的熔滲。本文通過對粉末冶金錐環(huán)進行多次滲銅試驗，從而分析、研究滲銅量及基體密度對滲銅燒結(jié)后錐環(huán)性能的影響，為同類產(chǎn)品滲銅工藝的應(yīng)用提供參考。

1 實驗方案

本次試驗將專用滲銅粉壓制成形狀相同但質(zhì)量不同的壓坯，再分別與不同密度的錐環(huán)基體壓坯進行滲銅燒結(jié)，分別進行性能測試，將測試結(jié)果對比分析。

2 實驗過程

2.1 原材料：生產(chǎn)原材料粉末均為指定成分的外購料。專用滲銅粉及合金粉

2.2 壓型：①采用YAN79Z-40B.99專用自動成型液壓機，以180KN左右壓制壓力，壓制質(zhì)量分別為4g、8g、12g的滲銅片壓坯各60件，壓坯截面積相同，厚度尺寸因質(zhì)量不同不等。②采用YAN79Z-800D專用自動成型液壓機，以5800-6200KN左右的壓制壓力壓制密度為6.6 g/cm3的基體毛坯20件，密度為6.85 g/cm3的基體毛坯30件，尺寸按照正常生產(chǎn)工藝執(zhí)行。

2.3 燒結(jié)：①滲銅燒結(jié)方式：為一步頂部熔滲滲銅燒結(jié)，每件錐環(huán)上端面放置滲銅片數(shù)量為3個。②設(shè)備及參數(shù)：使用240連續(xù)式網(wǎng)帶燒結(jié)爐，高溫?zé)Y(jié)溫度為1110℃。

網(wǎng)帶速度：90±1毫米/分鐘。

2.4 機加：立式鉆床，在滲銅位置粗鉆孔，觀察并記錄鉆孔過程的情況。

3 性能測試

3.1 根據(jù)阿基米德原理利用排水法進行密度測試。分別取滲銅位置的壓坯狀態(tài)、燒結(jié)狀態(tài)樣本，采用梅特勒電子天平進行密度測試，并記錄結(jié)果。

3.2 采用洛式硬度計，硬質(zhì)合金壓頭進行硬度測量，并記錄結(jié)果。

實驗結(jié)果如下（見表一、表二）：

表一

[編號＼&1#＼&2#＼&3#＼&滲銅零件基體密度 ?6.85g/cm3＼&滲銅量/g＼&4＼&8＼&12＼&滲銅位置燒結(jié)后密度g/ cm3＼&7.06＼&7.07＼&7.46＼&硬度/HRB＼&未滲銅部位＼&60＼&70＼&71＼&滲銅部位＼&75＼&83＼&92＼&]

表二

[編號＼&1#＼&2#＼&滲銅零件基體密度 ?6.6g/cm3＼&滲銅量/g＼&4＼&8＼&滲銅位置燒結(jié)后密度g/ cm3＼&7.01＼&7.11＼&硬度/HRB＼&未滲銅部位＼&57＼&57＼&滲銅部位＼&71＼&73＼&]

4 實驗結(jié)果分析

4.1 外觀：滲銅燒結(jié)過程，銅在高出熔點溫度后開始融化為液相，并利用鐵基粉末冶金材料內(nèi)部的孔隙，通過毛細管力將液相銅填充到鐵基體， 但仍有一部分銅在融化時未能及時向下填充到基體中，而是從基體表面徑向流動從而填充到基體中。所以會在滲銅位置周圍留下滲銅痕跡，大小不一，以上的滲銅量均未使銅滲透整個工件，僅在上表面留下痕跡，下表面無滲銅痕跡。

4.2 密度：燒結(jié)件滲銅位置密度較基體毛坯均有很大提高，低密度基體毛坯在燒結(jié)過程中形成的孔隙要大于高密度壓坯，更有益于液相銅的滲入。相對于高密度基體毛坯而言，低密度基體毛坯在滲銅燒結(jié)后密度增長幅度更大。

4.3 硬度：滲銅燒結(jié)后，滲銅位置的硬度較未滲銅位置的均有所提高。高密度基體滲銅12g時硬度提高最多。

4.4 滲銅后由于銅為軟質(zhì)相，機加工性能較鐵稍差，所以在后期銷孔加工時滲銅位置與未滲銅位置相比較費，前者更費刀具，光潔度也稍差。

4.5 由鐵銅相圖可知，高溫時銅在鐵中的固溶度約為8%左右，滲銅后冷卻的過程中由于冷卻速度不可能達到平衡冷卻的條件，所以到室溫時還有一定量的銅固溶在鐵基體中，從而對鐵基體起到固溶強化的作用，所以滲銅后零件滲銅處強度要高于未滲銅的。

5 小結(jié)

隨著粉末冶金技術(shù)的發(fā)展，粉末冶金結(jié)構(gòu)件在各行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。同時，對粉末冶金零件性能的要求也越來越高，滲銅是消除或減少其殘留孔隙，獲得高致密性、高性能粉末冶金零件的最有效途徑。本文旨在為鐵基粉末冶金件滲銅工藝的廣泛應(yīng)用提供參考。為滿足產(chǎn)品性能要求，可根據(jù)實際情況調(diào)整滲銅量、滲銅方法、燒結(jié)溫度等參數(shù)，從而將滲銅法靈活地運用在不同的產(chǎn)品中去。

參考文獻：

[1]韓鳳麟. 粉末冶金零件設(shè)計與應(yīng)用必備[M]，2001

[2]王林山，汪禮敏，徐景杰，張景懷.熔滲劑成分對燒結(jié)鋼滲銅性能的影響[J].粉末冶金材料科學(xué)與工程，2010，15（5）.