一種粉末冶金鋁合金相位器轉子的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于粉末冶金技術領域，具體是一種粉末冶金鋁合金相位器轉子的制備方 法，應用于發(fā)動機可變氣門正時系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 可變氣門正時能優(yōu)化氣門特性參數(shù)，改善發(fā)動機進、排氣性能，較好的滿足發(fā)動機 在高轉速與低轉速、大負荷與小負荷時動力性、經(jīng)濟性、廢氣排放的要求，整體提高發(fā)動機 綜合性能。按結構形式分類，液壓連續(xù)可變相位器大體可分為葉片式和柱塞式兩大類。葉 片式連續(xù)可變凸輪相位器系統(tǒng)通過內部油壓作用于葉片使其偏轉，實現(xiàn)了相位角的無級調 節(jié)，在相同的情況下，相位調節(jié)范圍和響應速度方面有了大幅度提升，而且在起動、怠速等 的鎖止裝置也充分保障了系統(tǒng)的可靠性，使發(fā)動機性能獲得相比其它相位器有更大的改 善。葉片式凸輪相位器的主要部件由定子和轉子組成，定子與傳動齒輪固定連接，后者通過 軸向中心螺栓與凸輪軸抗扭矩連接，其中，轉子作為葉輪構成。
[0003] 目前在可變氣門正時系統(tǒng)行業(yè)，葉片式相位器轉子通常采用燒結鋼或壓鑄、擠壓 鋁合金制造。燒結鋼轉子致密度大約在90%，存在連通的孔隙，可能發(fā)生油泄漏，精加工時 費用很高，較重。隨著汽車輕量化的要求，出現(xiàn)了鋁合金相位器轉子，制造形式為壓鑄或擠 壓型材后機加工，加工量大，加工成本高，材料利用率低，由于制造方法的限制，材料成分相 對固定，合金元素不能隨意變化，不能制造含有高硅含量或含有碳化硅顆粒的產(chǎn)品。壓鑄件 存在一些固有缺陷，比如：在澆鑄時，熔液前端的溫度太低，相疊時產(chǎn)出痕跡（冷紋）；容易 產(chǎn)生氣孔、縮孔等缺陷，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(shù)壓鑄鋁合金不可熱處理，所以強度不高。擠壓變形鋁合金轉子可進行熱處理 強化，力學性能較高，但生產(chǎn)工藝復雜，對于形狀復雜及精度要求高的產(chǎn)品，需要進行大量 的機加工，生產(chǎn)成本高。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種工藝簡單、生產(chǎn)效率高、成本低的粉末冶 金鋁合金相位器轉子的制備方法，可適合批量生產(chǎn)，制得的粉末冶金制相位器轉子具有較 好的力學性能。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種粉末冶金鋁合金相位器轉子 的制備方法，其特征在于依次包括以下步驟：
[0006] 1)將鋁粉、Al-Mg合金母粉、Al-Si合金母粉、Al-Fe合金母粉、銅粉、鎳粉及有機潤 滑劑按下述質量比例混合成混合粉，使得各元素在總組分中的質量百分含量為：銅1. 8~ 3. 0%，鎂1. 0~2. 0%，鐵1. 0~1. 5% ;鎳0. 8~2. 0%，硅0. 1~0. 5%，有機潤滑劑： 0. 8~1. 5%,不超過2%的不可避免雜質，余量為錯；
[0007] 2)使用模具壓制成形得到粉末冶金生坯，成形壓力150~650MPa，成形密度 2. 20 ~2. 75g/cm3 ;
[0008] 3)將粉末冶金生坯置于燒結爐中進行燒結，燒結溫度為530~635°C，燒結時間 30~90分鐘，燒結還密度大于2. 60g/cm3 ;
[0009] 4)對燒結坯進行噴砂去毛刺；
[0010] 5)接著對燒結坯進行固溶處理，固溶溫度450~560°C，固溶保溫時間30~ 60min，淬火；
[0011] 6)將淬火處理后的燒結坯進行復壓精整，復壓精整變形量不小于15% ;
[0012] 7)對零件進行時效處理，時效溫度為195~205°C，時效時間50~500分鐘；
[0013] 8)最后對轉子進行車削加工，達到最終尺寸要求。
[0014] 作為優(yōu)選，所述步驟1)的有機潤滑劑為蠟類或酰胺類潤滑劑。
[0015] 作為優(yōu)選，所述步驟2)的鋁粉采用高純度霧化鋁粉，該霧化鋁粉中氧含量小于 0. 3(wt) %，壓制性能在250MPa下大于2. 60g/cm3,松裝密度大于1. 05g/cm3,流速25~ 30s/50g，平均粒度為150±10μπι之間。
[0016] 作為優(yōu)選，所述步驟2)的Al-Mg合金母粉中Mg含量為49~51 (wt) %，含氧量小 于0. 2 (wt) %，平均粒度為5~8 μ m ;A1-Si合金母粉中Si含量為18~38 (wt) %，含氧量 小于0. 2 (wt) %，平均粒度為10~15 μ m ;A1-Fe合金粉中Fe含量為9~11 (wt) %，含氧量 小于0. 2 (wt) %，平均粒度為10~15 μ m，銅粉為電解銅粉，銅含量彡99. 9 (wt) %，平均粒度 為8~10 μ m ;鎳粉為羰基鎳粉，鎳含量彡99. 9 (wt) %，平度粒度為3. 0~5. 5 μ m。
[0017] 作為優(yōu)選，所述步驟3)模具采用硬質合金陰模和高速鋼模沖，成形壓力為450~ 600MPa，成形密度大于2. 50g/cm3。
[0018] 作為改進，所述步驟4)燒結是在保護氣氛下進行，保護氣氛為高純氮，氧含量低 于10PPM，露點低于-40°C，燒結溫度為580~605°C，燒結爐為網(wǎng)帶爐。
[0019] 再改進，所述步驟4)噴砂采用的磨料為氧化鋁顆粒或鋼砂，顆粒尺寸小于 200 μ m,噴砂時間大于30秒。
[0020] 再優(yōu)選，所述步驟5)的固溶溫度為450~560°C，淬火介質為水，淬火轉移時間 < 10s。
[0021] 再優(yōu)選，所述步驟6)的復壓精整需在固溶-淬火處理后4小時內進行，復壓精整 在整形壓機上，在整形模具中進行全整形。
[0022] 再優(yōu)選，所述步驟7)的時效處理需在復壓精整后2小時內進行，時效處理的時間 為3~8h。
[0023] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：提供了一種材料利用率高，生產(chǎn)成本低，適 合于大批量生產(chǎn)的鋁合金轉子生產(chǎn)方法，與燒結鋼材質的轉子相比，鋁合金粉壓制性能好， 壓制時所需壓力僅為鐵粉的一半，這樣就使得壓制模具具有較長的使用壽命，壓制速度更 快，壓制成本降低；燒結鋁合金的的溫度遠低于燒結鋼，燒結過程中能耗降低；燒結過程中 僅需要氮氣作為保護氣氛，經(jīng)濟效益提高；粉末冶金鋁轉子的加工性能更好，包括加工速度 更快，表面粗糙度好，刀具壽命長；在運輸和存儲過程中不需要進行表面防護處理。與壓鑄 或擠壓鋁合金轉子相比，粉末冶金是一種近凈成形的技術，鋁合金原材料利用率高，生產(chǎn)效 率高，生產(chǎn)成本低。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉子的外觀示意圖；
[0025] 圖2(a)是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉子所用純鋁粉粉末顆粒形貌圖；
[0026] 圖2 (b)是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉子所用Al-Mg合金粉的粉末顆粒形 貌圖；
[0027] 圖2(c)是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉子所用Al-Si合金粉的粉末顆粒形 貌圖；
[0028] 圖2 (d)是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉子所用Al-Fe合金粉的粉末顆粒形 貌圖；
[0029] 圖2(e)是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉子所用電解銅粉的粉末顆粒形貌 圖；
[0030] 圖2(f)是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉子所用羰基鎳粉的粉末顆粒形貌 圖；
[0031] 圖3是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉子燒結后的孔隙照片；
[0032] 圖4是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉子熱處理后的顯微組織照片；
[0033] 圖5是本發(fā)明的粉末冶金鋁合金相位器轉子熱處理后的斷口掃描照片。
【具體實施方式】
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的特點，采用元素粉末進行配料設計鋁銅鎂鐵鎳系合金材料，元素粉 末通過混合后室溫壓制成型，然后在網(wǎng)帶爐中燒結，燒結產(chǎn)品再進行固溶、整形、時效、機加 工、去毛刺處理，得到尺寸及性能均滿足使用性能的相位器轉子。
[0035] 實施例1 :
[0036] 1、將鋁粉、高合金母粉（Al-Mg合金母粉、Al-Si合金母粉、Al-Fe合金母粉）、銅 粉、鎳粉及有機潤滑劑按下述質量比例混合，使得各元素在總組分中的質量百分含量為：銅 2. 0%，鎂2.0%，鐵1.0%;鎳1.8%，硅0.25%，蠟類潤滑劑：1.0%，不超過2%的不可避免 雜質，余量為鋁；混料時采用雙錐混料機，混料機轉速為15rpm，混料時間30min。
[0037] 2、將混合均勻的轉子材料粉末，在設計的模具中250MPa壓強下壓制成形得到粉 末冶金錯轉子生還，生還的成形密度為2. 60g/cm3。
[0038] 3、將壓制成形的粉末冶金轉子置于連續(xù)燒結爐的網(wǎng)帶上進行燒結。燒結溫度為 595°C，燒結氣氛為高純氮氣，燒結時間60分鐘，粉末冶金轉子的燒結密度為2. 62g/cm3。
[0039] 4、燒結結束后進行噴砂去毛刺，所用砂子粒度小于200 μ m，噴砂時間大于30秒。
[0040] 5、去毛刺后粉末冶金轉子進行固溶、淬火處理，固溶溫度為515°C，固溶保溫時間 為60min，淬火介質為水，淬火轉移時間< 10s。
[0041] 6、將固溶-淬火處理后的轉子在4小時內進行復壓精整，復壓精整在整形壓機上， 在整形模具中進行全整形，整形變形量15%。大變形量的整形可矯正因燒結而引起的粉末 冶金轉子的變形，使零件更接近圖紙尺寸，同時為下一步的時效提供形變，縮短時效時間。
[0042] 7、經(jīng)精整后的轉子在2小時內進行時效處理，時效溫度為195°C，時效時間8h，時 效后轉子的顯微組織見圖4,斷口形貌見圖5,熱處理后的力學性能如表1所示。
[0043] 8、按相位器轉子圖紙，對轉子的進行精密車削。
[0044] 實施例1所制轉子的力學性能與擠壓方法制的轉子性能對比如表1所示：粉末冶 金鋁相位器轉子室溫及高溫強度都均優(yōu)于擠壓方法所生產(chǎn)的轉子，但延伸率及硬度稍低。<