專利名稱：一種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料及制備方法
技術領域：
本發明涉及一種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料及制備方法，特別是指ー種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體的粉末冶金材料及粉末冶金近凈成形制備方法，屬于粉末冶金材料及液壓零部件制造技術領域。
背景技術：
液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達作為現代傳動與控制技術的重要組成部分，成為機械行業的重要基礎產品，廣泛應用于諸如航空航天、兵器裝備、船舶艦艇、冶金礦山、石油化エ、能源電力、交通車輛、工程機械、信息電子、港口碼頭、塑料機械、包裝機械、加工機床、醫
療器械、游戲設備等各種主機及技術裝備中。由于其結構、運動及流場極為復雜，對關鍵摩擦副對摩擦-磨損和承載能力的要求極高，不僅要求使用優質的原材料和優良的摩擦副匹配，而且要求有高的加工精度及穩定的熱處理工藝。其中液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達中的缸體是最重要的部件，存在著缸體與柱塞、缸體與配流盤兩對摩擦副，對材料的強度、耐磨性、加工精度及熱處理均有極高的要求。傳統缸體用材料一般采用連鑄球鐵或銅合金，重要設備的液壓柱塞泵/液壓馬達缸體則必須采用進ロ原材料，如EN-GJS-400-15等；傳統的加エエ藝一般為粗車一精車大端面一鏜內孔一精車小端面一拉花鍵或類花鍵一磨小端面一精車精鏜內孔ー銑月牙槽ー鉆鉸柱塞孔ー珩磨柱塞孔一精研大端面ー軟氮化處理等，共十幾道エ序，加工エ序復雜，加工時間冗長，占用機床多。由于集成化程度低，不易實現自動化，所有エ序只能單件生產，生產效率低下，生產成本高。最重要的是，由于材料及エ藝的限制，產品壽命極不穩定，只能達到1000— 7000個小時，重要主機及裝備上必須依賴進ロ的
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發明內容
本發明針對現有技術之不足而提供一種合金成分設計合理、加工エ藝簡單、易于實現批量化、規模化和自動化生產，生產效率高,能耗低，生產成本低、制備的缸體承載能力強、使用壽命長的液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料及制備方法。本發明ー種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料，由基體材料與滲銅材料組成，所述滲銅材料占基體材料質量的8-14% ;所述基體材料與滲銅材料分別包括下述組分按重量百分比組成基體材料石墨I I. 2，稀土氧化物，O. 2 I. 1，余量為鐵；滲銅材料銅92 96，鐵I 3，錳3 5。本發明ー種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料中，所述基體材料中含重量百分比O 5%的銅，各組分重量百分之和為100%。本發明ー種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料中，所述稀土氧化物選自鑭、鈰、釔稀土氧化物中的ー種，稀土氧化物的加入，可以直接影響材料的燒結性能、細化晶粒、改善金相組織，從而提高缸體的綜合性能，包括材料強度、韌性、摩擦磨損性能，值得注意的是，這些指標是缸體的重要特性。本發明ー種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體的制備方法，包括下述步驟第一歩成形模具制備根據設計的液壓柱塞泵/柱塞馬達缸體的內、外徑尺寸,對缸體的內、外徑尺寸放O. 5 Imm制備缸體近凈成形模具，根據缸體的內徑尺寸放量O. 2 O. 4mm制備供嵌裝在所述缸體內徑中的滲銅材料塊模 具；第二步配料、混合按缸體近凈成形模具尺寸，計算缸體總質量，根據缸體總質量，按設計的基體材料與滲銅材料質量比及各組分配比，分別稱量各組分；向基體材料中添加占其重量O. 6
0.8%的成形劑，向滲銅材料中添加占其重量O. 5 O. 6%的成形劑，然后，分別混合均勻；第三歩成形將第二步所得基體材料置于第一歩所得缸體近凈成形模具中，于500-700MPa壓力下壓制成形，得缸體毛坯，控制缸體毛坯密度在6. 4-6. 8g/cm3 ;將第二步所得滲銅材料置于第一歩所得滲銅材料塊模具中，在300-400PMa壓カ下壓制成型，得滲銅塊，控制滲銅塊密度在 6. 8-7. 5g/cm3 ；第四步預燒將第三步所獲得的缸體毛坯，在保護氣氛環境中加熱至1100 1150°C，保溫I
1.5小時后，隨爐冷卻，獲得預燒缸體毛坯。第五步熔滲及燒結將滲銅塊嵌裝在預燒缸體毛坯中，在保護氣氛環境中加熱至1120 1150°C，保溫I I. 5小時后，隨爐冷卻，實現缸體燒結并滲銅，得到缸體粗坯；第六步精整形及精加工采用按缸體設計尺寸要求制作的標準芯棒，在壓力作用下對缸體粗坯內花鍵與柱塞孔進行校形及少量精加工，消除缸體內花鍵與柱塞孔因燒結而產生的形變，保證其精度與尺寸要求。本發明ー種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體的制備方法中，所述混合在V型/雙錐形混料器中進行。本發明ー種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體的制備方法中，所述成形劑為硬脂酸鋅、石蠟、硬脂酸中的ー種。本發明ー種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體的制備方法中，所述熔滲及燒結的保護氣氛為分解氨/氮基氣氛或分解氨氣氛；所述分解氨/氮基氣氛中分解氨與氮氣的體積比為5:1。本發明ー種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體的制備方法中，所述缸體毛坯成形壓カ為500 700MPa，密度為6. 4 6. 8g/cm3 ;所述滲銅塊成形壓カ為200 400MPa，密度為
6.8 7. 5g/cm3。本發明ー種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體的制備方法中，所述缸體粗坯經精整形后進行過熱水蒸氣表面發黑處理，然后進行精加工。
本發明制造的缸體，材料的組織為含銅珠光體+銅，銅強化的珠光體強度高，耐磨性好。同吋，銅的綜合摩擦性能優良，可以形成優良的耐磨-減摩組合。另外，氧化鑭、氧化鈰、氧化釔稀土元素的加入，可以直接影響材料的燒結性能、細化了晶粒，改善金相組織，從而提高缸體的綜合性能，包括材料強度、韌性、摩擦磨損性能，而這些指標對缸體而言是至關重要的，這些指標是缸體的重要特性，加入稀土后可以獲得比較理想的效果。同時加入的量也必須嚴格控制，否則效果相反。滲銅材料中添加Mn元素，可以在高溫滲銅時防止基體材料鐵往銅中倒滲，避免“銅飾凹坑”出現，同時它也起到細化晶粒強化基體材料的作用。本發明所獲得的缸體材料具有良好的物理和力學性能，其密度為7. 6-7. 8g/cm3,拉伸強度大于600MPa，硬度為HRC23— 30。采用水蒸汽表面發黑處理，使缸體表面形成ー層致密的氧化膜，使產品在生產、存儲、運輸及使用過程中不會氧化。利用按缸體設計尺寸要求制作的標準芯棒在壓力作用下對對缸體內花鍵與柱塞孔進行精整型校形，可消除缸體內花鍵與柱塞孔因燒結而產生的形變，保證其精度與尺寸要求。采用“預燒結”后再進行“熔滲燒結”的エ藝，可以消除產品表面出現“銅飾凹坑”的現象，提高產品合格率；克服了粉末冶金通常采用的將壓坯直接進行一次性熔滲-燒結容易造成產品表面存留“銅飾凹坑”，使之報廢，產品合格率下降的缺陷。
與傳統液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料及制造エ藝相比，本發明的優點及積極效果體現在I、缸體材料具有良好的物理和力學性能，其密度為7. 6—7. 8g/cm3,拉伸強度大于600MPa,硬度為HRC23-30 ;在5-4200RPM，5_50MPa條件下，缸體材料與柱塞材料，缸體材料與配流盤材料表現出了優良的摩擦-磨損性能。2、經過近凈成形的設計，大大提高了材料利用率，節約了加工時間和加工機床。3、粉末冶金的成形、燒結和精整形等エ序，可以進行自動化生產，提高了生產效率，降低了產品的生產成本。4、在實際使用中，用這種近凈成形粉末冶金材料和制備方法制造的液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體穩定可靠，其使用壽命可達1000(Γ20000小時，完全可以滿足液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達的使用要求。綜上所述，本發明合金成分設計合理，加工エ藝簡單，易于實現批量化、規模化和自動化生產，能大大提高生產效率，節約能源，降低生產成本。所制造的缸體不僅承載能力強，而且可以改善各摩擦副的摩擦狀況，提高缸體及其摩擦副的使用壽命，適于エ業化應用。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明做進ー步說明實施例I制備ー種近凈成形粉末冶金液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料。其制備エ藝包括如下步驟(I)將鐵粉、石墨粉、稀土氧化物粉按照98. 6 :1. I :0. 3的比例稱重，外加O. 8%的硬脂酸鋅粉末，于V型混料器中混合2小時；于近凈成形模具中在700MPa的壓制壓力下成形，控制密度在6. 8g/cm3左右，獲得缸體毛坯；將缸體毛坯在分解氨/氮基氣氛環境中加熱至1100°C，保溫I. 5小時后，隨爐冷卻，獲得預燒缸體毛坯；所述分解氨/氮基氣氛中分解氨與氮氣的體積比為5:1;(2)將銅粉、鉄粉、錳粉按照94 2 4的比例稱重，外加O. 6%的硬脂酸鋅粉末，于V型混料器中混合I小時；于近凈成形模具中在400PMa的壓制壓力下成形，控制密度在7. 5g/cm3左右，獲得滲銅劑片塊，滲銅劑片單件重量為缸體總重量14%。(3)將滲銅劑片塊放置于預燒缸體毛坯之上，在網帶式燒結爐中于1140°C熔滲，用體積比為5 1分解氨/氮基氣體保護，熔滲時間為I. 5小時，得到缸體粗坯。(4)用硬質合金模具將熔滲后的缸體粗坯內孔和柱塞內孔進行精整形，保證內孔的精度、柱塞孔的精度及柱塞孔對缸體內孔的位置度。(5)將精整形后的缸體進行水蒸氣發黑處理。(6)對發黑后的缸體端面及柱塞孔進行精研加工。 本實施例制備的液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料其密度為7. 6g/cm3,拉伸強度大于660MPa，硬度為HRC30。通過臺架實驗，其使用壽命達到10000小時，完全可以取代熔鑄-機加工方法，滿足液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達的使用要求。實施例2制備ー種近凈成形粉末冶金液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料。其制備エ藝包括如下步驟(I)將鐵粉、銅粉、石墨粉、稀土氧化物粉按照95. 5 :3. O :1. O :0. 5的比例稱重，夕卜加O. 7%的硬脂酸鋅粉末，于V型混料器中混合2小時；于近凈成形模具中在600MPa的壓制壓カ下成形，控制密度在6. 6g/cm3左右，獲得缸體毛坯；將缸體毛坯在分解氨氣氛環境中加熱至1130°C，保溫I. 2小時后，隨爐冷卻，獲得預燒缸體毛坯；(2)將銅粉、鉄粉、錳粉按照95 2 3的比例稱重，外加O. 5%的硬脂酸鋅粉末，于V型混料器中混合I小時；于近凈成形模具中在300PMa的壓制壓力下成形，控制密度在
7.lg/cm3左右，獲得滲銅劑片塊，滲銅劑片單件重量為缸體總重量12%。(3)將滲銅劑片塊放置于缸體毛坯之上，在網帶式燒結爐中于1140°C熔滲，用分解氨氣體保護，熔滲時間為I. 5小時，得到缸體粗坯。 (4)用硬質合金模具將熔滲后的缸體粗坯內孔和柱塞內孔進行精整形，保證內孔的精度、柱塞孔的精度及柱塞孔對缸體內孔的位置度。(5)將精整形后的缸體進行水蒸氣發黑處理。(6)對發黑后的缸體端面及柱塞孔進行精研加工。本實施例制備的液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料其密度為7. 7g/cm3,拉伸強度大于640MPa，硬度為HRC27。通過主機實驗其使用壽命達到15000小時，完全可以取代熔鑄-機加工方法，滿足液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達的使用要求。實施例3制備ー種近凈成形粉末冶金液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料。其制備エ藝包括如下步驟(I)將鐵粉、銅粉、石墨粉、稀土氧化物粉按照92. 7 :5. O :1. 2 :1. I的比例稱重，夕卜加O. 6%的硬脂酸鋅粉末，于V型混料器中混合2小時；于近凈成形模具中在500MPa的壓制壓カ下成形，控制密度在6. 4g/cm3左右，獲得缸體毛坯；將缸體毛坯在分解氨氣氛環境中加熱至1150°C，保溫I小時后，隨爐冷卻，獲得預燒缸體毛坯；(2)將銅粉、鉄粉、錳粉按照92 3 5的比例稱重，外加O. 5%的硬脂酸鋅粉末，于V型混料器中混合I小時；于近凈成形模具中在300PMa的壓制壓力下成形，控制密度在
6.8g/cm3左右，獲得滲銅劑片塊，滲銅劑片單件重量為缸體總重量10%。(3)將滲銅劑片塊放置于缸體毛坯之上，在網帶式燒結爐中于1140°C熔滲，用分解氨氣體保護，熔滲時間為I. 5小時，得到缸體粗坯。(4)用硬質合金模具將熔滲后的缸體粗坯內孔和柱塞內孔進行精整形，保證內孔的精度、柱塞孔的精度及柱塞孔對缸體內孔的位置度。(5)將精整形后的缸體進行水蒸氣發黑處理。
(6)對發黑后的缸體端面及柱塞孔進行精研加工。本實施例制備的液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料其密度為7. 8g/cm3,拉伸強度大于620MPa，硬度為HRC24。通過臺架實驗其使用壽命達到20000小吋，完全可以取代熔鑄-機加工方法，滿足液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達的使用要求。
權利要求
1.一種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料，由基體材料與滲銅材料組成，所述滲銅材料占基體材料質量的8-14% ;所述基體材料與滲銅材料分別包括下述組分按重量百分比組成 基體材料 石墨I I. 2，稀土氧化物O. 2 I. I，余量為鐵； 滲銅材料 銅92 96，鐵I 3，錳3 5。
2.根據權利要求I所述的一種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料，其特征在于所 述基體材料中含重量百分比O 5%的銅，各組分重量百分之和為100%。
3.根據權利要求I或2所述的一種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料，其特征在于所述稀土氧化物選自鑭、鈰、釔稀土氧化物中的一種。
4.根據權利要求3所述的一種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體的制備方法，包括下述步驟 第一步成形模具制備 根據設計的液壓柱塞泵/柱塞馬達缸體的內、外徑尺寸，對缸體的內、外徑尺寸放.0.5 Imm制備缸體近凈成形模具，根據缸體的內徑尺寸放量O. 2 O. 4mm制備供嵌裝在所述缸體內徑中的滲銅材料塊模具； 第二步配料、混合 按缸體近凈成形模具尺寸，計算缸體總質量，根據缸體總質量，按設計的基體材料與滲銅材料質量比及各組分配比，分別稱量各組分；向基體材料中添加占其重量O. 6 O. 8%的成形劑，向滲銅材料中添加占其重量O. 5 O. 6%的成形劑，然后，分別混合均勻； 第三步成形 將第二步所得基體材料置于第一步所得缸體近凈成形模具中，于500-700MPa壓力下壓制成形，得缸體毛坯，控制缸體毛坯密度在6. 4-6. 8g/cm3 ;將第二步所得滲銅材料置于第一步所得滲銅材料塊模具中，在300-400PMa壓力下壓制成型，得滲銅塊，控制滲銅塊密度在 6. 8-7. 5g/cm3 ； 第四步預燒 將第三步所獲得的缸體毛坯，在保護氣氛環境中加熱至1100 1150°C，保溫I I. 5小時后，隨爐冷卻，獲得預燒缸體毛坯。
第五步熔滲及燒結 將滲銅塊嵌裝在預燒缸體毛坯中，在保護氣氛環境中加熱至1120 1150°C，保溫I 1.5小時后，隨爐冷卻，實現缸體燒結并滲銅，得到缸體粗坯； 第六步精整形及精加工 采用按缸體設計尺寸要求制作的標準芯棒，在壓力作用下對缸體粗坯內花鍵與柱塞孔進行校形及少量精加工，消除缸體內花鍵與柱塞孔因燒結而產生的形變，保證其精度與尺寸要求。
5.根據權利要求4所述的一種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體的制備方法，其特征在于所述混合在V型/雙錐形混料器中進行。
6.根據權利要求4所述的一種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體的制備方法，其特征在于所述成形劑為硬脂酸鋅、石蠟、硬脂酸中的一種。
7.根據權利要求4所述的一種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體的制備方法，其特征在于所述熔滲及燒結的保護氣氛為分解氨/氮基氣氛或分解氨氣氛；所述分解氨/氮基氣氛中分解氨與氮氣的體積比為5 :1。
8.根據權利要求4所述的一種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體的制備方法，其特征在于所述缸體粗坯經精整形后進行過熱水蒸氣表面發黑處理，然后進行精加工。
9.根據權利要求4所述的一種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體的制備方法，其特征在于所述缸體毛還成形壓力為500 700MPa,密度為6. 4 6. 8g/cm3 ;所述滲銅塊成形壓力為 200 400MPa,密度為 6. 8 7. 5g/cm3。
全文摘要
一種液壓柱塞泵/液壓柱塞馬達缸體材料，由基體材料與滲銅材料組成，所述滲銅材料占基體材料質量的8-14%；所述基體材料與滲銅材料分別包括下述組分組成基體材料石墨，稀土氧化，鐵；滲銅材料銅，鐵，錳。其制備方法包括成形模具制備，配料、混合、成形，預燒、熔滲燒結、精整形、水蒸氣發黑處理。本發明合金成分設計合理，加工工藝簡單，易于實現批量化、規模化和自動化生產，能大大提高生產效率，節約能源，降低生產成本。所制造的缸體不僅承載能力強，而且可以改善各摩擦副的摩擦狀況，提高缸體及其摩擦副的使用壽命，適于工業化應用。
文檔編號B22F3/16GK102851576SQ20121034163
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月14日 優先權日2012年9月14日
發明者黨勝云, 熊翔, 彭世超, 劉如鐵, 孫加寶 申請人:益陽世龍新材料有限公司