偽合金預制件專用模具及應用該模具的偽合金預制件的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制作偽合金預制件的模具，涉及的偽合金預制件預作為活塞第一環(huán)槽增強耐磨環(huán)使用，本發(fā)明還涉及偽合金預制件的制備方法。
【背景技術】
[0002]目前，高功率密度發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和最高燃燒壓力的大幅度提高，使得活塞第一環(huán)槽部位所受的機械載荷急劇增加，現(xiàn)有的柴油機用活塞通常在第一環(huán)槽部位采用高鎳鑄鐵鑲?cè)υ鰪娀駻l2O3短纖維復合材料增強，高鎳鑄鐵鑲環(huán)與鋁基體結(jié)合強度低，只有20?40MPa，從而導致活塞使用壽命短、使用可靠性差。
[0003]高鎳鑄鐵鑲?cè)νǔ２捎秒x心鑄造成筒狀毛坯，再通過機械加工的方式加工成，材料的利用率比較低。
[0004]Al2O3短纖維預制件采用抽真空壓濾成型預制件，如申請?zhí)枮?00910099094.1的中國發(fā)明專利申請公開《一種Al2O3短纖維預制件的制備方法》(公開號為CN101575687B)，該方法制作的預制件前處理工序繁瑣，效率較低，制作的纖維預制件上下面容易聚集硅溶膠，影響后續(xù)的擠壓滲透過程，擠壓鑄造后形成的復合材料與鋁合金界面容易存在滲透不良的界面效應。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述的技術現(xiàn)狀而提供一種強度大且制作簡單偽合金預制件專用模具。
[0006]本發(fā)明所要解決的又一個技術問題是提供一種強度大且制作簡單偽合金預制件制備方法。
[0007]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種偽合金預制件專用模具，其特征在于包括
[0008]底模；
[0009]下模，中空并設于前述底模上端面；
[0010]內(nèi)模，設于前述底模的上端面，該內(nèi)模位于前述下模的中部并向上伸出前述下模；
[0011]墊塊，設于前述底模的上端面；
[0012]外模，位于前述墊塊的上方并套設于前述下模的外周且向上伸出前述下模；以及
[0013]上模:中空并套設于前述內(nèi)模外周且位于下模上方，
[0014]前述下模上端面與內(nèi)模外側(cè)面、外模內(nèi)側(cè)面及上模的下端面構(gòu)成預制件的成型腔體，該成型腔體呈環(huán)形。
[0015]所述下模包括上段環(huán)及由上段環(huán)向下延伸的下段環(huán)，前述上段環(huán)的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面分別與內(nèi)模的外側(cè)面和外模的內(nèi)側(cè)面緊配合，前述下段環(huán)的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面分別與內(nèi)模的外側(cè)面和外模的內(nèi)側(cè)面之間形成間隙。
[0016]所述上模包括下環(huán)及由下環(huán)向上延伸的上環(huán)，前述下環(huán)的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面分別與內(nèi)模的外側(cè)面和外模的內(nèi)側(cè)面緊配合，前述上環(huán)的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面分別與內(nèi)模的外側(cè)面和外模的內(nèi)側(cè)面之間形成間隙。
[0017]上模和下模采用“凸”字結(jié)構(gòu)設計，減少了成型腔體配合面的面積，加壓和試樣的取出過程較為便利，同時也為了降低模具的磨損。
[0018]—種偽合金預制件的制備方法，包括如下步驟:
[0019]①配制偽合金粉末顆粒，該合金化學成分組分及重量百分數(shù)為:
[0020]Cr: 16% ?18%;
[0021]N1:10% ?14%;
[0022]Mo:2%?3%;
[0023]C:0.01%?0.06% ;
[0024]其余為Fe ；
[0025]②添加粘結(jié)劑，偽合金粉末顆粒加入硬質(zhì)酸鋅，偽合金粉末顆粒與硬質(zhì)酸鋅的加入比例為質(zhì)量比9:1?11:1 ;
[0026]③混粉，將偽合金粉末顆粒與硬質(zhì)酸鋅混合均勻；
[0027]④制作偽合金預制件，將混合均勻的偽合金粉末加入偽合金預制件專用模具的成型腔體中，上模加壓，取出上模，再施加壓力，外模向下移動脫離至底模上端面，取出偽合金預制件；
[0028]⑤預燒結(jié)，偽合金增強預制件放入烘箱中預燒結(jié)隨爐冷卻；
[0029]⑥高溫燒結(jié)，將經(jīng)過預燒結(jié)的偽合金預制件，放入真空或氮氣氛圍的燒結(jié)爐中進行高溫燒結(jié)，隨爐冷卻。
[0030]作為優(yōu)選，步驟③中混粉條件如下:將偽合金粉末顆粒與硬質(zhì)酸鋅加入混料筒中，加入鋼球，混粉時間為6h?8h，混合后，采用篩子篩去鋼球，獲得混合均勻的粉末。
[0031]作為優(yōu)選，步驟④所述模加壓條件如下:加壓壓力P為10MPa?300MPa，保壓時間30?60s。
[0032]作為優(yōu)選，步驟⑤中所述的預燒結(jié)溫度350°C?400°C，預燒結(jié)時間為1.5h?2h，步驟⑥中所述的高溫燒結(jié)溫度1150°C?1200°C，高溫燒結(jié)時間為1.8h?2h。
[0033]作為優(yōu)選，步驟①中所述的偽合金粉末顆粒平均尺寸小于80um。
[0034]作為優(yōu)選，步驟②中所述的偽合金粉末顆粒與硬質(zhì)酸鋅的加入比例為質(zhì)量比10:
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[0035]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:預制件采用粉末擠壓結(jié)合高溫燒結(jié)成型，獲得具有良好的耐熱和耐磨性能及良好的結(jié)合強度的偽合金預制件，整體制造工藝簡便、材料利用率高、制作效率高、成本低；采用硬脂酸鋅作為固體粘結(jié)劑與偽合金粉末顆粒充分混合，壓制后粘結(jié)效果好；在真空或氮氣氛圍下進行燒結(jié)，有效阻止偽合金粉末的氧化，在擠壓鑄造過程容易滲透，形成結(jié)合良好的復合材料。
【附圖說明】
[0036]圖1為實施例1中偽合金預制件的模具壓制過程示意圖。
[0037]圖2為實施例1中偽合金預制件的模具開模過程示意圖。
[0038]圖3為實施例1中偽合金預制件的模具頂出取件過程示意圖。
[0039]圖4為圖1中上模結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖1中下模結(jié)構(gòu)不意圖。
圖6為實施例1中獲得偽合金預制件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0040]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0041]實施例1:本實施例中偽合金預制件的制備方法，包括如下步驟:
[0042]①配制偽合金粉末顆粒，該合金化學成分組分及質(zhì)量百分數(shù)為:
[0043]Cr:16% ；Ni:10% ；Mo:2% ；C:0.01% ;其余為 Fe ；
[0044]②添加粘結(jié)劑，偽合金粉末顆粒加入硬質(zhì)酸鋅，偽合金粉末顆粒與硬質(zhì)酸鋅的加入比例為質(zhì)量比10:1 ;
[0045]③混粉，將偽合金粉末顆粒與硬質(zhì)酸鋅加入混料筒中，加入鋼球，混粉時間為6h，混合后，采用篩子篩去鋼球，獲得混合均勻的粉末；
[0046]④制作偽合金預制件，通過專用的模具來制作，偽合金預制件專用模具包括底模6、下模4、內(nèi)模2、墊塊5、外模3及上模1，下模4中空并設于底模6上端面，內(nèi)模2設于底模6的上端面，內(nèi)模2位于下模4的中部并向上伸出下模4，墊塊5設于底模6的上端面；外模3位于墊塊5的上方并套設于下模4的外周且向上伸出下模4。
[0047]上模I中空并套設于內(nèi)模2外周且位于下模4上方，下模4上端面與內(nèi)模2外側(cè)面、外模3內(nèi)側(cè)面及上模I的下端面構(gòu)成預制件的成型腔體，成型腔體呈環(huán)形。
[0048]如圖4所示，上模I包括下環(huán)12及由下環(huán)12向上延伸的上環(huán)11，下環(huán)12的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面分別與內(nèi)模2的外側(cè)面和外模3的內(nèi)側(cè)面緊配合，上環(huán)11的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面分別與內(nèi)模2的外側(cè)面和外模3的內(nèi)側(cè)面之間形成間隙。
[0049]如圖5所示，下模4包括上段環(huán)41及由上段環(huán)41向下延伸的下段環(huán)42，上段環(huán)41的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面分別與內(nèi)模2的外側(cè)面和外模3的內(nèi)側(cè)面緊配合，下段環(huán)42的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面分別與內(nèi)模2的外側(cè)面和外模3的內(nèi)側(cè)面之間形成間隙。
[0050]上模I和下模4采用“凸”字結(jié)構(gòu)設計，減少了成型腔體配合面的面積，加壓和試樣的取出過程較為便利，同時也為了降低模具的磨損。
[0051]結(jié)合圖1、圖2和圖3所示將混合均勻的偽合金粉末加入成型腔體中，放入上模I進行緩慢加壓，加壓壓力P為lOOMPa，保壓時間30s，取出上模1，將墊塊5取出放在外模3上，施加壓力，取出偽合金預制件7。
[0052]⑤預燒結(jié)，偽合金增強預制件放入烘箱中預燒結(jié)，燒結(jié)溫度350°C，燒結(jié)時間為1.5h，隨爐冷卻；
[0053]⑥高溫燒結(jié)，將進過預燒結(jié)的偽合金增強預制件，放入真空或氮氣氛圍的燒結(jié)爐中進行高溫燒結(jié)，燒結(jié)溫度1150°C，燒結(jié)時間為1.8h，隨爐冷卻，即得偽合金增強預制件。
[0054]擠壓鑄造成型法是將處于液態(tài)或半固態(tài)的熔體在壓力作用下充滿鑄型、凝固和結(jié)晶的鑄造工藝方法。其特點是在零件成型和