[发明专利]一种复合结构增强的双材质粉末冶金锻造零部件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合结构增强的双材质粉末冶金锻造零部件及其制备方法，零部件至少包括功能层与支撑层，根据环境对功能层和支撑层的不同要求选取材料，即因需选材，因需用材，提高了材料的整体利用率，减少不必要的浪费，降低了生产成本。本发明利用deform模拟软件模拟出支撑层与功能层的具体尺寸，通过在冷压模具型腔内铺设粉末、冷压粉体部分、烧结、热锻、喷丸五个步骤最终得到复合结构增强的双材质粉末冶金锻造零部件，该方法适于规模化生产，经济高效。

【技术领域】

本发明属于粉末冶金领域，涉及一种复合结构增强的双材质粉末冶金锻造零部件及其制备方法。

【背景技术】

一般来讲，零部件在服役时表层部分区域直接承担热、力、电以及环境等复杂负载，因此对其表层的综合性能提出了很高的要求，但是对零部件芯部的性能要求往往不高，通常满足结构稳定所需要的强度要求即可；在整体使用同一材质制造零部件时，为了满足服役要求，需要进行特定的合金化工作，原材料成本较高，但实际服役中，零部件常常仅因为表层或者局部的损伤导致不满足继续服役的条件而报废，但此时整体远未失效，造成了较大的浪费，因此整体同材质制造不仅成本高，也不必要。

粉末冶金锻造技术是一种结合了常规粉末冶金和高温锻造的技术，可以实现近终或最终成型，原材料利用率高，且性能上完全可以接近或达到锻造产品，自动化程度高，便于规模化生产。配合现有的模具技术，利用粉末冶金锻造技术可以根据实际服役中对表层和芯部性能要求不同的特点很好的实现分层因需选材，因需用材，解决上述整体同材质制造中存在的问题，且更加经济高效。

【发明内容】

本发明的目的在于解决实际服役零部件整体同材质制造材料利用率不高，成本较高的问题，提供一种基于粉末冶金锻造方法的方案，为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种复合结构增强的双材质粉末冶金锻造零部件，包括功能层和支撑层，支撑层套装于功能层中；功能层根据服役条件对零部件的材料性能要求选取材料，支撑层根据服役条件对零部件的强度要求选取材料，附加要求需参考使用环境。

本发明的进一步改进在于：

所述服役条件对功能层要求的材料性能包括强度/比强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性、导电性能及导热性能。

所述功能层和支撑层之间的联接通过内结构上的嵌套实现锁紧和加固，各层邻接内结构的边角处圆滑过渡。

所述功能层选用机加工成品、粉末注塑成型方法或粉末冶金锻造方法制备；支撑层使用粉末冶金锻造方法制备；其中粉末冶金锻造方法使用原材料的粉末粒度≤200目，且氧含量≤0.1wt.％。

一种复合结构增强的双材质粉末冶金锻造零部件的制备方法，其特征在于，双材质粉末冶金锻造零部件包括功能层和支撑层，支撑层套装于功能层中，其制备方法包括以下步骤：

1)选取零部件功能层的原料；若直接选用市售成品，则执行步骤2)；否则执行步骤3)；

2)按照设计图纸将原料机加工成需要的形状和内部结构，得到功能层，再将其装配于冷压模具型腔内，然后执行步骤6)；

3)分别按照功能层和支撑层选用的材料成分进行配料，然后分别单独在混料机中充分搅拌，混合均匀，得到功能层粉末备用；

4)制作功能层时，若采用粉末注塑方法，则执行步骤5)；否则执行步骤7)；

5)在注塑模具型腔内按照设计图纸，利用步骤3)中混合好的功能层粉末注塑成设计的形状和尺寸的功能层，再将其装配于冷压模具型腔内；

6)在冷压模具型腔内功能层的内侧铺设支撑层粉末，得到功能层和支撑层的初步组装件，然后执行步骤8)；

7)按照设计图纸，在冷压模具型腔内部分别铺设功能层粉末和支撑层粉末，最终得到功能层和支撑层的初步组装件，然后执行步骤8)；