[发明专利]一种汽车转向结构零件球碗的材料及粉末冶金制备工艺

说明书

一种汽车转向结构零件球碗的材料及粉末冶金制备工艺，所述材料包括基础粉末与添加粉末，所述基础粉末为水雾化铁基粉末，所述添加粉末为铜粉、铬合金粉、碳粉、碳化钨粉；其制备工艺是按设计的球碗材料组分配比，配取粉末混合均匀，在真空条件下加热保温，进行预扩散；向预扩散后的粉末中添加设计含量的WC粉，同时添加润滑剂进行混炼并温压成球碗坯；将球碗坯烧结后炉冷至室温；机加工后，加热至指定温度油淬，回火后炉冷至室温。本发明合金组分配比合理、制备工艺简单、操作方便，可有效保证产品的尺寸精度及稳定性，强度、韧性匹配良好，产品耐磨性好，寿命是同类型产品的1.5倍以上，适于作为汽车转向结构零件球碗的制备。

技术领域

本发明涉及一种汽车转向结构用零部件材料及制备工艺，特别是指一种汽车转向结构零件球碗的材料及粉末冶金制备工艺。属于粉末冶金技术领域。

背景技术

粉末冶金是一种新型的材料制备技术，很多复杂形状的制品都可以通过粉末冶金一次成型或者减少后续的机加工。由于直接从金属粉末成形，无需切削加工就可以达到高的精确度，可以在短时间内以较低的成本进行大规模生产，所以粉末冶金结构的汽车零件正在替代已有的齿轮、凸轮、链轮、各种形状的铸件、锻件、切削加工件。

转向系统是汽车的优先保障系统，是汽车驾驶安全的基础，故转向系统使用的可靠性、安装的方便性和调整的灵活性就具有举足轻重的作用。汽车转向系统中，球头是非常关键的部件，其主要包括转向球头杆、球头座、尘封、氢化铁片制成的垫片和弹簧以及一个用于支撑的球碗，球碗位于球头座内转向球头杆的球头下方，垫片支撑在球碗的底面上，球碗的圆周面和底面上设有均匀的相互贯通的防滑槽。球碗与球头座内壁之间存在摩擦阻力，长时间使用容易产生磨损，磨损是主要的失效形式，因此球碗和球头的材质都必须具备很好的耐磨性。见附图1，球碗2安装在球头座1内，转向球头杆3安装在球碗中。

在使用过程中，球接头将承受各种动态载荷。基于车辆的重量，可以确定最大径向载荷，该载荷将直接分布在球碗和壳体的球之间。

另外，因球碗内外表面都是装配面，内外表面的粗糙度及尺寸精度要求较高，表面粗糙度需达到Ra0.8以内，尺寸精度控制在0.05（单向公差）以内。这大大加大了球碗的制造加工难度。同时球碗不是一个完整的球，有一些几毫米不同规格大小的缺口，这种结构在制造生产中会产生变形，加大了产品尺寸控制的难度。

现有技术中，通常采用传统的铸造或者锻造等方法生产球碗，产品内部组织不均匀，精度不高，后续加工繁琐。粉末冶金相对传统的铸造、锻造等成型技术有着独特的优势，用于制备球碗是一种可行的选择。但是，由于球碗要求有良好的强韧性匹配，且尺寸精度要求高，因此，需要对球碗的材料及粉末冶金制备工艺进行优化，才能制备满足设计要求的球碗产品。

发明内容

针对上述问题，本发明目的是提供一种汽车转向结构零件球碗的材料及粉末冶金制备工艺。

本发明一种汽车转向结构零件球碗的材料，包括基础粉末与添加粉末，所述基础粉末为水雾化铁基粉末，所述添加粉末为铜粉、铬粉、碳粉、碳化钨粉；各组分的质量百分比为：

铜粉 1.0-3.0%,

铬粉 1.5-2.5%

碳粉 0.5-1.0%

WC粉 1.0-4.0%，余量为水雾化铁基粉末。

本发明一种汽车转向结构零件球碗的材料，所述基础粉末水雾化铁基粉末选自北美Hoeganaes公司生产的Ancorsteel 4600粉，其粒度分布为D50=80um，D90=150 um；其具体组分质量百分比为0.15%Mn、0.55%Mo、1.83%Ni、余量Fe。

本发明一种汽车转向结构零件球碗的材料，所述铜粉是粒度≤75um（-200目）的水雾化粉末；碳粉是粒度为10-40um的石墨粉；WC粉的粒径为5-10um。