利用压实后尺寸变化形成复合组件的方法技术

一种方法包括如下连续步骤：使用密实压制机在工具和模具组中对粉末金属进行压实，以形成粉末金属压坯，粉末金属压坯从所述工具和模具组中排出，相对另一部件定位该粉末金属压坯，并冷却该粉末金属压坯。当将粉末金属压实时，由于压实期间粉末金属变形，用于形成粉末金属压坯的粉末金属温度相对于室温升高。在排出后、并且在粉末金属压坯仍高于室温时，使得压坯相对另一部件定位。然后，在冷却该粉末金属压坯时，粉末金属压坯尺寸收缩，以在粉末压坯和另一部件之间形成过盈配合，由此形成可以随后进行烧结的复合组件。

A method of forming composite components by the size change after compaction

A method comprises the following steps: using continuous compacting press in tool and die group of powder metal compaction, to form metal powder compacts, metal powder compacts discharged from the tool and mould group, relative positioning another component of the metal powder compacts, and cooling of the metal powder compacts. When the powder metal is compacted, due to the deformation of the powder metal during the compaction, the temperature of the powder metal used to form the powder metal blank is higher than that of the room temperature. After discharge, and when the powder metal blank is still higher than the room temperature, the blank is positioned relative to the other part. Then, when cooling the powder metal blanks, the size of the powder metal blanks is contracted to form interference fit between the powder compacts and the other parts, thereby forming a composite component that can be sintered afterwards.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用压实后尺寸变化形成复合组件的方法相关申请的交叉引用本申请要求享受2015年4月10日提交的名为《利用压实后尺寸变化制造复合组件的方法》的美国临时专利申请号62/145,773的申请日的权益，通过引用将其全文纳入本文以用于所有目的。联邦资助研究或开发的声明无。
本专利技术涉及粉末冶金法。特别是，本申请涉及通过在生产压坯后立即将至少一个新的密实“生”压坯与另一组件进行组合形成复合组件的方法。
技术介绍
粉末冶金法通常用于生产具有良好尺寸控制的大体积组件。通常，将粉末金属和一些粘结剂和/或润滑剂在工具和模具组中进行压实，以形成“生”或未烧结粉末金属压坯或预制件。该压坯或预制件随后加热至略低于粉末金属熔融温度的烧结温度，以使得粉末金属颗粒相互烧结在一起。该烧结通常涉及相邻颗粒相互颈缩接合以使得粉末金属颗粒相互结合或粘结，同时降低组件的孔隙度并提高其密度。在一些形式中，烧结步骤可以包括“液相”烧结，其中，至少一种粉末金属成分在烧结温度下加工熔化为液相，由此额外提供液相用于在烧结温度下迁移。在任何情况下，烧结工艺形成了烧结的粉末金属组件，所述烧结的粉末金属组件比生压坯或预制件坚固许多，并且与由其它工艺(例如，铸造)制造的部件相比具有卓越的尺寸精度。在许多情况下，该烧结的粉末金属组件通过机械加工、锻造等中的一种或多种进行进一步加工。虽然烧结的粉末金属组件具有其优点，但是在某些情况下，单个的烧结的粉末金属组件不具有特定应用所需的全部性能。在该情况下，通常使用复合组件，其中使用了超过一种材料制造组件。作为一个例子，为了形成双材料复合部件，研发出了压制技术，其中，将多种粉末金属填充到单个模具和工具组(例如，使用复杂的分隔物)，然后将这些材料同时进行压实。但是，用于生产复合组件的已知方法通常增加了现有工艺步骤的严重复杂性和/或增加了对用于形成复合材料的额外固定装置的需要。此外，即使在两个组件扩散结合的最简单的情况下(其中，在至少一个组件的烧结步骤期间，这两组件彼此相邻放置)，存在关于两个组成部分相对于彼此的一致且精确定位的潜在问题，如果两部分之间不存在一致的界面质量，烧结粘合可能相对较差。因此，在粉末金属复合组件生产领域中存在改进的需要。
技术实现思路
本文公开了一种方法，其利用了压实过程中由粉末金属的变形作用产生的暂时热量以及随后在形成复合组件的方法中对压坯进行冷却时的尺寸收缩。有效地，在被压实的组件仍然由于压实而是温热的情况下，将它与第二组件组装在一起。在热量由被压实部件耗散(即，冷却)时，导致少量的尺寸收缩，粉末金属压坯与第二组件过盈配合。然后，这些结合的部件烧结在一起，以将两部件牢固地结合在一起。根据本专利技术的一方面，公开了形成复合组件的方法。所述方法包括如下连续步骤：使用密实压制机在工具和模具组中对粉末金属进行压实，以形成粉末金属压块，将粉末金属压坯从工具和模具组中排出，使得粉末金属压坯相对于另一部件定位，并对该粉末金属压坯进行冷却。显然，这些步骤的时机和顺序是重要的，因为当将粉末金属压实时，由于压实期间粉末金属变形，用于形成粉末金属压坯的粉末金属温度相对室温升高。在排出后、并且在粉末金属压坯仍高于室温时，使得压坯相对于另一部件定位。然后，在冷却粉末金属压坯时，粉末金属压坯尺寸收缩，以在粉末金属压坯和另一部件之间形成过盈配合，由此形成复合组件。所述方法可进一步包括：在冷却粉末金属压坯之后，烧结复合组件。在烧结期间，所述粉末金属压坯可以形成复合组件的烧结部分的至少一部分。考虑在一些形式中，另一部件可以是另一粉末金属压坯(虽然具有不同几何构型)。在该情况下，在烧结步骤期间，两个粉末金属压坯同时进行烧结。所述烧结步骤还可能导致在第一部分和第二部分之间所限定的界面处第一部分和第二部分的扩散结合，其中，复合组件的第一部分通过对粉末金属压坯进行烧结形成，并且第二部分包括所述另一部件。发生扩散结合的第一部分和第二部分之间的该界面可以对应于在冷却粉末金属压坯过程中产生过盈配合的期间内粉末金属压坯和另一部件之间形成的界面。考虑在烧结后，可以进行其它烧结后步骤，例如，对复合组件进行热处理。在所述方法的一些形式中，在相对于另一部件定位粉末金属压坯的步骤之前，所述另一部件可以处于室温；或者，在相对另一部件定位粉末金属压坯的步骤之前，所述另一部件可以冷却至低于室温的温度。在定位步骤之前另一部件为室温或低于室温，这意味着在相对于另一部件对粉末金属压坯进行冷却时，粉末金属压坯会尺寸收缩到所述另一部件上。在一些形式中，在定位前，另一部件也可以是高于室温的，但是，在该情况下，另一部件应当设计为在冷却时尺寸收缩程度小于粉末金属部件，以确保形成过盈配合。在所述方法的一些形式中，粉末金属部件可以具有内周，并且另一部件可以具有外周，并且，粉末金属部件的内周和另一部件的外周可以具有在粉末金属压坯冷却后形成过盈配合的对应形状。在一特定形式中，粉末金属压坯可以是环状形状的，然而，其它形状也可以起作用。所述另一部件可以采用多种不同形式中的一种。如上所指出的，所述另一部件也可以是粉末金属部件，并且考虑该粉末金属部件可以与所述粉末金属压坯同时进行烧结，或者可以在定位和形成过盈配合的冷却之前居中。然而，例如，另一部件也可以是固态、完全致密的部件，例如，铸造或挤出部件。还考虑在所述方法的一些形式中，粉末金属压坯可以在排出步骤和定位步骤之间进行加热或保持温热。这样的加热可以防止粉末金属压坯立即冷却(或冷却到下述的程度：冷却妨碍粉末金属压坯相对于另一部件放置用于后续形成的过盈配合)。还考虑在一些形式中，在相对于另一部件定位粉末金属压坯的步骤之前，所述粉末金属压坯可以并未冷却至室温。从另一方面来说，可以进行定位而在排出和定位之间没有任何再加热，以使得所利用的热主要由压实过程中产生。将由以下详细描述和附图了解本专利技术的这些和其它优势。下述内容只是关于本专利技术的一些优选实施方式的描述。为了评定本专利技术的整个范围，对于权利要求书应理解这些优选的实施方式并非旨在于是权利要求书范围内的仅有的实施方式。附图简要说明图1是说明形成复合组件方法的步骤的框图。图2A至图2D示意说明了图1所述方法的部分。优选实施方式详述首先参考图1，对生产复合组件的方法100进行说明，所述复合组件包括至少一个粉末金属部分。如下文中更详细说明，复合组件的其它部分也可以是粉末金属，但是也可以是非粉末金属部分，例如铸造、挤出或以其它方式形成的部分。根据图1中的方法100，粉末金属首先填入工具和模具组中，然后，如步骤102所示，在工具和模具中进行压实，以形成粉末金属压坯。该粉末金属包括一种或多种粉末金属成分(可以是均相粉末金属，或者可以是多种非均相粉末金属的混合物或共混物)，并且通常润滑剂和/或粘结剂同时存在，所述润滑剂和/或粘结剂帮助在烧结前保持被压实粉末金属的形态，而且有助于随后粉末金属压坯从工具和模具组中排出。虽然现在将描述一种示例性方法，但是本领域的普通技术人员很容易理解各种粉末金属压实方法。在一传统的粉末金属压实形式中，将下工具组放入模具腔内以形成底板。然后，可以使用给料板将粉末金属填入该模具腔。在取出给料板的情况下，将上工具组下降至模具腔中，并且当上工具和下工具彼此相对时，通过上工具和下工具将单轴压制压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成复合组件的方法，所述方法包括如下连续步骤：使用密实压制机在工具和模具组中对粉末金属进行压实，以形成粉末金属压坯，由此，由于压实期间粉末金属变形，用于形成粉末金属压坯的粉末金属的温度相对于室温升高；将粉末金属压坯从工具和模具组中排出；在粉末金属压坯的温度仍高于室温的情况下，使得粉末金属压坯相对另一部件定位；以及在烧结前对粉末金属压坯进行冷却，由此导致粉末金属压坯尺寸收缩，以在粉末金属压坯和另一部件之间形成过盈配合，由此形成所述复合组件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.10 US 62/145,7731.一种形成复合组件的方法，所述方法包括如下连续步骤：使用密实压制机在工具和模具组中对粉末金属进行压实，以形成粉末金属压坯，由此，由于压实期间粉末金属变形，用于形成粉末金属压坯的粉末金属的温度相对于室温升高；将粉末金属压坯从工具和模具组中排出；在粉末金属压坯的温度仍高于室温的情况下，使得粉末金属压坯相对另一部件定位；以及在烧结前对粉末金属压坯进行冷却，由此导致粉末金属压坯尺寸收缩，以在粉末金属压坯和另一部件之间形成过盈配合，由此形成所述复合组件。2.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：在对粉末金属压坯进行冷却之后，烧结复合组件。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述粉末金属压坯形成复合组件的烧结部分的至少一部分。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述烧结步骤导致在第一部分和第二部分之间所限定的界面处第一部分和第二部分的扩散结合，复合组件的第一部分通过对粉末金属压坯进行烧结而形成，并且第二部分包括所述另一部件。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，发生扩散结合的第一部分和第二部分之间的界面对应于在对粉末金属压坯进行冷却的过程中产生过盈配合的期间内粉末金属压坯和另一部件之...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·C·泰勒，I·W·唐纳德森，
申请(专利权)人：GKN烧结金属有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US