混料时间对粉料工艺性能的影响

张小嫚

1 引言

汽车发动机用的进、排气门座是配气机构的一个相当重要的组元，。由于使用条件恶劣，其性能要求很高，既要耐磨、抗氧化和耐腐蚀，又要在高温下保持硬度和强度。国外一般采用专用预合金粉，在真空炉中进行高温、大液相量烧结。但这种预合金粉的压制性能差，且对生产设备要求很高，而国内许多中、小型厂家通常达不到这种生产条件。由于进、排气门座毛坯件的硬度要求很高洛氏硬度HRB90以上。为了达到这么高的烧结硬度，粉料中的碳含量要求很高，一般为1.1%～1.2%，这么高的碳含量往往不太容易混合均匀。在生产过程中常常出现密度达不到工艺要求；密度达到要求，压制吨位很高，磨具冲头容易折断损坏。為此，我们专门对此种粉料混合工艺进行多方面的研究，找到了合适的混料工艺，提高此种粉料的压缩性和流动性，提高压制密度，降低压制压力。

2 混料工艺

按配方计算称取定量的各种原料粉（铁粉、硬脂酸锌、石墨、铜粉等）放入V形混料桶混料机器中，在一定的时间内把各种原料粉混合均匀。工艺参数：包含混料设备、装粉量、装粉顺序、混料时间等；工艺性能：混合料的松装密度、流动性、碳的偏析程度，压缩性等。

2.1 一般根据混合料的工艺性能来判断混

合料的均匀性以及所混粉料的好坏。

（1）碳偏析度的测定（碳含量）的测定。用取样器在混合料的5个不同部位分别提取一定的混合料，用碳硫分析仪精确测定每一小份粉的碳含量，看看碳偏析的范围，一般要求碳偏析小于0.05%。

（2）流动性的测定。称量50g，精确到0.01克。用手指或其他物体堵住标准漏斗底部的小孔，把称量好的粉料到进漏斗中。然后起开漏斗的小孔，必须按下漏斗的秒表（精确到0.2s）开始计时，漏斗中的粉料一经流完，立即按下秒表停止计时，即为此份粉的流动性（s）记录三份样粉的流动性，一般要求各次测量结果之间的最大差值不得超过0.4秒。《标准漏斗法（霍尔流速计）》的国家标准为GB/T 1482-1984，国际标准ISO4490-1978《标准漏斗法（霍尔流速计）测定粉末的流动性》。

（3）松装比重的测定。粉末从标准漏斗孔按一定的高度（25mm）自由落下充满体积为25±0.05cm3的杯子中，在松装状态下，以单位体积粉末的质量表示粉末的松装密度。一般要求三次测量结果之间的差值不得超过三次平均值的1%。采用国家标准GB/T1479-1984和国际标准ISO3923/1-1979《金属粉松装密度的测定 第一部分漏斗法》

（4）压缩性。粉料的压缩性是粉料化学性能、物理性能等综合性能的反映，是检验和评价粉末质量的重要指标，也是粉末冶金行业根据制品密度要求选用铁粉的主要依据。一般情况，我们是测定在某一压力下（500MPa），不同工艺条件下混合料的压缩性，根据测定的压缩性我们可以选定一种最佳的工艺参数（每份粉的密度必须是测定三次密度的算术平均值）。采用国家标准GB/T1481-1998和国际标准ISO3927-1985，《金属粉末（不包括硬质合金粉末）在单轴压制中压缩性的测定》

2.2 工艺参数

（1）混料设备。V型混料机：这种混料机不但产生分、合运动，粉末体还会产生强烈的轴向运动，这种轴向运动有助于缩短混合时间。

（2）装粉量。对于不同的混料机，都有一定的额定装粉量，也就是填充率。通过大量的对比实验，在最佳混料时间、相同的装粉方式等相同的条件下，当粉料的填充率在60%至2/3左右时，混合的效率最佳，即混合料的碳偏析，流动性、松装密度不同部位测定结果偏差最小。

（3）装粉顺序。由于进、排气门座的混合粉中含有1.1%～1.2%的石墨，0.8%的硬脂酸锌，这两种粉的松装比重只有其他金属粉比重的1/3，混合比较困难，容易产生成分偏析。经过对比实验，本论文中原料粉的装粉顺序为铁粉（含其他金属）—石墨—硬脂酸锌—铁粉—石墨—硬脂酸锌。

（4）混粉时间。在最佳的装粉方式、设备下，最佳的混料时间是使混合的粉料能达到充分混合，并且每批混合料都能保持一定的送装密度。一般情况下，随着混料时间的延长，混合的均匀程度都将提高，其松装密度也趋于增高和稳定。为了更清楚地了解混料时间对混合料均匀性的影响，我们做了大量的实验，测定不同工艺条件下碳的偏析程度、粉末压缩性、流动性、松装密度的变化来研究混料时间与混合料均匀性之间的关系。

本论文主要是研究混料时间对粉料工艺性能的影响，所以我们采用压制压坯密度达到7.1g/cm3时压机所达到的吨位来判断混合粉料的压缩性。以排气门座142F9.3-3为例。根据理论计算，压制密度达到7.1g/cm3时，压机吨位为6.8—7.5t。

3 结论

通过研究数据显示，可以得出以下结论：（1）对进、排气门座的特性粉料，随着时间的延长，粉料的均匀性可以大大地提高，压制压力、压坯密度趋于稳定，压制吨位从13吨很快下降到8吨左右，但压坯密度反而从6.89g/cm3提高到7.15g/cm3。（2）在额定450kg的V型混料机中装粉量为300kg混料一小时，混合料的均匀性以及各项工艺性能达到最佳状态。（3）随着混料时间的进一步延长，混合料的均匀性反而变差。（4）混料时间为60分钟时，混合料的压缩性最好。

参考文献

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（作者单位：辽宁科技学院）