混料時間對粉料工藝性能的影響

張小嫚

1 引言

汽車發動機用的進、排氣門座是配氣機構的一個相當重要的組元，。由于使用條件惡劣，其性能要求很高，既要耐磨、抗氧化和耐腐蝕，又要在高溫下保持硬度和強度。國外一般采用專用預合金粉，在真空爐中進行高溫、大液相量燒結。但這種預合金粉的壓制性能差，且對生產設備要求很高，而國內許多中、小型廠家通常達不到這種生產條件。由于進、排氣門座毛坯件的硬度要求很高洛氏硬度HRB90以上。為了達到這么高的燒結硬度，粉料中的碳含量要求很高，一般為1.1%～1.2%，這么高的碳含量往往不太容易混合均勻。在生產過程中常常出現密度達不到工藝要求；密度達到要求，壓制噸位很高，磨具沖頭容易折斷損壞。為此，我們專門對此種粉料混合工藝進行多方面的研究，找到了合適的混料工藝，提高此種粉料的壓縮性和流動性，提高壓制密度，降低壓制壓力。

2 混料工藝

按配方計算稱取定量的各種原料粉（鐵粉、硬脂酸鋅、石墨、銅粉等）放入V形混料桶混料機器中，在一定的時間內把各種原料粉混合均勻。工藝參數：包含混料設備、裝粉量、裝粉順序、混料時間等；工藝性能：混合料的松裝密度、流動性、碳的偏析程度，壓縮性等。

2.1 一般根據混合料的工藝性能來判斷混

合料的均勻性以及所混粉料的好壞。

（1）碳偏析度的測定（碳含量）的測定。用取樣器在混合料的5個不同部位分別提取一定的混合料，用碳硫分析儀精確測定每一小份粉的碳含量，看看碳偏析的范圍，一般要求碳偏析小于0.05%。

（2）流動性的測定。稱量50g，精確到0.01克。用手指或其他物體堵住標準漏斗底部的小孔，把稱量好的粉料到進漏斗中。然后起開漏斗的小孔，必須按下漏斗的秒表（精確到0.2s）開始計時，漏斗中的粉料一經流完，立即按下秒表停止計時，即為此份粉的流動性（s）記錄三份樣粉的流動性，一般要求各次測量結果之間的最大差值不得超過0.4秒。《標準漏斗法（霍爾流速計）》的國家標準為GB/T 1482-1984，國際標準ISO4490-1978《標準漏斗法（霍爾流速計）測定粉末的流動性》。

（3）松裝比重的測定。粉末從標準漏斗孔按一定的高度（25mm）自由落下充滿體積為25±0.05cm3的杯子中，在松裝狀態下，以單位體積粉末的質量表示粉末的松裝密度。一般要求三次測量結果之間的差值不得超過三次平均值的1%。采用國家標準GB/T1479-1984和國際標準ISO3923/1-1979《金屬粉松裝密度的測定 第一部分漏斗法》

（4）壓縮性。粉料的壓縮性是粉料化學性能、物理性能等綜合性能的反映，是檢驗和評價粉末質量的重要指標，也是粉末冶金行業根據制品密度要求選用鐵粉的主要依據。一般情況，我們是測定在某一壓力下（500MPa），不同工藝條件下混合料的壓縮性，根據測定的壓縮性我們可以選定一種最佳的工藝參數（每份粉的密度必須是測定三次密度的算術平均值）。采用國家標準GB/T1481-1998和國際標準ISO3927-1985，《金屬粉末（不包括硬質合金粉末）在單軸壓制中壓縮性的測定》

2.2 工藝參數

（1）混料設備。V型混料機：這種混料機不但產生分、合運動，粉末體還會產生強烈的軸向運動，這種軸向運動有助于縮短混合時間。

（2）裝粉量。對于不同的混料機，都有一定的額定裝粉量，也就是填充率。通過大量的對比實驗，在最佳混料時間、相同的裝粉方式等相同的條件下，當粉料的填充率在60%至2/3左右時，混合的效率最佳，即混合料的碳偏析，流動性、松裝密度不同部位測定結果偏差最小。

（3）裝粉順序。由于進、排氣門座的混合粉中含有1.1%～1.2%的石墨，0.8%的硬脂酸鋅，這兩種粉的松裝比重只有其他金屬粉比重的1/3，混合比較困難，容易產生成分偏析。經過對比實驗，本論文中原料粉的裝粉順序為鐵粉（含其他金屬）—石墨—硬脂酸鋅—鐵粉—石墨—硬脂酸鋅。

（4）混粉時間。在最佳的裝粉方式、設備下，最佳的混料時間是使混合的粉料能達到充分混合，并且每批混合料都能保持一定的送裝密度。一般情況下，隨著混料時間的延長，混合的均勻程度都將提高，其松裝密度也趨于增高和穩定。為了更清楚地了解混料時間對混合料均勻性的影響，我們做了大量的實驗，測定不同工藝條件下碳的偏析程度、粉末壓縮性、流動性、松裝密度的變化來研究混料時間與混合料均勻性之間的關系。

本論文主要是研究混料時間對粉料工藝性能的影響，所以我們采用壓制壓坯密度達到7.1g/cm3時壓機所達到的噸位來判斷混合粉料的壓縮性。以排氣門座142F9.3-3為例。根據理論計算，壓制密度達到7.1g/cm3時，壓機噸位為6.8—7.5t。

3 結論

通過研究數據顯示，可以得出以下結論：（1）對進、排氣門座的特性粉料，隨著時間的延長，粉料的均勻性可以大大地提高，壓制壓力、壓坯密度趨于穩定，壓制噸位從13噸很快下降到8噸左右，但壓坯密度反而從6.89g/cm3提高到7.15g/cm3。（2）在額定450kg的V型混料機中裝粉量為300kg混料一小時，混合料的均勻性以及各項工藝性能達到最佳狀態。（3）隨著混料時間的進一步延長，混合料的均勻性反而變差。（4）混料時間為60分鐘時，混合料的壓縮性最好。

參考文獻

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（作者單位：遼寧科技學院）