CN101618482A

CN101618482A - 一种粉末冶金行星架总成烧结钎焊工艺

Info

Publication number: CN101618482A
Application number: CN200910063260A
Authority: CN
Inventors: 华建杰; 裴学宏; 孙正军; 庞羽; 张明辉
Original assignee: Dongfeng Motor Co Ltd
Current assignee: Dongfeng Motor Co Ltd
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2010-01-06

Abstract

本发明提供一种粉末冶金行星架总成烧结钎焊工艺，具体步骤是：1)压制行星架和行星齿轮架毛坯，行星齿轮架毛坯(2)上有与行星架的爪对应的焊料放置孔(2a)；2)将行星齿轮架毛坯(2)上的焊料放置孔(2a)与行星架(1)的爪(1a)对应放置，焊料放置孔(2a)内放入焊料(3)，制成行星架总成烧结坯；3)将第2)步制成行星架的总成烧结坯放入烧结钎焊炉中同时进行烧结和钎焊；烧结和钎焊在烧结钎焊炉内依次连续进行预烧、烧结、冷却，烧结过程与钎焊过程在炉中一次并同时完成，制造总成完成。本发明烧结与钎焊过程同时进行，烧结钎焊过程符合烧结钎焊炉中工艺参数要求。

Description

一种粉末冶金行星架总成烧结钎焊工艺

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金行星架总成烧结钎焊工艺，属于粉末冶金组合件烧结钎焊技术应用于自动变速器行星架总成的开发。

背景技术

行星架总成结构，其组件行星架为带有孔的相对平的板，行星齿轮架为带有板且由板横向延伸的支腿。行星架总成是变速箱、分动箱行星齿轮机构齿轮组的的核心零件。其传统制造模式为钢件机加工后焊接在一起，然后再补充大量的机加工完成该零件的主要工艺；国内查询到采用粉末冶金工艺，冷成型两个配合支架组件的行星齿轮架，通过焊接工艺生产行星架总成；但没有查询到将行星齿轮架毛坯和行星架毛坯配合，通过烧结钎焊工艺过程一次完成组合的相关参考资料和文献。

行星架形状由于有横贯槽的存在，传统加工方式以及成形方法难以成形，而通常加工为两件，然后焊接在一起。从图示中可以看出两件的机加工难度较大，不能适用批量生产，且在焊接过程中存在一定缺陷；随着粉末冶金冷压技术的提高，由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造优点，从两种分体来看，非常适合于粉末冶金的生产。

发明内容

本发明的目的是给出一种粉末冶金行星架总成烧结钎焊工艺，针对粉末冶金冷压成型的特点，提出零件的成型方式和两种成型零件的组合最终形成行星架焊接总成的方法，将烧结与钎焊接技术相结合。

本发明的技术方案：本发明的粉末冶金行星架总成烧结钎焊工艺包括压制、烧结和钎焊，其具体步骤是：

1)压制行星架和行星齿轮架毛坯，行星齿轮架毛坯上有与行星架的爪对应的钎焊料放置孔；

2)将行星齿轮架毛坯上的钎焊料放置孔与行星架的爪对应放置，钎焊料放置孔内放入焊料，制成行星架总成烧结坯；

3)将第2)步制成行星架的总成烧结坯放入烧结钎焊炉中同时进行烧结和钎焊；烧结和钎焊在烧结钎焊炉内依次连续进行预烧、烧结、冷却，烧结过程与钎焊过程在炉中一次并同时完成，制造总成完成；

烧结钎焊炉中参数如下表：

所述的粉末冶金行星架总成烧结钎焊工艺，其钎焊料的化学成分如下：

成分	Cu	Ni	Mn	B	Si	Fe
成分	Cu	Ni	Mn	B	Si	Fe	重量百分比	其余	35～45	11～19	0.5～4.5	0.6～3.6	0～5.0

所述的行星架的爪上有对位和钎焊料储流槽。

所述的粉末冶金行星架总成烧结钎焊工艺，其钎焊料制成与钎焊料放置孔匹配的圆柱形焊料块。

本发明的优点：

粉末冶金行星架总成的研制为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景，如应用变速箱等汽车部件等，自动化的生产使得生产率提高，成本下降，增强了产品的市场竞争力；烧结与钎焊接技术的结合，是对粉末冶金成形技术的补充和突破。传统成形理论，对于内型竖槽没有办法实现一次成形，只有通过分体成形，尔后通过熔渗烧结或者烧结膨胀或者收缩来完成分体件间的结合。其废品率极高，成本相对较大，对于烧结钎焊技术以及粉末冶金烧结钎焊钎焊料的研制，成功运用到粉末冶金行星齿轮架，在粉末冶金行业具有深远的影响。烧结过程与钎焊过程在炉中一次并同时完成，是烧结技术与钎焊技术的有效结合。

附图说明

图1是行星齿轮架毛坯。

图2是行星齿轮架毛坯剖视图。

图3是行星架毛坯。

图4是行星架毛坯剖视图。

图5是行星齿轮架总成。

图6是行星齿轮架总成剖视图。

具体实施方式

1、母体材料的选择

粉末冶金由于孔隙的数量、形态和分布影响材料的物理性能如热传导率、热膨胀率和淬硬性等，这些物理性能直接影响材料可焊性，使焊接较同成份的材料相比不具有焊接性能，材料的成分以及母体密度是影响焊接质量的主要因素之一。

1.1母体材料成分的研究：

材料成份的含量、种类对零件的强度、韧性、硬度等力学性能影响很大。首先怎样在材料中采取稳定的组织成分可保证焊接质量，从而达到连接的目的，而后又能够达到烧结零件的目的；其次怎样使两压环间焊料产生适量的扩散层，既能维持大部分铁基零件的原有特性，又能存留大部分焊料于粉末冶金两界面之间，形成高强度的结合性能。再次，原材料应满足母体性能的要求，所以原材料应该具备以下四个方面的性能：

(1)粉末必须具备稳定的粒度分布与粒度组成且化学成分均匀、无偏析、稳定的流速以及稳定松装密度等重要特性。避免在烧结焊接中因温度和时间及压坯密度不均匀等造成的扩散不充分而引起组织不均匀，并使零件性能产生波动以及降低连接质量，而采用无偏析粉末原料的，这类现象很少发生；

(2)要求材料具有较好的尺寸变化稳定性，以满足零件的高精度要求；

(3)材料烧结后具有高的强度和一定的韧性，满足预先设定的要求。同时，零件有耐磨性要求，所以零件必须有良好的淬透性，热处理时达到较高的硬度；

(4)低于一定的密度(＜6.5g/cm³)的材料几乎不能采用进行焊接，因为低的强度不允许材料吸收能量；烧结材料内部的孔隙也吸附了大量的气体，密度不仅对焊接强度而且对焊接缺陷特别是气孔影响很大，低于一定密度的烧结材料焊后强度低，气孔多。因此要求材料压缩性能好，能够实现高密度压制；

(5)钎焊过程所发生的母体与焊料的相互反应最小；

(6)母体材料的氧化物尽量少，以减少对湿润性的不利影响

1.2母体材料成分的选择：

根据材料性能要求以及现有设备特点，其一、经过性能试验对比和烧结综合参数测定，结合现有的材料标准提供的相关材质达到的性能指标，其二、钎焊材料中含有的低熔点物质较多且偏析于层间，在焊接热应力作用下产生裂纹。解决热裂纹的办法一是根据裂纹的性质合理地改善材料的合金系统，如添加一定的Ni、Mo、W、都能有效地防止裂纹，二是限制有害杂质S、P的含量；选用以下母体材料：

表1 母体材料材质的化学成分以及要求

2、钎焊料配方的确定：

钎焊料的化学成分表

型号	Cu	Ni	Mn	B	Si	Fe
型号	Cu	Ni	Mn	B	Si	Fe	重量百分比	其余	35～45	11～19	0.5～4.5	0.6～3.6	0～5.0

1)铜在1083℃时熔化，铁的熔点为1538℃，铜的液相温度高于母体的奥氏体化的温度范围，因而是安全的，铜对铁也可起到固溶强化作用。

2)镍的密度8.9克/厘米³，熔点1455℃，沸点2730℃。有好的耐腐蚀性，在空气中不被氧化镍和铁的熔点不相上下，镍与铁可互溶产生固溶强化作用，镍可固溶与铁素体中，同时对氧的亲和能力和对铁的亲和能力差不多，铜与镍能够无限互溶，同时镍扩大奥氏体相区，

3)锰的熔点1244℃，沸点2097℃。锰具有明显得固溶强化作用，还有细化铁素体和珠光体以及增加珠光体含量的作用故锰是强化元素，也是具有韧化作用的元素，还可以改善润湿性能以及流动性，锰存在的主要问题是和氧的亲和力较大，

4)硼的添加，添加的硼可以在基体中形成快速扩散，其次可以改善钎焊料的润湿性能，同时硼可以使镍的熔点大大降低

5)硅的同样可以降低熔点的作用。同时银具有良好的流动性

6)锌的添加同样可以降低熔点，并有助于湿润母材。

3.烧结钎焊的工艺：

其具体步骤是：

1)压制行星架和行星齿轮架毛坯，行星齿轮架毛坯上有与行星架的爪对应的钎焊料放置孔。图1、图2是行星齿轮架2的毛坯示意图：在行星齿轮架毛坯上与行星架的爪对应位置设钎焊料放置孔2a。图3、图4是行星架毛坯示意图：行星架1的爪1a上有对位和钎焊料留置凹缺1b，凹缺1b既起对位作用，又起焊液储流作用，使焊接效果更好。

2)将行星齿轮架毛坯2上的钎焊料放置孔2a与行星架1的爪上的凹缺1b对应放置，钎焊料制成与钎焊料放置孔2a匹配的圆柱形焊料块3。将焊料块3放入放置孔2a内，制成行星架总成烧结坯，如图5、图6。

3)将第2)步制成行星架的总成烧结坯放入烧结钎焊炉中同时进行烧结和钎焊；

烧结钎焊炉中参数如下表：

制成粉末冶金行星架总成。

本发明烧结与钎焊过程同时进行，烧结钎焊过程符合烧结钎焊炉中工艺参数要求。

粉末冶金的烧结原理是将粉末冶金压环在低于材料主要组分熔点以下进行高温处理，在特定温度和气氛中发生一系列复杂的物理和化学变化，将粉末冶金压环中粉末颗粒由机械啮合的聚集体变为原子结合的聚结体，最终获得材料必要地物理和力学性能。

钎焊是依靠钎料的熔化流动和凝固形成致密焊缝、牢固接头的方法，钎焊仅是钎料熔化、母材不熔化；在钎焊过程中，将钎焊组件的温度提高到钎料熔点以上，熔化的钎料和母材的相互作用导致在钎料凝固时生成冶金结合。

通过以上烧结钎焊设备、烧结钎焊参数以及钎焊料的选型，我们成功的将烧结以及钎焊技术进行了渗透以及结合，通过批量产品论证，其结合强度达到70Mpa以上。

实施例1：

参数	预烧区	烧结区	冷却区
参数	预烧区	烧结区	冷却区	温度℃	650	1140	45
时间min	84	60	138	温度℃	650	1140	45

实施例2：

实施例3：

本发明的核心是将零件的成型方式和两种成型零件的组合，将烧结与钎焊技术相结合，因此，凡是利用本发明的方法将烧结与钎焊技术结合的，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种粉末冶金行星架总成烧结钎焊工艺，包括压制、烧结和钎焊，其具体步骤是：

1)压制行星架和行星齿轮架毛坯，行星齿轮架毛坯(2)上有与行星架的爪对应的钎焊料放置孔(2a)；

2)将行星齿轮架毛坯(2)上的钎焊料放置孔(2a)与行星架(1)的爪(1a)对应放置，钎焊料放置孔(2a)内放入焊料(3)，制成行星架总成烧结坯；

烧结钎焊炉中参数如下表：

2.根据权利要求1所述的粉末冶金行星架总成烧结钎焊工艺，其特征在于：钎焊料的化学成分如下：

成分 Cu Ni Mn B Si Fe 重量百分比其余 35～45 11～19 0.5～4.5 0.6～3.6 0～5.0

3.根据权利要求1或2所述的粉末冶金行星架总成烧结钎焊工艺，其特征在于：行星架(1)的爪(1a)上有对位和钎焊料储流槽(1b)。

4.根据权利要求1或2所述的粉末冶金行星架总成烧结钎焊工艺，其特征在于：钎焊料制成与钎焊料放置孔(2a)匹配的圆柱形焊料块(3)。