CN103231060A - 一种粉末冶金斜齿轮及其制备方法 - Google Patents

一种粉末冶金斜齿轮及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种粉末冶金斜齿轮，由下列重量份的粉末原料压制而成：铁粉100、铜粉1.8-2.0、钼粉0.5-0.8、钴粉0.1-0.3、镍粉0.8-1.2、石墨粉0.5-0.8、改性树木灰烬0.1-0.3、稀土硅铁合金0.2-0.6、石蜡0.1-0.3、乙撑双硬脂酸酰胺0.1-0.2、天青石粉0.1-0.3、钇粉0.2-0.4、氮化硼0.2-0.4、氧化锌0.4-0.5。制备时先对粉末原料进行分步混合，然后经压制、烧结、热处理、表面处理后得到最终产品斜齿轮，生产出的粉末冶金斜齿轮具有耐磨性好，强度高、硬度高、切削性好，耐腐蚀、不易出现断裂，使用寿命长的特点。

Description

一种粉末冶金斜齿轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域，具体涉及一种粉末冶金斜齿轮及其制备方法。
背景技术
    粉末冶金技术，能够以与制品形状极其相近的形状生产要求高尺寸精度、复杂的形状的部件，能够大幅度地减少切削成本。因此，粉末冶金制品作为各种机械、装置的部件而利用在多方面。
一般而言，向铁基粉末中混合石墨粉等合金用粉末和硬脂酸、石蜡等润滑剂粉末而形成铁基粉末混合粉体后，将该铁基粉末混合粉体填充到金属模具，加压成形而制造粉末冶金用铁基粉末成形体(压粉体)。其中，铁基粉末根据成分可分为铁粉(纯铁粉等)、合金钢粉等。并且，铁基粉末根据制造方法还可分为雾化铁粉、还原铁粉等。铁基粉末成形体的密度一般为6.6-7.1 mg/m3。对于这些铁基粉末成形体进一步实施烧结处理而形成烧结体，并且根据需要实施精整、切削加工而形成粉末冶金制品。需要提高拉伸强度、疲劳强度时，烧结后还实施渗碳热处理、光亮热处理。但是，现有的粉末冶金零件，由于配方中各种原料的比重不同，混合时很难保证混合均匀，导致压制成的生坯的密度不均匀，通过热处理，所得的零件的整体密度不均匀，导致各项力学性能不好。 
发明内容
    本发明提供了一种粉末冶金斜齿轮及其制备方法，用特殊的原料配比和科学的工艺，生产出的的粉末 冶金斜齿轮具有耐磨性好，强度高、硬度高、切削性好，耐腐蚀、不易出现断裂，使用寿命长的特点。
    本发明采用的技术方案如下：
一种粉末冶金斜齿轮，其特征在于，由下列重量份的粉末原料压制而成：铁粉100、铜粉1.8-2.0、钼粉 0.5-0.8、钴粉0.1-0.3、镍粉0.8-1.2、石墨粉0.5-0.8、改性树木灰烬0.1-0.3、稀土硅铁合金0.2-0.6、石蜡0.1-0.3、乙撑双硬脂酸酰胺0.1-0.2、 天青石粉0.1-0.3、钇粉0.2-0.4、氮化硼0.2-0.4、氧化锌 0.4-0.5，所述的稀土硅铁合金的的牌号为FeSiRE23，粒度5-20 mm 。
所述的粉末冶金斜齿轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）首先将40-50%的基料铁粉装入高速混合机中，向其中加入基料铁粉质量0.3-0.6%的硅烷偶联剂KH-550，高速搅拌5-6分钟，然后将铜粉、钼粉  、钴粉、镍粉、石墨粉 、改性树木灰烬粉、石蜡、乙撑双硬脂酸酰胺和余下的铁粉依次加入其中，边高速混合边加热，当温度升到125-130℃时，在将配方中的其余组分全部加入其中，再继续混合8-10分钟，然后让其冷却，得到密度均匀的铁基混合粉末；
（2）将步骤（1）获得的铁基混合粉末装入模具中，在550-580Mpa压力下压制成形；
（3）压制成形的生坯放在烧结炉中,在氢气和氮气混合气体的保护气氛中，首先在温度为1000～1050℃，烧结时间为10-20分钟，然后以10-20℃/分钟的速度升高温度到1150-1180℃，在此温度下，再烧结10-15分钟，然后冷却降至室温； 
（4）热处理  烧结成形的生坯先在正火炉内进行正火处理，805～815℃下保温1-2小时左右；取出后再进行淬火处理，送入热处理炉中加热到650-700℃℃，并保温2-3小时；然后，用淬火油冷却，将淬火后的齿轮送入回火炉中加热到500-520℃下进行高温回火处理，保温1.5-2小时，再在155～165℃进行低温回火，保温2-3小时； 
（5）渗碳   低温回火后的粉末冶金斜齿轮在渗碳炉中，在气态的渗碳介质中加热到875-925℃，保温处理3-5小时，冷却至120℃，保温5-8时，然后冷却到室温； 
（6）蒸汽处理  渗碳氮后的粉末冶金斜齿轮送入蒸汽炉内，进行蒸汽处理，蒸汽温度600-700℃，保温处理时间3-4小时，然后在200-250℃下保温2-3小时，最后自然冷却到室温，即可。
所述的粉末冶金斜齿轮，其特征在于，所述的原料中各种金属粉末的粒径在200-400目范围内。
所述的粉末冶金斜齿轮的制备方法，其特征在于，所述的改性树木灰烬粉通过以下方法制备而成：将树木灰烬先用25%的盐酸浸泡30-40分钟，然后用碱液中和，再用去离子水冲洗去杂，再和用少量乙醇溶解稀释NDZ-311钛酸酯偶联剂混合，NDZ-311钛酸酯偶联剂的用量为树木灰烬重量的1-2%，以喷雾形式加入高速混料机中，搅拌15-20min后出料，烘干研磨成 300-400目粉末，得到改性树木灰烬粉。
本发明的优点和有益效果：
1. 本发明的粉末 冶金斜齿轮，进行采用分步混合、保证了成品件的密度均匀一致，提高了斜齿轮的综合机械性能，加工时，在混合粉末料的工序中，首先用偶联剂对部分铁粉润湿，然后再将合金粉和润滑剂按比例添加到润湿铁粉中混合，最后在经余下铁粉加入其中，充分混合，所得的混合粉末在经压制、烧结、热处理，表面处理，最后得到最终的产品，采用的粉末冶金加工工艺，大幅降低制造成本，提高了材料利用率和生产率。
2. 本发明的粉末冶金斜齿轮，在原料配方中加入不同比例的金属粉末，使得制备出的斜齿轮达到高强度，高硬度和高耐磨的性能；在配方中添加适量的固体润滑剂，增加了产品的自润滑性能；添加了适量的钴粉、改性树木灰烬粉，提高了产品的强度和耐磨性能和自润滑性能。 
具体实施方式
下面通过实施例，进一步详细描述本发明，但是本发明不仅仅局限于以下实施例。
实施例  称取下列原材料（kg）铁粉100、铜粉1.9、钼粉 0.6、钴粉0.2、 镍粉1.0、石墨粉0.7、改性树木灰烬0.2、稀土硅铁合金0.5、石蜡0.2、乙撑双硬脂酸酰胺0.15、 天青石粉0.2、钇粉0.3、氮化硼0.3、 氧化锌 0.45，所述的稀土硅铁合金的的牌号为FeSiRE23，粒度5-20 mm ，
制备方法，包括以下步骤：
（1）首先将40-50%的基料铁粉装入高速混合机中，向其中加入基料铁粉质量0.3-0.6%的硅烷偶联剂KH-550，高速搅拌5-6分钟，然后将铜粉、钼粉  、钴粉、镍粉 、石墨粉 、改性树木灰烬粉、石蜡、乙撑双硬脂酸酰胺和余下的铁粉依次加入其中，边高速混合边加热，当温度升到125-130℃时，在将配方中的其余组分全部加入其中，再继续混合8-10分钟，然后让其冷却，得到密度均匀的铁基混合粉末；
（2）将步骤（1）获得的铁基混合粉末装入模具中，在550-580Mpa压力下压制成形；
（3）压制成形的生坯放在烧结炉中,在氢气和氮气混合气体的保护气氛中，首先在温度为1000～1050℃，烧结时间为10-20分钟，然后以5-8℃/分钟的速度升高温度到1150-1180℃，在此温度下，再烧结10-15分钟，然后冷却降至室温，在进行精加工； 
（4）热处理  烧结成形的生坯先在正火炉内进行正火处理，805～815℃下保温1-2小时左右；取出后再进行淬火处理，送入热处理炉中加热到650-700℃℃，并保温2-3小时；然后，用淬火油冷却，将淬火后的齿轮送入回火炉中加热到500-520℃下进行高温回火处理，保温1.5-2小时，再在155～165℃进行低温回火，保温2-3小时； 
（5）渗碳   低温回火后的粉末冶金斜齿轮在渗碳炉中，在气态的渗碳介质中加热到875-925℃，保温处理3-5小时，冷却至120℃，保温5-8时，然后冷却到室温； 
（6）蒸汽处理  渗碳氮氮后的粉末 冶金斜齿轮进行蒸汽处理，蒸汽温度600-700℃，处理时间3-4小时，然后在200-250℃下保温2-3小时，最后自然冷却到室温，即可。
原料中各种金属粉末的粒径在300-400目范围内。
改性树木灰烬粉通过以下方法制备而成：将树木灰烬先用25%的盐酸浸泡30-40分钟，然后用碱液中和，再用去离子水冲洗去杂，再和用少量乙醇溶解稀释NDZ-311钛酸酯偶联剂混合，NDZ-311钛酸酯偶联剂的用量为树木灰烬重量的1-2%，以喷雾形式加入高速混料机中，搅拌15-20min后出料，烘干研磨成 300-350粉末，得到改性树木灰烬粉。
本实施例制得的粉末冶金齿轮的性能检测如下：
抗拉强度 σb (MPa)：805 
屈服强度 σs (MPa)： 485 
伸长率 δ5 (%)： 17.8 
断面收缩率 ψ (%)： 37。

Claims (4)

1.一种粉末冶金斜齿轮，其特征在于，由下列重量份的粉末原料压制而成：铁粉100、铜粉1.8-2.0、钼粉0.5-0.8、钴粉0.1-0.3、镍粉0.8-1.2、石墨粉0.5-0.8、改性树木灰烬0.1-0.3、稀土硅铁合金0.2-0.6、石蜡0.1-0.3、乙撑双硬脂酸酰胺0.1-0.2、天青石粉0.1-0.3、钇粉0.2-0.4、氮化硼0.2-0.4、氧化锌 0.4-0.5，所述的稀土硅铁合金的的牌号为FeSiRE23，粒度5-20 mm 。
2.如权利要求1所述的粉末冶金斜齿轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）首先将40-50%的基料铁粉装入高速混合机中，向其中加入基料铁粉质量0.3-0.6%的硅烷偶联剂KH-550，高速搅拌5-6分钟，然后将铜粉、钼粉  、钴粉、镍粉、石墨粉 、改性树木灰烬粉、石蜡、乙撑双硬脂酸酰胺和余下的铁粉依次加入其中，边高速混合边加热，当温度升到125-130℃时，在将配方中的其余组分全部加入其中，再继续混合8-10分钟，然后让其冷却，得到密度均匀的铁基混合粉末；
（2）将步骤（1）获得的铁基混合粉末装入模具中，在550-580Mpa压力下压制成形；
（3）压制成形的生坯放在烧结炉中,在氢气和氮气混合气体的保护气氛中，首先在温度为1000～1050℃，烧结时间为10-20分钟，然后以10-20℃/分钟的速度升高温度到1150-1180℃，在此温度下，再烧结10-15分钟，然后冷却降至室温； 
（4）热处理  烧结成形的生坯先在正火炉内进行正火处理，805～815℃下保温1-2小时左右；取出后再进行淬火处理，送入热处理炉中加热到650-700℃℃，并保温2-3小时；然后，用淬火油冷却，将淬火后的齿轮送入回火炉中加热到500-520℃下进行高温回火处理，保温1.5-2小时，再在155～165℃进行低温回火，保温2-3小时； 
（5）渗碳   低温回火后的粉末冶金斜齿轮在渗碳炉中，在气态的渗碳介质中加热到875-925℃，保温处理3-5小时，冷却至120℃，保温5-8时，然后冷却到室温； 
（6）蒸汽处理  渗碳后的粉末冶金斜齿轮送入蒸汽炉内，进行蒸汽处理，蒸汽温度600-700℃，保温处理时间3-4小时，然后在200-250℃下保温2-3小时，最后自然冷却到室温，即可。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金斜齿轮，其特征在于，所述的原料中各种金属粉末的粒径在200-400目范围内。
4.根据权利要求2所述的粉末冶金斜齿轮的制备方法，其特征在于，所述的改性树木灰烬粉通过以下方法制备而成：将树木灰烬先用25%的盐酸浸泡30-40分钟，然后用碱液中和，再用去离子水冲洗去杂，再和用少量乙醇溶解稀释NDZ-311钛酸酯偶联剂混合，NDZ-311钛酸酯偶联剂的用量为树木灰烬重量的1-2%，以喷雾形式加入高速混料机中，搅拌15-20min后出料，烘干研磨成 300-400目粉末，得到改性树木灰烬粉。
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