CN103233166A - 一种粉末冶金扇形齿轮及其制备方法 - Google Patents

一种粉末冶金扇形齿轮及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种粉末冶金扇形齿轮,由下列重量份的粉末原料压制而成:铁粉100、铜粉1.8-2.0、锆粉0.5-0.8、钒粉0.1-0.3、铬粉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、二硫化钼0.1-0.3、BaF2 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扇形齿轮,生产出的粉末冶金扇形齿轮具有耐磨性好,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

一种粉末冶金扇形齿轮及其制备方法
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扇形齿轮及其制备方法。
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扇形齿轮及其制备方法,用特殊的原料配比和科学的工艺,生产出的的粉末冶金扇形齿轮具有耐磨性好,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:
一种粉末冶金扇形齿轮,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、锆粉0.5-0.8、钒粉0.1-0.3、 铬粉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、二硫化钼0.1-0.3、BaF0.2-0.4、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 。
所述的粉末冶金扇形齿轮的制备方法,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、锆粉 、钒粉 、铬粉 、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,在进行精加工; 
(4)热处理  精加工后再进行淬火处理,淬火温度为805~815℃,淬火时间2-3小时;然后在500-520℃下进行高温回火处理,保温1.5-2小时;然后在155~165℃进行低温回火,2-3小时; 
(5)气体渗碳氮,低温回火后的粉末冶金扇形齿轮在可控气氛热处理炉中700℃碳氮气氛下共渗50分钟,冷却至120℃,保温5-8小时,然后冷却到室温; 
(6)蒸汽处理  渗碳氮后的粉末冶金扇形齿轮进行蒸汽处理,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。
所述的粉末冶金扇形齿轮,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。
所述的粉末冶金扇形齿轮的制备方法,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. 本发明的粉末冶金扇形齿轮,进行采用分步混合、保证了成品件的密度均匀一致,提高了扇形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. 本发明的粉末冶金扇形齿轮,在原料配方中加入不同比例的金属粉末,使得制备出的扇形齿轮达到高强度,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;添加了适量的钒粉、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、锆粉0.6、钒粉0.2、 铬粉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、二硫化钼0.2、BaF0.3、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、锆粉 、钒粉、铬粉 、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  精加工后再进行淬火处理,淬火温度为805~815℃,淬火时间2-3小时;然后在500-520℃下进行高温回火处理,保温1.5-2小时;然后在155~165℃进行低温回火,2-3小时; 
(5)气体渗碳氮,低温回火后的粉末冶金扇形齿轮在可控气氛热处理炉中700℃碳氮气氛下共渗50分钟,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扇形齿轮进行蒸汽处理,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): 850 
屈服强度 σs (MPa): 560 
伸长率 δ5 (%): 15.5 
断面收缩率 ψ (%):38。

Claims (4)

1.一种粉末冶金扇形齿轮,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、锆粉0.5-0.8、钒粉0.1-0.3、铬粉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、二硫化钼0.1-0.3、 BaF0.2-0.4、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所述的粉末冶金扇形齿轮的制备方法,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、锆粉 、钒粉、铬粉、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,在进行精加工; 
(4)热处理  精加工后再进行淬火处理,淬火温度为805~815℃,淬火时间2-3小时;然后在500-520℃下进行高温回火处理,保温1.5-2小时;然后在155~165℃进行低温回火,2-3小时; 
(5)气体渗碳氮,低温回火后的粉末冶金扇形齿轮在可控气氛热处理炉中700℃碳氮气氛下共渗50分钟,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扇形齿轮进行蒸汽处理,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。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金扇形齿轮,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所述的粉末冶金扇形齿轮的制备方法,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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