CN103741030A - 一种高性能的粉末冶金齿轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能的粉末冶金齿轮，属于粉末冶金技术领域。本发明的各组分按如下质量份组成：氨基树脂1-2份、聚醚改性硅油2-3份、羟丙基甲基纤维素1-2份、粉煤灰3-5份、食盐1份、淀粉1-3份、硬脂酸锌2-4份、合金粉230-250份、碳粉2份、钒钛磁铁精矿4-6份、聚乙二醇3-4份、瓦斯灰6-8份和NaCO31-2份，且合金粉由铁粉、铜粉、镍粉、钼粉、铝粉和钇粉等成分组成。本发明的一种高性能的粉末冶金齿轮，通过特定的成分配比，使得生产的齿轮齿面硬度高、强度大，耐磨性得到提高，且将粉煤灰和瓦斯灰作为粉末冶金齿轮的特定组分使用，资源化利用了冶金废弃物。

Description

一种高性能的粉末冶金齿轮
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，更具体地说，涉及一种高性能的粉末冶金齿轮。 
背景技术
齿轮是依靠齿的啮合可靠且无噪声地传输转矩的轮状机械零件，齿轮通过与其它齿状机械零件传动，可实现改变转速与扭矩、改变运动方向和改变运动形式等功能。目前齿轮传动已成为应用最广泛的传动方式。
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。尤其在齿轮制造领域，粉末冶金法制造齿轮是一种高效、精密、灵活的金属加工工艺，适于大批量低成本生产高强度、高精度公差的齿轮。大大减少了传统钢材机加工所导致的质量、性能差的不足。
但是，现有的粉末冶金零件，由于配方不够完善、混料不均匀，导致压制成的生坯的不均匀，通过热处理所得的零件的整体密度不均匀，耐磨性、强度和硬度较差。
经专利检索，中国专利申请号：201210493191.0，申请公布日为：2013年3月27日，发明创造的名称为：一种粉末冶金齿轮，其组成按重量百分比包括，0.5-1.0%的碳、1.0-1.2%的铜、0.3-0.5%的锰、0.3-0.5%的铬、0.1-0.3%的硼、0.5-1.0%的硬脂酸锌，余量为铁；该申请案虽然提高了生产效率、节省材料，但其生产的齿轮的强度和硬度有待提高。 
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中，现有的粉末冶金零件的整体密度不均匀，耐磨性、强度和硬度较差的不足，提供了一种高性能的粉末冶金齿轮，该粉末冶金齿轮，不但将冶金行业的废弃物重新利用，而且通过特定的成分配比和处理，使得生产得到的粉末冶金齿轮的性能得到了改善。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种高性能的粉末冶金齿轮，各组分按如下质量份组成：
氨基树脂                    1-2份；
聚醚改性硅油                2-3份；
羟丙基甲基纤维素            1-2份；
粉煤灰                      3-5份；
食盐                         1份；
淀粉                        1-3份；
硬脂酸锌                    2-4份；
合金粉                  230-250份；
碳粉                          2份；
钒钛磁铁精矿                4-6份；
聚乙二醇                    3-4份；
瓦斯灰                      6-8份；
NaCO3                      1-2份；
所述的合金粉的成分的质量百分含量为：铁粉：96.2%，铜粉：1.25%，镍粉：0.75%，钼粉：0.65%，铝粉：0.53%，钇粉：0.05%，杂质含量：0.57%。
更进一步地，所述的钒钛磁铁精矿、粉煤灰和瓦斯灰的平均粒径为30-40微米。
更进一步地，各组分按如下质量份组成：
氨基树脂                    1份；
聚醚改性硅油                2份；
羟丙基甲基纤维素            1份；
粉煤灰                      4份；
食盐                        1份；
淀粉                        2份；
硬脂酸锌                    3份；
合金粉                    240份；
碳粉                        2份；
钒钛磁铁精矿                5份；
聚乙二醇                    3份；
瓦斯灰                      7份；
NaCO3                      1份。
更进一步地，所述的钒钛磁铁精矿来源于基性-超基性岩含钒钛磁铁矿岩体。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
（1）本发明的一种高性能的粉末冶金齿轮，通过混合后的混合料密度和成分更均匀，并通过合理的烧结、热处理，使得粉末冶金齿轮的强度和硬度都得到了提高；
（2）本发明的一种高性能的粉末冶金齿轮，将冶金废弃的粉煤灰和瓦斯灰作为粉末冶金齿轮的特定组分使用，资源化利用了冶金废弃物；
（3）本发明的一种高性能的粉末冶金齿轮，通过特定的成分配比，使得生产的齿轮齿面硬度高、强度大，耐磨性得到提高，且适于大批量快速生产高性能齿轮。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种高性能的粉末冶金齿轮，各组分按如下质量份组成：氨基树脂1kg，聚醚改性硅油2kg，羟丙基甲基纤维素1kg，粉煤灰4kg，食盐1kg，淀粉2kg，硬脂酸锌3kg，合金粉240kg，碳粉2kg，钒钛磁铁精矿5kg，聚乙二醇3kg，瓦斯灰7kg，NaCO31 kg。
值得说明的是，上述的氨基树脂为含有氨基的化合物与甲醛经缩聚而成的树脂的总称，本实施例所采用的氨基树脂为脲醛树脂，该脲醛树脂是由尿素与甲醛反应得到的聚合物，其又称脲甲醛树脂。
本实施例的聚醚改性硅油是由聚醚与二甲基硅氧烷接枝共聚而成的一种有机硅非离子表面活性剂；上述的羟丙基甲基纤维素又称为羟丙甲纤维素，是非离子型纤维素醚，常温时为白色的粉末状，采用高度纯净的棉纤维素作为原料，在碱性条件下醚化而制得，且羟丙基甲基纤维素加入到200目筛的通过率为75%。
上述的粉煤灰是引风机将燃煤烟气排入大气之前，急冷呈玻璃体状态的细粒，经过除尘器，被分离、收集得到的细粒，该粉煤灰成分的质量百分含量为：SiO2：43.5%，Al2O3：30. 2%，Fe2O3：9. 6%，CaO：6. 6 %，MgO：4. 5%，Na2O+K2O：2. 1%，其余杂质：3. 5 %。
另外，本实施例的淀粉为马铃薯淀粉、酯化淀粉和小麦淀粉的混合物，其中各组分的质量百分含量为：马铃薯淀粉：33.9%，酯化淀粉：28.7%，小麦淀粉：37.4%，且马铃薯淀粉、酯化淀粉和小麦淀粉加入到200目筛的通过率为75%。
本实施例的一种高性能的粉末冶金齿轮的所采用的合金粉成分的质量百分含量为：铁粉：96.2%，铜粉：1.25%，镍粉：0.75%，钼粉：0.65%，铝粉：0.53%，钇粉：0.05%，杂质含量：0.57%；上述的钒钛磁铁精矿来源于基性-超基性岩含钒钛磁铁矿岩体。
本实施例所采用的聚乙二醇为PEG-3000，分子量在2700至3300之间，熔点为51-53℃，常温下为乳白色固体粉末。另外，炼铁高炉的煤气除尘系统由重力除尘和精细除尘两段组成，本实施例所采用的瓦斯灰是第二段精细除尘器中，干式除尘得到的干式细粒粉尘。
本实施例的钒钛磁铁精矿、粉煤灰和瓦斯灰分别在研磨机中研磨成平均粒径为30-40微米的粉末。
本发明的一种高性能的粉末冶金齿轮的制备方法，其步骤为：
步骤一：混合搅拌
（1）将上述的氨基树脂1kg、聚醚改性硅油2kg、羟丙基甲基纤维素1kg、粉煤灰4kg、食盐1kg和淀粉2kg，加入到搅拌机中混合均匀，得混合物A；
（2）将上述的硬脂酸锌3kg、合金粉240kg、碳粉2kg、钒钛磁铁精矿5kg和聚乙二醇3kg加入搅拌机中混合均匀，得混合物B；
（3）将上述（1）中得到的混合物A与上述（2）中得到的混合物B在搅拌机内充分混合得混合物C，并在混合物C中加入瓦斯灰7kg和NaCO31kg，再次混合均匀后即得到粉末冶金混合料；
步骤二：压制成形
将步骤一混合好的粉末冶金混合料放入压机，由压机完成将所述混合料末送入预设的产品模具，并在450MPa 压力下压制成生坯件；
步骤三：烧结
将步骤二压制成形的生坯件放在烧结炉中， 在氢气和氮气混合气体的保护气氛中，其中氢气占混合气体的2%，氮气占混合气体的98%；先在710℃下，预烧结40 分钟；而后：
1）以升温速率20℃/ 分钟，从710℃升温至910℃，并保温10分钟；
2）以升温速率25℃/ 分钟，从910℃升温至1060℃，并保温15分钟；
3）以升温速率15℃/ 分钟，从1060℃升温至1240℃，并在此温度下烧结130分钟；
步骤四：热处理
将上步得到的工件进行淬火，淬火温度为835℃，淬火时间35分钟，而后以升温速率10℃/ 分钟升温至910℃，保温80分钟，再进行回火，回火温度为210℃，回火保温时间90分钟，回火后在渗碳炉中820℃碳氮气氛下共渗60分钟，而后冷却至120℃，保温150分钟；再冷却至室温后，精加工，即得成品。
实施例2
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：各组分按如下质量份组成：氨基树脂2kg，聚醚改性硅油3kg，羟丙基甲基纤维素2kg，粉煤灰5kg，食盐1kg，淀粉3kg，硬脂酸锌4kg，合金粉250kg，碳粉2kg，钒钛磁铁精矿6kg，聚乙二醇4kg，瓦斯灰8kg，NaCO32kg。
本发明的一种高性能的粉末冶金齿轮的制备方法，其步骤为：
步骤一：混合搅拌
（1）将上述的氨基树脂2kg、聚醚改性硅油3kg、羟丙基甲基纤维素2kg、粉煤灰5kg、食盐1kg和淀粉3kg，加入到搅拌机中混合均匀，得混合物A；
（2）将上述的硬脂酸锌4kg、合金粉250kg、碳粉2kg、钒钛磁铁精矿6kg和聚乙二醇4kg加入搅拌机中混合均匀，得混合物B；
（3）将上述（1）中得到的混合物A与上述（2）中得到的混合物B在搅拌机内充分混合得混合物C，并在混合物C中加入瓦斯灰8kg和NaCO32kg，再次混合均匀后即得到粉末冶金混合料；
步骤二：压制成形
将步骤一混合好的粉末冶金混合料放入压机，由压机完成将所述混合料末送入预设的产品模具，并在450MPa 压力下压制成生坯件；
步骤三：烧结
将步骤二压制成形的生坯件放在烧结炉中， 在氢气和氮气混合气体的保护气氛中，其中氢气占混合气体的2%，氮气占混合气体的98%；先在720℃下，预烧结40 分钟；而后：
1）以升温速率20℃/ 分钟，从720℃升温至920℃，并保温10分钟；
2）以升温速率25℃/ 分钟，从920℃升温至1070℃，并保温15分钟；
3）以升温速率15℃/ 分钟，从1070℃升温至1250℃，并在此温度下烧结135分钟；
步骤四：热处理
将上步得到的工件进行淬火，淬火温度为835℃，淬火时间35分钟，而后以升温速率10℃/ 分钟升温至910℃，保温80分钟，再进行回火，回火温度为210℃，回火保温时间90分钟，回火后在渗碳炉中820℃碳氮气氛下共渗60分钟，而后冷却至120℃，保温150分钟；再冷却至室温后，精加工，即得成品。
实施例3
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：各组分按如下质量份组成：氨基树脂1kg，聚醚改性硅油2kg，羟丙基甲基纤维素1kg，粉煤灰3kg，食盐1kg，淀粉1kg，硬脂酸锌2kg，合金粉230kg，碳粉2kg，钒钛磁铁精矿4kg，聚乙二醇3kg，瓦斯灰6kg，NaCO31kg。
本发明的一种高性能的粉末冶金齿轮的制备方法，其步骤为：
步骤一：混合搅拌
（1）将上述的氨基树脂1kg、聚醚改性硅油2kg、羟丙基甲基纤维素1kg、粉煤灰3kg、食盐1kg和淀粉1kg，加入到搅拌机中混合均匀，得混合物A；
（2）将上述的硬脂酸锌2kg、合金粉230kg、碳粉2kg、钒钛磁铁精矿4kg和聚乙二醇3kg加入搅拌机中混合均匀，得混合物B；
（3）将上述（1）中得到的混合物A与上述（2）中得到的混合物B在搅拌机内充分混合得混合物C，并在混合物C中加入瓦斯灰6kg和NaCO31kg，再次混合均匀后即得到粉末冶金混合料；
步骤二：压制成形
将步骤一混合好的粉末冶金混合料放入压机，由压机完成将所述混合料末送入预设的产品模具，并在450MPa 压力下压制成生坯件；
步骤三：烧结
将步骤二压制成形的生坯件放在烧结炉中，在氢气和氮气混合气体的保护气氛中，其中氢气占混合气体的2%，氮气占混合气体的98%；先在700℃下，预烧结40 分钟；而后：
1）以升温速率20℃/ 分钟，从700℃升温至900℃，并保温10分钟；
2）以升温速率25℃/ 分钟，从900℃升温至1050℃，并保温15分钟；
3）以升温速率15℃/ 分钟，从1050℃升温至1230℃，并在此温度下烧结120分钟；
步骤四：热处理
将上步得到的工件进行淬火，淬火温度为835℃，淬火时间35分钟，而后以升温速率10℃/ 分钟升温至910℃，保温80分钟，再进行回火，回火温度为210℃，回火保温时间90分钟，回火后在渗碳炉中820℃碳氮气氛下共渗60分钟，而后冷却至120℃，保温150分钟；再冷却至室温后，精加工，即得成品。
实施例4
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：本发明的一种高性能的粉末冶金齿轮的制备方法的步骤三（烧结）中，将步骤二压制成形的生坯件放在烧结炉中， 在氢气和氮气混合气体的保护气氛中，其中氢气占混合气体的2%，氮气占混合气体的98%；先在700℃下，预烧结40 分钟；而后：
1）以升温速率20℃/ 分钟，从700℃升温至900℃，并保温10分钟；
2）以升温速率25℃/ 分钟，从900℃升温至1050℃，并保温15分钟；
3）以升温速率15℃/ 分钟，从1050℃升温至1200℃，并在此温度下烧结125分钟。
表1为实施例1-4制得的粉末冶金齿轮的性能检测，并与市售的粉末冶金齿轮进行性能对比。通过对比可以发现，本发明的一种高性能的粉末冶金齿轮的齿面硬度、抗弯曲疲劳强度均超过市售的粉末冶金齿轮；另外本发明的粉末冶金齿轮的耐磨性得到提高，且将冶金废弃的粉煤灰和瓦斯灰作为粉末冶金齿轮的特定组分使用，资源化利用了冶金废弃物。
表1实施例1-4制得的粉末冶金齿轮的性能检测及性能对比
  抗弯曲疲劳强度（Kgf） 硬度（HRC）
实施例1 1030 75
实施例2 980 73
实施例3 950 73
实施例4 990 72
市售 600-800 58-68

Claims (4)

1.一种高性能的粉末冶金齿轮，其特征在于：各组分按如下质量份组成：
氨基树脂                    1-2份；
聚醚改性硅油                2-3份；
羟丙基甲基纤维素            1-2份；
粉煤灰                      3-5份；
食盐                         1份；
淀粉                        1-3份；
硬脂酸锌                    2-4份；
合金粉                  230-250份；
碳粉                          2份；
钒钛磁铁精矿                4-6份；
聚乙二醇                    3-4份；
瓦斯灰                      6-8份；
NaCO3                      1-2份；
所述的合金粉的成分的质量百分含量为：铁粉：96.2%，铜粉：1.25%，镍粉：0.75%，钼粉：0.65%，铝粉：0.53%，钇粉：0.05%，杂质含量：0.57%。
2.根据权利要求1所述的一种高性能的粉末冶金齿轮，其特征在于：所述的钒钛磁铁精矿、粉煤灰和瓦斯灰的平均粒径为30-40微米。
3.根据权利要求1或2所述的一种高性能的粉末冶金齿轮，其特征在于：各组分按如下质量份组成：
氨基树脂                    1份；
聚醚改性硅油                2份；
羟丙基甲级纤维素            1份；
粉煤灰                      4份；
食盐                        1份；
淀粉                        2份；
硬脂酸锌                    3份；
合金粉                    240份；
碳粉                        2份；
钒钛磁铁精矿                5份；
聚乙二醇                    3份；
瓦斯灰                      7份；
NaCO3                      1份。
4.根据权利要求2或3所述的一种高性能的粉末冶金齿轮，其特征在于：所述的钒钛磁铁精矿来源于基性-超基性岩含钒钛磁铁矿岩体。
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