CN105665716A - 一种粉末冶金螺旋锥齿轮及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粉末冶金螺旋锥齿轮及其制备方法和应用，所述粉末冶金螺旋锥齿轮以质量百分比计，由以下原料组分组成：碳1～1.8％、铜1～10％、镍1～10％、钼0.8～1.6％、石蜡1.2～2％、铬0.8～1.4％、硼1～1.5％、锰0.4～1.2％、钴1～1.7％、余量为铁。所述方法包括：(1)按预设的质量百分比，将各原料组分的粉末混合均匀，得到粉末原料；(2)将所述粉末原料置于螺旋锥齿轮模具中压制成型，得到成型坯；(3)将所述成型坯在1180℃条件下烧结，得到合金烧结体；(4)将合金烧结体整形、去毛刺之后，在气态的渗碳介质中加热到880℃，保温处理0.8小时，冷却至100℃，保温0.25小时，得到所述粉末冶金螺旋锥齿轮。本发明将原料进行合理配比，大大提高了粉末冶金螺旋锥齿轮的力学性能，而且本发明应用范围较广。

Description

一种粉末冶金螺旋锥齿轮及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于粉末冶金生产技术领域，具体涉及一种粉末冶金螺旋锥齿轮及其制备方法和应用。
背景技术
螺旋锥齿轮常用于两相交轴之间的运动和动力传递，螺旋锥齿轮的轮齿分布在一个圆锥体的表面，其齿形从大端到小端逐渐减小。在各种机械传动中，螺旋锥齿轮的传动效率较高，传递同等扭矩时需要的传动件传动副较省空间，比皮带、链传动所需的空间尺寸小，而且螺旋锥齿轮传动比永久稳定，使用寿命较长。
粉末冶金是用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过配料、混料、成型、烧结等工序制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产。粉末冶金工艺最基本的工序包括粉末制取、粉末成型和粉末烧结，其中粉末制取工艺非常重要，原材料的选择对于后续工艺中产品的成型、产品的精度、强度以及硬度等性能有着至关重要的影响。
现有技术中，螺旋锥齿轮也可通过粉末冶金制备而成，现有粉末冶金螺旋锥齿轮的粉末原料一般为碳粉、铜粉、镍粉以及铁粉混合制备而成，通过上述粉末原料制备而成的螺旋锥齿轮具有诸多粉末冶金的优点，例如内部有微小孔隙，可降低噪音；润滑性能好；生产成本低，产量高，加工方便。但是现有粉末冶金制备而成的螺旋锥齿轮由于配方的原因，混合时很难保证混合均匀，而且原料组分简单，使得经过压制成的成型坯的密度不均匀，最终导致制备得到的粉末冶金螺旋锥齿轮的密度以及强度等力学性能较差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种粉末冶金螺旋锥齿轮，提高了粉末冶金螺旋锥齿轮的密度以及强度等力学性能。
本发明的技术方案为：一种粉末冶金件，以质量百分比计，有以下原料组分组成：碳1～1.8％、铜1～10％、镍1～10％、钼0.8～1.6％、石蜡1.2～2％、铬0.8～1.4％、硼1～1.5％、锰0.4～1.2％、钴1～1.7％、余量为铁。
本发明的粉末冶金件通过合理配比混合，制备得到一种性能优良的粉末冶金件，本发明的原料组分可以制备多种粉末冶金件，例如不同种类的齿轮。
一种粉末冶金螺旋锥齿轮，以质量百分比计，由以下原料组分组成：碳1～1.8％、铜1～10％、镍1～10％、钼0.8～1.6％、石蜡1.2～2％、铬0.8～1.4％、硼1～1.5％、锰0.4～1.2％、钴1～1.7％、余量为铁。
本发明在现有粉末冶金锥齿轮的原料组分中，增加了钼、石蜡、铬、硼、锰以及钴组分，其中石蜡的添加可以减少粉末颗粒之间和粉末颗粒与模壁之间的摩擦，铬是钢件中的重要合金元素，铬对氧的亲和力极强，可在预合金粉末表面均形成氧化层；锰与氧的结合能力较强，可以改善合金显微组织的均匀性，同时，添加锰可以减少材料系统中的碳损失，增加烧结体中贝氏体和马氏体组织的含量；硼溶入铁中可形成间隙式固溶体，起固溶强化作用，可以改善材料的密度、耐磨性等单方面性能；钴可作为粉末冶金中的粘结剂并能保证硬质合金具有一定的韧性；钼可增加合金的耐磨性能。
本发明通过合理配比混合，使得本发明中各原料组分发挥着各自作用的同时，各个组分相互协同增效，制备得到本发明粉末冶金螺旋锥齿轮，提高了本发明粉末冶金螺旋锥齿轮的密度、强度等力学性能。
本发明的原料组分配比对于粉末冶金螺旋锥齿轮的力学性能有着很大的影响，作为优选，以质量百分比计，由以下原料组分组成：碳1.2～1.8％、铜4.0～10％、镍2～8％、钼1～1.6％、石蜡1.2～1.5％、铬0.8～1.4％、硼1～1.4％、锰0.6～1.2％、钴1～1.5％、余量为铁。
作为优选，以质量百分比计，由以下原料组分组成：碳1.4～1.8％、铜4.0～8％、镍4～8％、钼1～1.4％、石蜡1.2～1.4％、铬1～1.4％、硼1～1.3％、锰0.8～1.2％、钴1.2～1.5％、余量为铁。
作为优选，以质量百分比计，由以下原料组分组成：碳1.6～1.8％、铜5～8％、镍6～8％、钼1～1.2％、石蜡1.2～1.4％、铬1～1.3％、硼1.1～1.3％、锰1～1.2％、钴1.2～1.3％、余量为铁。
作为优选，以质量百分比计，由以下原料组分组成：碳1.8％、铜8％、镍7％、钼1.2％、石蜡1.3％、铬1.2％、硼1.1％、锰1％、钴1.2％、余量为铁。
本发明的粉末冶金螺旋锥齿轮可以采用现有常规的粉末冶金螺旋锥齿轮的制备方法进行制备，本发明还提供了上述粉末冶金螺旋锥齿轮的制备方法，包括：
(1)按预设的质量百分比，将各原料组分的粉末混合均匀，得到粉末原料；
(2)将所述粉末原料置于螺旋锥齿轮模具中在压力147～153T下压制成型，得到成型坯；
(3)将所述成型坯在1000～1300℃下烧结，得到合金烧结体；
(4)将合金烧结体整形、去毛刺之后，在气态的渗碳介质中加热到800～950℃，保温处理0.5～1小时，冷却至80～120℃，保温0.1～0.3小时，得到所述粉末冶金螺旋锥齿轮。
作为优选，所述步骤(2)中的压力为150T。
作为优选，所述步骤(3)中在1180℃条件下烧结。
作为优选，所述步骤(4)中在气态的渗碳介质中加热到880℃，保温处理0.8小时，冷却至100℃，保温0.25小时。
本发明制备得到的粉末冶金螺旋锥齿轮的应用范围较广，本发明还提供了上述的粉末冶金螺旋锥齿轮在角磨机上的应用。
本发明的粉末冶金螺旋锥齿轮的轮齿密度均匀，耐磨性能较好，将其应用于角磨机的传动机构中，可以使得角磨机的传动平稳，增加传动齿轮的使用寿命，便于角磨机的使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明将原料进行合理配比，使得本发明的粉末冶金螺旋锥齿轮的密度均匀，而且齿轮体的密度可达7.2g/cm3，轮齿密度可达7.3g/cm3，本发明的粉末冶金螺旋锥齿轮的精度可达6级，抗拉强度可达390MPa，屈服强度可达280MPa，本发明大大提高了粉末冶金螺旋锥齿轮的力学性能。而且本发明应用范围较广，应用于角磨机的传动机构上时，可以使得角磨机的传动平稳，增加传动齿轮的使用寿命，便于角磨机的使用。
具体实施方式
实施例1
本实施例中粉末冶金螺旋锥齿轮的制备方法如下：
(1)以质量百分比计，将碳粉1％、铜粉10％、镍粉1％、钼粉1.6％、石蜡粉1.2％、铬粉1.4％、硼粉1％、锰粉1.2％、钴粉1％、余量为铁粉的原料组分混合均匀，得到粉末原料；
(2)将步骤(1)得到的粉末原料置于螺旋锥齿轮模具中在压力150T(吨)下压制成型，得到成型坯；
(3)将成型坯置于烧结炉中，并在1180℃下烧结，得到合金烧结体；
(4)最后将合金烧结体经整形压机整形、刷毛刺机去毛刺，使得齿面及齿端无毛刺，无磕碰、划伤、锈迹等缺陷，以及淬火炉中渗碳淬火，在气态的渗碳介质中加热到880℃，保温处理0.8小时，冷却至100℃，保温0.25小时，得到粉末冶金螺旋锥齿轮。
对比例1
本实施例中粉末冶金螺旋锥齿轮的制备方法如下：以质量百分比计，将碳粉1％、铜粉10％、镍粉1％、余量为铁粉的原料组分混合均匀，得到粉末原料；其余步骤与实施例1中制备粉末冶金螺旋锥齿轮的制备工艺相同。
实施例2
本实施例中粉末冶金螺旋锥齿轮的制备方法如下：
(1)以质量百分比计，将碳粉1.8％、铜粉1％、镍粉10％、钼粉0.8％、石蜡粉2％、铬粉0.8％、硼粉1.5％、锰粉0.4％、钴粉1.7％、余量为铁粉的原料组分混合均匀，得到粉末原料；
(2)将步骤(1)得到的粉末原料置于螺旋锥齿轮模具中在压力150T下压制成型，得到成型坯；
(3)将成型坯置于烧结炉中，并在1180℃条件下烧结，得到合金烧结体，其中压制密度≥7g/cm3；
(4)最后将合金烧结体经整形压机整形、刷毛刺机去毛刺，使得齿面及齿端无毛刺，无磕碰、划伤、锈迹等缺陷，以及淬火炉中渗碳淬火，在气态的渗碳介质中加热到880℃，保温处理0.8小时，冷却至100℃，保温0.25小时，得到粉末冶金螺旋锥齿轮。
对比例2
本实施例中粉末冶金螺旋锥齿轮的制备方法如下：以质量百分比计，将碳粉1.8％、铜粉1％、镍粉10％、余量为铁粉的原料组分混合均匀，得到粉末原料；其余步骤与实施例2中制备粉末冶金螺旋锥齿轮的制备工艺相同。
实施例3
本实施例中粉末冶金螺旋锥齿轮的制备方法如下：
(1)以质量百分比计，将碳粉1.8％、铜粉8％、镍粉7％、钼粉1.2％、石蜡粉1.3％、铬粉1.2％、硼粉1.1％、锰粉1％、钴粉1.2％、余量为铁粉的原料组分混合均匀，得到粉末原料；
(2)将步骤(1)得到的粉末原料置于螺旋锥齿轮模具中在压力150T下压制成型，得到成型坯；
(3)将成型坯置于烧结炉中，并在1180℃条件下烧结，得到合金烧结体；
(4)最后将合金烧结体经整形压机整形、刷毛刺机去毛刺，使得齿面及齿端无毛刺，无磕碰、划伤、锈迹等缺陷，以及淬火炉中渗碳淬火，在气态的渗碳介质中加热到880℃，保温处理0.8小时，冷却至100℃，保温0.25小时，得到粉末冶金螺旋锥齿轮。
对比例3
本实施例中粉末冶金螺旋锥齿轮的制备方法如下：以质量百分比计，将碳粉1.8％、铜粉8％、镍粉7％、余量为铁粉的原料组分混合均匀，得到粉末原料；其余步骤与实施例3中制备粉末冶金螺旋锥齿轮的制备工艺相同。
实施例4
本实施例中粉末冶金螺旋锥齿轮的制备方法如下：
(1)以质量百分比计，将碳粉1.2％、铜粉4％、镍粉2％、钼粉1.6％、石蜡粉1.5％、铬粉1.4％、硼粉1.4％、锰粉1.2％、钴粉1.5％、余量为铁粉的原料组分混合均匀，得到粉末原料；
(2)将步骤(1)得到的粉末原料置于螺旋锥齿轮模具中在压力150T下压制成型，得到成型坯；
(3)将成型坯置于烧结炉中，并在1180℃条件下烧结，得到合金烧结体，；
(4)最后将合金烧结体经整形压机整形、刷毛刺机去毛刺，使得齿面及齿端无毛刺，无磕碰、划伤、锈迹等缺陷，以及淬火炉中渗碳淬火，在气态的渗碳介质中加热到880℃，保温处理0.8小时，冷却至100℃，保温0.25小时，得到粉末冶金螺旋锥齿轮。
对比例4
本实施例中粉末冶金螺旋锥齿轮的制备方法如下：以质量百分比计，将碳粉1.2％、铜粉4％、镍粉2％、余量为铁粉的原料组分混合均匀，得到粉末原料；其余步骤与实施例4中制备粉末冶金螺旋锥齿轮的制备工艺相同。
实施例5
本实施例中粉末冶金螺旋锥齿轮的制备方法如下：
(1)以质量百分比计，将碳粉1.4％、铜粉8％、镍粉4％、钼粉1.4％、石蜡粉1.4％、铬粉1％、硼粉1.3％、锰粉0.8％、钴粉1.2％、余量为铁粉的原料组分混合均匀，得到粉末原料；
(2)将步骤(1)得到的粉末原料置于螺旋锥齿轮模具中在压力150T下压制成型，得到成型坯；
(3)将成型坯置于烧结炉中，并在1180℃条件下烧结，得到合金烧结体，；
(4)最后将合金烧结体经整形压机整形、刷毛刺机去毛刺，使得齿面及齿端无毛刺，无磕碰、划伤、锈迹等缺陷，以及淬火炉中渗碳淬火，在气态的渗碳介质中加热到880℃，保温处理0.8小时，冷却至100℃，保温0.25小时，得到粉末冶金螺旋锥齿轮。
对比例5
本实施例中粉末冶金螺旋锥齿轮的制备方法如下：以质量百分比计，将碳粉1.4％、铜粉8％、镍粉4％、余量为铁粉的原料组分混合均匀，得到粉末原料；其余步骤与实施例5中制备粉末冶金螺旋锥齿轮的制备工艺相同。
实施例6
本实施例中粉末冶金螺旋锥齿轮的制备方法如下：
(1)以质量百分比计，将碳粉1.6％、铜粉5％、镍粉6％、钼粉1.2％、石蜡粉1.2％、铬粉1.3％、硼粉1.1％、锰粉1.2％、钴粉1.3％、余量为铁粉的原料组分混合均匀，得到粉末原料；
(2)将步骤(1)得到的粉末原料置于螺旋锥齿轮模具中在压力150T下压制成型，得到成型坯；
(3)将成型坯置于烧结炉中，并在1180℃条件下烧结，得到合金烧结体，；
(4)最后将合金烧结体经整形压机整形、刷毛刺机去毛刺，使得齿面及齿端无毛刺，无磕碰、划伤、锈迹等缺陷，以及淬火炉中渗碳淬火，在气态的渗碳介质中加热到880℃，保温处理0.8小时，冷却至100℃，保温0.25小时，然后冷却到室温，得到粉末冶金螺旋锥齿轮。
对比例6
本实施例中粉末冶金螺旋锥齿轮的制备方法如下：以质量百分比计，将碳粉1.6％、铜粉5％、镍粉6％、余量为铁粉的原料组分混合均匀，得到粉末原料；其余步骤与实施例6中制备粉末冶金螺旋锥齿轮的制备工艺相同。
本发明采用现有齿轮的常规检测方法对本发明的粉末冶金螺旋锥齿轮的各项指标进行测定，测定结果见表1。
表1本发明粉末冶金螺旋锥齿轮的性能指标测定结果

Claims (8)

1.一种粉末冶金件，其特征在于，以质量百分比计，有以下原料组分组成：
碳1～1.8％、铜1～10％、镍1～10％、钼0.8～1.6％、石蜡1.2～2％、铬0.8～1.4％、硼1～1.5％、锰0.4～1.2％、钴1～1.7％、余量为铁。
2.一种粉末冶金螺旋锥齿轮，其特征在于，以质量百分比计，由以下原料组分组成：碳1～1.8％、铜1～10％、镍1～10％、钼0.8～1.6％、石蜡1.2～2％、铬0.8～1.4％、硼1～1.5％、锰0.4～1.2％、钴1～1.7％、余量为铁。
3.如权利要求2所述的粉末冶金螺旋锥齿轮，其特征在于，以质量百分比计，由以下原料组分组成：碳1.2～1.8％、铜4.0～10％、镍2～8％、钼1～1.6％、石蜡1.2～1.5％、铬0.8～1.4％、硼1～1.4％、锰0.6～1.2％、钴1～1.5％、余量为铁。
4.如权利要求3所述的粉末冶金螺旋锥齿轮，其特征在于，以质量百分比计，由以下原料组分组成：碳1.4～1.8％、铜4.0～8％、镍4～8％、钼1～1.4％、石蜡1.2～1.4％、铬1～1.4％、硼1～1.3％、锰0.8～1.2％、钴1.2～1.5％、余量为铁。
5.如权利要求4所述的粉末冶金螺旋锥齿轮，其特征在于，以质量百分比计，由以下原料组分组成：碳1.6～1.8％、铜5～8％、镍6～8％、钼1～1.2％、石蜡1.2～1.4％、铬1～1.3％、硼1.1～1.3％、锰1～1.2％、钴1.2～1.3％、余量为铁。
6.如权利要求5所述的粉末冶金螺旋锥齿轮，其特征在于，以质量百分比计，由以下原料组分组成：碳1.8％、铜8％、镍7％、钼1.2％、石蜡1.3％、铬1.2％、硼1.1％、锰1％、钴1.2％、余量为铁。
7.本发明还提供了2～6任一所述粉末冶金螺旋锥齿轮的制备方法，其特征在于，包括：
(1)按预设的质量百分比，将各原料组分的粉末混合均匀，得到粉末原料；
(2)将所述粉末原料置于螺旋锥齿轮模具中在压力147～153T下压制成型，得到成型坯；
(3)将所述成型坯在1000～1300℃下烧结，得到合金烧结体；
(4)将合金烧结体整形、去毛刺之后，在气态的渗碳介质中加热到800～950℃，保温处理0.5～1小时，冷却至80～120℃，保温0.1～0.3小时，得到所述粉末冶金螺旋锥齿轮。
8.一种权利要求2～6任一所述的粉末冶金螺旋锥齿轮在角磨机上的应用。
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