CN106086669A - 一种耐磨齿轮及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨齿轮及制备方法，齿轮材料的组分和质量百分比为：铁：65‑85%，二氧化锰：0.3‑1.2%，二硫化钼：0.5‑1.6%，氧化镍：0.1‑0.9%，碳化钴：0.3‑1.2%，碳化硅：1‑3%，二氧化硅：1‑3%，铬：0.2‑0.8%，锡：1.5‑3.5%，铜：3‑15%，磷：0.1‑0.3%，锆：0.1‑0.5%，石墨：0.3‑2%，镧铈合金：0.5‑2%，助剂：0.2‑0.8%，其余不可避免的微量元素和杂质，主要制备步骤包括：原料称量、前处理、组分混合、预成型、高温烧结，后处理等，生产的齿轮材料具有较高强度和硬度，同时兼具较好的耐磨性和抗冲击性能。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域，具体涉及一种耐磨齿轮及制备方法。
背景技术
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，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术，用粉末冶金方法制造的机械零件，又称烧结机械零件，通常包括机械结构零件、含油轴承和摩擦零件，广泛应用于农业机械、汽车、机床、仪表、纺织、轻工等领域，同时，高温熔点金属其熔炼温度相当高，传统铸造有困难, 而利用粉末冶金方法可以显著的降低其烧结活化能（如钨、锆、铬、钼等金属）,从而以较低的温度烧结成型，此外，粉末冶金因为采用粉末烧结，其材料本身具备一定的孔径，所以在制备多孔材料方面有着天然的优势，由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用，但是随着时代的发展及对产品综合性能及经济性的不断提升，性能需要日益改善，形状日趋复杂的产品还远远不能满足人们的需求，所以具有较高强度和硬度，同时兼具较好的耐磨性和抗冲击性能的多元合金产品越来越得到人们的青睐。
发明内容
一种耐磨齿轮及制备方法，其中齿轮材料的组分和质量百分比为：铁：65-85%，二氧化锰：0.3-1.2%，二硫化钼：0.5-1.6%，氧化镍：0.1-0.9%，碳化钴：0.3-1.2%，碳化硅：1-3%，二氧化硅：1-3%，铬：0.2-0.8%，锡：1.5-3.5%，铜：3-15%，磷：0.1-0.3%，锆：0.1-0.5%，石墨：0.3-2%，镧铈合金：0.5-2%，助剂：0.2-0.8%，其余不可避免的微量元素和杂质。
一种耐磨齿轮及制备方法，其主要制备步骤包括：
(1) 原料称量：根据材料的性能要求，根据比例称取适量的如下组分材料：铁：65-85%，二氧化锰：0.3-1.2%，二硫化钼：0.5-1.6%，氧化镍：0.1-0.9%，碳化钴：0.3-1.2%，碳化硅：1-3%，二氧化硅：1-3%，铬：0.2-0.8%，锡：1.5-3.5%，铜：3-15%，磷：0.1-0.3%，锆：0.1-0.5%，石墨：0.3-2%，镧铈合金：0.5-2%，其中镧铈合金为富镧混合稀土金属合金，其中含镧量占稀土总量的90％，含铈10％；
(2) 前处理：根据各组分的物理性质，将上述粉末分别在50-200摄氏度的洁净烘箱中烘干2-48小时；
(3) 组分混合：将上述烘干过的粉末逐一加入粉料混合机，并进行充分搅拌混合，搅拌时间为0.5-5小时，然后加入0.2-0.8%的助剂，所述助剂为硬脂酸锌，继续进行搅拌混合1-3小时；
(4)预成型：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在20吨成型机进行压制，压力控制在350-700兆帕，压制时间2-6小时；
(5)高温烧结：将预成型的压制品从模具取出，将其置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到350-500摄氏度保温1-2小时，温度在650-800摄氏度保温1.5-3小时，最后将温度控制在1050-1250摄氏度，烧结1.5-4小时；
(6)后处理：将烧结后的产品进行热处理，在820-850摄氏度，在0.5%-0.8%的碳势保护氛围中加热0.5-1小时，进行淬火，然后在180-260摄氏度回火0.5-1小时。
本发明的有益之处在于：
（1）、本发明主要以基体金属（铁及其合金）、润滑组元（石墨、锡等）、和摩擦组元（碳化硅、二氧化硅等）和改善组元（镍、稀土元素）组成，同时增加了如铬、锆等强化耐磨性的金属元素，通过合理的加工工艺，所制备的齿轮材料具有较高强度和硬度，同时兼具较好的耐磨性和抗冲击性能；
（2）、合理添加适量的镧铈合金，降低烧结阻力，促进烧结体内孔球化，从而明显改变孔隙
形态与分布，使孔隙趋向球化与均匀化，同时半径较大的稀土元素集聚晶界和相界，还能产生固溶强化以及弥散强化作用。
具体实施方式
实施例1
一种耐磨齿轮及制备方法，其主要制备步骤如下：
(1) 原料称量：根据齿轮材料的性能要求，根据比例称取适量的如下组分材料：铁：82.1%，二氧化锰：0.3%，二硫化钼：0.5%，氧化镍：0.1%，碳化钴：0.3%，碳化硅：1%，二氧化硅：1%，铬：0.2%，锡：1.5%，铜：12%，磷：0.1%，锆：0.1%，石墨：0.3%，镧铈合金：0.5%；
(2) 前处理：根据各组分的物理性质，将上述粉末分别在50摄氏度的洁净烘箱中烘干2小时；
(3) 组分混合：将上述烘干过的粉末逐一加入粉料混合机，并进行充分搅拌混合，搅拌时间为0.5小时，然后加入0.5%的助剂，所述助剂为硬脂酸锌，继续进行搅拌混合1小时；
(4)预成型：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在20吨成型机进行压制，压力控制在350兆帕，压制时间2小时；
(5)高温烧结：将预成型的压制品从模具取出，将其置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到350摄氏度保温1小时，温度在650摄氏度保温1.5小时，最后将温度控制在1050摄氏度，烧结1.5小时；
(6)后处理：将烧结后的产品进行热处理，在820摄氏度，在0.5%的碳势保护氛围中加热0.5小时，进行淬火，然后在180摄氏度回火0.5小时。
实施例2
一种耐磨齿轮及制备方法，其主要制备步骤如下：
(1) 原料称量：根据齿轮材料的性能要求，根据比例称取适量的如下组分材料：铁：65%，二氧化锰：1.2%，二硫化钼：1.6%，氧化镍：0.9%，碳化钴：1.2%，碳化硅：3%，二氧化硅：3%，铬：0.8%，锡：3.5%，铜：15%，磷：0.3%，锆：0.5%，石墨：2%，镧铈合金：2%；
(2) 前处理：根据各组分的物理性质，将上述粉末分别在200摄氏度的洁净烘箱中烘干2-48小时；
(3) 组分混合：将上述烘干过的粉末逐一加入粉料混合机，并进行充分搅拌混合，搅拌时间为5小时，然后加入0.8%的助剂，所述助剂为硬脂酸锌，继续进行搅拌混合3小时；
(4)预成型：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在20吨成型机进行压制，压力控制在600兆帕，压制时间6小时；
(5)高温烧结：将预成型的压制品从模具取出，将其置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到500摄氏度保温2小时，温度在800摄氏度保温3小时，最后将温度控制在1250摄氏度，烧结4小时；
(6)后处理：将烧结后的产品进行热处理，在850摄氏度，在0.8%的碳势保护氛围中加热1小时，进行淬火，然后在260摄氏度回火1小时。
实施例3
一种耐磨齿轮及制备方法，其主要制备步骤如下：
(1) 原料称量：根据齿轮材料的性能要求，根据比例称取适量的如下组分材料：铁：71.2%，二氧化锰：0.3%，二硫化钼：0.5%，氧化镍：0.1%，碳化钴：0.3%，碳化硅：1%，二氧化硅：3%，铬：0.8%，锡：3.5%，铜：15%，磷：0.3%，锆：0.5%，石墨：2%，镧铈合金：1.5%；
(2) 前处理：根据各组分的物理性质，将上述粉末分别在80摄氏度的洁净烘箱中烘干48小时；
(3) 组分混合：将上述烘干过的粉末逐一加入粉料混合机，并进行充分搅拌混合，搅拌时间为5小时，然后加入0.2%的助剂，所述助剂为硬脂酸锌，继续进行搅拌混合3小时；
(4)预成型：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在20吨成型机进行压制，压力控制在600兆帕，压制时间6小时；
(5)高温烧结：将预成型的压制品从模具取出，将其置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到350摄氏度保温1小时，温度在650摄氏度保温1.5小时，最后将温度控制在1250摄氏度，烧结1.5小时；
(6)后处理：将烧结后的产品进行热处理，在850摄氏度，在0.8%的碳势保护氛围中加热1小时，进行淬火，然后在180摄氏度回火1小时。
实施例4
一种耐磨齿轮及制备方法，其主要制备步骤如下：
(1) 原料称量：根据齿轮材料的性能要求，根据比例称取适量的如下组分材料：铁：79.75%，二氧化锰：0.6%，二硫化钼：0.9%，氧化镍：0.5%，碳化钴：0.7%，碳化硅：1.5%，二氧化硅：1.5%，铬：0.6%，锡：2.2%，铜：9%，磷：0.2%，锆：0.3%，石墨：0.75%，镧铈合金：1.5%；
(2) 前处理：根据各组分的物理性质，将上述粉末分别在120摄氏度的洁净烘箱中烘干48小时；
(3) 组分混合：将上述烘干过的粉末逐一加入粉料混合机，并进行充分搅拌混合，搅拌时间为3.5小时，然后加入0.75%的助剂，所述助剂为硬脂酸锌，继续进行搅拌混合1.5小时；
(4)预成型：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在20吨成型机进行压制，压力控制在580兆帕，压制时间3小时；
(5)高温烧结：将预成型的压制品从模具取出，将其置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到450摄氏度保温1小时，温度在750摄氏度保温2小时，最后将温度控制在1180摄氏度，烧结3小时；
(6)后处理：将烧结后的产品进行热处理，在850摄氏度，在0.6%的碳势保护氛围中加热1小时，进行淬火，然后在180摄氏度回火0.5小时。
本发明在保证齿轮材料耐磨性前提下，最大限度降低成本、优化生产工艺，通过增加强化金属及稀土元素对性能进行改善，改善了材料的微观组织结构，增强磨损表面氧化膜的稳定性，产生固溶强化和弥散强化，提高了齿轮材料的力学性能和摩擦学性能。
Claims (2)
1.一种耐磨齿轮及制备方法，其特征在于，齿轮材料的组分和质量百分比为：铁：65-85%，二氧化锰：0.3-1.2%，二硫化钼：0.5-1.6%，氧化镍：0.1-0.9%，碳化钴：0.3-1.2%，碳化硅：1-3%，二氧化硅：1-3%，铬：0.2-0.8%，锡：1.5-3.5%，铜：3-15%，磷：0.1-0.3%，锆：0.1-0.5%，石墨：0.3-2%，镧铈合金：0.5-2%，助剂：0.2-0.8%，其余不可避免的微量元素和杂质。
2.根据权利要求1所述的耐磨齿轮及制备方法，其特征在于，主要制备步骤包括：
(1) 原料称量：根据材料的性能要求，根据比例称取适量的如下组分材料：铁：65-85%，二氧化锰：0.3-1.2%，二硫化钼：0.5-1.6%，氧化镍：0.1-0.9%，碳化钴：0.3-1.2%，碳化硅：1-3%，二氧化硅：1-3%，铬：0.2-0.8%，锡：1.5-3.5%，铜：3-15%，磷：0.1-0.3%，锆：0.1-0.5%，石墨：0.3-2%，镧铈合金：0.5-2%；
(2) 前处理：根据各组分的物理性质，将上述粉末分别在50-200摄氏度的洁净烘箱中烘干2-48小时；
(3) 组分混合：将上述烘干过的粉末逐一加入粉料混合机，并进行充分搅拌混合，搅拌时间为0.5-5小时，然后加入0.2-0.8%的助剂，所述助剂为硬脂酸锌，继续进行搅拌混合1-3小时；
(4)预成型：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在20吨成型机进行压制，压力控制在350-700兆帕，压制时间2-6小时；
(5)高温烧结：将预成型的压制品从模具取出，将其置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到350-500摄氏度保温1-2小时，温度在650-800摄氏度保温1.5-3小时，最后将温度控制在1050-1250摄氏度，烧结1.5-4小时；
(6)后处理：将烧结后的产品进行热处理，在820-850摄氏度，在0.5%-0.8%的碳势保护氛围中加热0.5-1小时，进行淬火，然后在180-260摄氏度回火0.5-1小时。
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