CN107858604A - 一种高耐磨铁基粉末冶金内花键、离合器外罩及离合器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及离合器技术领域，特别是涉及一种高耐磨铁基粉末冶金内花键、离合器外罩及离合器。与现有技术相比，本发明一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，按照重量百分比组分为石墨0.35‑2.25％，铜0.8‑2.8％，镍0.35‑2.25％，锰0.8‑3.25％，铬1.3‑4.2％，铌0.1‑1.2％，钛0.1‑1.2％，铝0.1‑0.7％，其余为铁，并通过混合、压制、烧结等工艺制成，将所得内花键与铝合金液压铸一体成型得到具有该内花键的离合器外罩，并通过装配得到离合器，所得内花键、离合器外罩和离合器耐磨性能好，使用寿命长，生产工艺简便，同时降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种离合器技术领域，特别是涉及一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，和装配有该高耐磨铁基粉末冶金内花键的离合器外罩及离合器。
背景技术
摩托车离合器是用于传递或切断发动机输出动力的关键部件。在离合器的结构中有一圆形外罩，用于设置内花键，该内花键与发动机的齿轮相配合，从而起到传递动力的作用，而传统使用的内花键是直接由铝合金制成，发动机功率和输出扭矩得不到提升，内花键承受的接触压力提高不了，使受到的摩擦磨损严重，生产过程使内花键尺寸精度无法保障，降低离合器的使用性能和寿命，在制作的过程中，工艺的繁琐性也会使成本增加。
发明内容
针对上述现有技术中的不足之处，本发明旨在提供一种高耐磨铁基粉末冶金内花键、离合器外罩及离合器，采用以铁为主要成分，添加石墨、铜、镍、铬等合金元素，保证其耐磨性能，并且使用节能、节材的粉末冶金工艺，使制作成本降低，在制作的过程中因为合金元素的加入导致基本不会产生液相，内花键的尺寸精度因此得到保障，采用该内花键制作的离合器外罩及离合器性能和使用寿命得到改善。
为实现上述目的，本发明的技术方案：一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，按照重量百分比具有以下组分：石墨0.35-2.25％，铜0.8-2.8％，镍0.35-2.25％，锰0.8-3.25％，铬1.3-4.2％，铌0.1-1.2％，钛0.1-1.2％，铝0.1-0.7％，其余为铁。
一种离合器外罩，包括所述高耐磨铁基粉末冶金内花键。
制作步骤为：
S1：将所述高耐磨铁基粉末冶金内花键套设于外罩压铸模具型芯上，合模；
S2：将熔炼好的铝合金液浇注至所述外罩压铸模具中；
S3：待铝合金液冷却凝固后，开模取出得到离合器外罩初件；
S4：将取出的离合器外罩初件修型、打磨、精磨后得到离合器外罩。
一种离合器，包括所述离合器外罩。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明一种高耐磨铁基粉末冶金内花键、离合器外罩及离合器，添加石墨、铜、镍、锰、铬可以很好的改善内花键的耐磨性，石墨在烧结过程中的高温下可以溶解在铁基体中，在冷却过程中一部分以碳化物形式析出，产生沉淀强化作用，另一部分仍固溶在铁素体和残留的奥氏体中，产生固溶强化作用，提高内花键的硬度和耐磨性，且生成的碳化物具有很高的硬度，可以产生很好的抗磨擦磨损作用，而固溶了碳的铁素体和奥氏体有较高的韧性和对碳化物的润湿性，能承受冲击并保证硬质的碳化物不会脱落，从而改善抗冲击磨损的性能。
铜在烧结的过程中产生少量液相，促进致密性，同时在高温下固溶于奥氏体中，冷却时部分析出，产生固溶强化和沉淀强化作用，提高内花键硬度和耐磨性，同时析出的铜为面心立方结构，增加韧性。
镍和锰是奥氏体有效的形成元素，在烧结的高温下固溶于奥氏体基体中，提高奥氏体稳定性，使在烧结完成后和使用过程中，内花键金相组织中都有部分奥氏体存在，由于奥氏体具有良好的韧性面心立方结构，可以很好的改善内花键的韧性和抗冲击磨损性能。
铬是提高淬透性最有效的元素，在烧结的高温下固溶于奥氏体中，提高奥氏体的稳定性，烧结完成后，内花键组织中会形成一部分马氏体，在后期铝合金压铸过程中，马氏体转变成具有良好强韧性的回火索氏体，进一步改善内花键的耐磨性，而还有部分将形成Cr7C3，提高抗磨损性能。
铌和钛都是强碳化物形成元素，在烧结过程中高温下固溶于奥氏体中，冷却过程中以碳化物形式析出，提高内花键硬度的同时产生良好的抗磨损效果，将两种元素同时加入，避免单一元素形成的碳化物聚集长大，从而降低材料的韧性，且在摩擦过程中容易脱落，降低耐磨性能。
铝可以降低氧含量减少脆性，同时生成一种高硬度化合物Al2O3，提高内花键硬度。
将该内花键与铝合金液通过压铸工艺一体成型制得离合器外罩，该内花键与铝合金结合牢固，使该离合器外罩不会发生松动、脱落等问题，工艺流程操作简便，成本易控制，增加了耐磨性，可以承受很大的摩擦磨损和冲击磨损。
将该离合器外罩用于装配摩托车离合器，离合器是用于传递或切断发动机输出动力的关键部件，而通过内设的内花键与发动机的启动齿轮相配合，从而达到传递动力的作用，将该离合器运用于重载摩托车上，由于发动机功率和输出扭矩的提升，使发动机启动齿轮与外罩上的内花键之间的摩擦压力也相应提高，因此内花键所要承受的冲击磨损会增大，而采用具有该内花键的离合器外罩及离合器能很好的满足重载摩托车的要求，在性能和使用寿命上也得到提高。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步详细说明本发明。
实施例1
一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，按照重量百分比计的组分为石墨0.35％，铜0.8％，镍0.35％，锰0.8％，铬1.3％，铌0.1％，钛0.1％，铝0.1％，其余为铁，各组分之和为100％。
在本实施例中，制作方法包括混合、压制、烧结、整形、处理，具体步骤如下：
1)混合：按配比选取石墨粉、铜粉、镍粉、锰粉、铬粉、铌粉、钛粉、铝粉和铁粉均匀混合待用，得到粉末组合物；
2)压制：将步骤1混合好的粉末组合物送入叶片嵌入式模具中，于室温按6T/cm2-7T/cm2的压力，压制所述粉末组合物成产品坯件；
3)烧结：将步骤2所得产品坯件送入有保护气氛的烧结炉烧结，高温段温度1000℃-1400℃,优选在1200℃-1300℃进行烧结，时间为3-4h；
4)整形：将步骤3所得的产品按要求进行整形，得到期望的微结构；
5)处理：将步骤4所得产品淬火、回火、表面硬化、渗氮、软氮化、碳氮共渗、感应硬化等处理，最后打磨、精磨，得到高耐磨铁基粉末冶金内花键。
实施例2
一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，按照重量百分比计的组分为石墨0.45％，铜0.95％，镍0.45％，锰0.95％，铬1.45％，铌0.15％，钛0.15％，铝0.15％，其余为铁，各组分之和为100％。
在本实施例中，制作方法包括混合、压制、烧结、整形、处理，具体步骤如下：
1)混合：按配比选取石墨粉、铜粉、镍粉、锰粉、铬粉、铌粉、钛粉、铝粉和铁粉均匀混合待用，得到粉末组合物；
2)压制：将步骤1混合好的粉末组合物送入叶片嵌入式模具中，于室温按6T/cm2-7T/cm2的压力，压制所述粉末组合物成产品坯件；
3)烧结：将步骤2所得产品坯件送入有保护气氛的烧结炉烧结，高温段温度1000℃-1400℃,优选在1200℃-1300℃进行烧结，时间为3-4h；
4)整形：将步骤3所得的产品按要求进行整形，得到期望的微结构；
5)处理：将步骤4所得产品淬火、回火、表面硬化、渗氮、软氮化、碳氮共渗、感应硬化等处理，最后打磨、精磨，得到高耐磨铁基粉末冶金内花键。
实施例3
一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，按照重量百分比计的组分为石墨0.5％，铜1.0％，镍0.5％，锰1.0％，铬1.5％，铌0.2％，钛0.2％，铝0.2％，其余为铁，各组分之和为100％。
在本实施例中，制作方法包括混合、压制、烧结、整形、处理，具体步骤如下：
1)混合：按配比选取石墨粉、铜粉、镍粉、锰粉、铬粉、铌粉、钛粉、铝粉和铁粉均匀混合待用，得到粉末组合物；
2)压制：将步骤1混合好的粉末组合物送入叶片嵌入式模具中，于室温按6T/cm2-7T/cm2的压力，压制所述粉末组合物成产品坯件；
3)烧结：将步骤2所得产品坯件送入有保护气氛的烧结炉烧结，高温段温度1000℃-1400℃,优选在1200℃-1300℃进行烧结，时间为3-4h；
4)整形：将步骤3所得的产品按要求进行整形，得到期望的微结构；
5)处理：将步骤4所得产品淬火、回火、表面硬化、渗氮、软氮化、碳氮共渗、感应硬化等处理，最后打磨、精磨，得到高耐磨铁基粉末冶金内花键。
实施例4
一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，按照重量百分比计的组分为石墨0.5％，铜1.5％，镍1.0％，锰1.5％，铬2.5％，铌0.3％，钛0.2％，铝0.3％，其余为铁，各组分之和为100％。
在本实施例中，制作方法包括混合、压制、烧结、整形、处理，具体步骤如下：
1)混合：按配比选取石墨粉、铜粉、镍粉、锰粉、铬粉、铌粉、钛粉、铝粉和铁粉均匀混合待用，得到粉末组合物；
2)压制：将步骤1混合好的粉末组合物送入叶片嵌入式模具中，于室温按6T/cm2-7T/cm2的压力，压制所述粉末组合物成产品坯件；
3)烧结：将步骤2所得产品坯件送入有保护气氛的烧结炉烧结，高温段温度1000℃-1400℃,优选在1200℃-1300℃进行烧结，时间为3-4h；
4)整形：将步骤3所得的产品按要求进行整形，得到期望的微结构；
5)处理：将步骤4所得产品淬火、回火、表面硬化、渗氮、软氮化、碳氮共渗、感应硬化等处理，最后打磨、精磨，得到高耐磨铁基粉末冶金内花键。
实施例5
一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，按照重量百分比计的组分为石墨1.0％，铜1.5％，镍1.5％，锰2.0％，铬2.5％，铌0.3％，钛0.3％，铝0.3％，其余为铁，各组分之和为100％。
在本实施例中，制作方法包括混合、压制、烧结、整形、处理，具体步骤如下：
1)混合：按配比选取石墨粉、铜粉、镍粉、锰粉、铬粉、铌粉、钛粉、铝粉和铁粉均匀混合待用，得到粉末组合物；
2)压制：将步骤1混合好的粉末组合物送入叶片嵌入式模具中，于室温按6T/cm2-7T/cm2的压力，压制所述粉末组合物成产品坯件；
3)烧结：将步骤2所得产品坯件送入有保护气氛的烧结炉烧结，高温段温度1000℃-1400℃,优选在1200℃-1300℃进行烧结，时间为3-4h；
4)整形：将步骤3所得的产品按要求进行整形，得到期望的微结构；
5)处理：将步骤4所得产品淬火、回火、表面硬化、渗氮、软氮化、碳氮共渗、感应硬化等处理，最后打磨、精磨，得到高耐磨铁基粉末冶金内花键。
实施例6
一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，按照重量百分比计的组分为石墨1.0％，铜2.0％，镍1.5％，锰2.0％，铬3.0％，铌0.4％，钛0.4％，铝0.4％，其余为铁，各组分之和为100％。
在本实施例中，制作方法包括混合、压制、烧结、整形、处理，具体步骤如下：
1)混合：按配比选取石墨粉、铜粉、镍粉、锰粉、铬粉、铌粉、钛粉、铝粉和铁粉均匀混合待用，得到粉末组合物；
2)压制：将步骤1混合好的粉末组合物送入叶片嵌入式模具中，于室温按6T/cm2-7T/cm2的压力，压制所述粉末组合物成产品坯件；
3)烧结：将步骤2所得产品坯件送入有保护气氛的烧结炉烧结，高温段温度1000℃-1400℃,优选在1200℃-1300℃进行烧结，时间为3-4h；
4)整形：将步骤3所得的产品按要求进行整形，得到期望的微结构；
5)处理：将步骤4所得产品淬火、回火、表面硬化、渗氮、软氮化、碳氮共渗、感应硬化等处理，最后打磨、精磨，得到高耐磨铁基粉末冶金内花键。
实施例7
一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，按照重量百分比计的组分为石墨1.5％，铜2.0％，镍1.5％，锰2.5％，铬3.0％，铌0.5％，钛0.5％，铝0.4％，其余为铁，各组分之和为100％。
在本实施例中，制作方法包括混合、压制、烧结、整形、处理，具体步骤如下：
1)混合：按配比选取石墨粉、铜粉、镍粉、锰粉、铬粉、铌粉、钛粉、铝粉和铁粉均匀混合待用，得到粉末组合物；
2)压制：将步骤1混合好的粉末组合物送入叶片嵌入式模具中，于室温按6T/cm2-7T/cm2的压力，压制所述粉末组合物成产品坯件；
3)烧结：将步骤2所得产品坯件送入有保护气氛的烧结炉烧结，高温段温度1000℃-1400℃,优选在1200℃-1300℃进行烧结，时间为3-4h；
4)整形：将步骤3所得的产品按要求进行整形，得到期望的微结构；
5)处理：将步骤4所得产品淬火、回火、表面硬化、渗氮、软氮化、碳氮共渗、感应硬化等处理，最后打磨、精磨，得到高耐磨铁基粉末冶金内花键。
实施例8
一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，按照重量百分比计的组分为石墨1.5％，铜2.5％，镍2.0％，锰2.5％，铬3.5％，铌0.6％，钛0.6％，铝0.5％，其余为铁，各组分之和为100％。
在本实施例中，制作方法包括混合、压制、烧结、整形、处理，具体步骤如下：
1)混合：按配比选取石墨粉、铜粉、镍粉、锰粉、铬粉、铌粉、钛粉、铝粉和铁粉均匀混合待用，得到粉末组合物；
2)压制：将步骤1混合好的粉末组合物送入叶片嵌入式模具中，于室温按6T/cm2-7T/cm2的压力，压制所述粉末组合物成产品坯件；
3)烧结：将步骤2所得产品坯件送入有保护气氛的烧结炉烧结，高温段温度1000℃-1400℃,优选在1200℃-1300℃进行烧结，时间为3-4h；
4)整形：将步骤3所得的产品按要求进行整形，得到期望的微结构；
5)处理：将步骤4所得产品淬火、回火、表面硬化、渗氮、软氮化、碳氮共渗、感应硬化等处理，最后打磨、精磨，得到高耐磨铁基粉末冶金内花键。
实施例9
一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，按照重量百分比计的组分为石墨2.0％，铜2.5％，镍2.0％，锰3.0％，铬3.5％，铌0.7％，钛0.7％，铝0.5％，其余为铁，各组分之和为100％。
在本实施例中，制作方法包括混合、压制、烧结、整形、处理，具体步骤如下：
1)混合：按配比选取石墨粉、铜粉、镍粉、锰粉、铬粉、铌粉、钛粉、铝粉和铁粉均匀混合待用，得到粉末组合物；
2)压制：将步骤1混合好的粉末组合物送入叶片嵌入式模具中，于室温按6T/cm2-7T/cm2的压力，压制所述粉末组合物成产品坯件；
3)烧结：将步骤2所得产品坯件送入有保护气氛的烧结炉烧结，高温段温度1000℃-1400℃,优选在1200℃-1300℃进行烧结，时间为3-4h；
4)整形：将步骤3所得的产品按要求进行整形，得到期望的微结构；
5)处理：将步骤4所得产品淬火、回火、表面硬化、渗氮、软氮化、碳氮共渗、感应硬化等处理，最后打磨、精磨，得到高耐磨铁基粉末冶金内花键。
实施例10
一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，按照重量百分比计的组分为石墨2.0％，铜2.5％，镍2.0％，锰3.0％，铬4.0％，铌0.8％，钛0.8％，铝0.6％，其余为铁，各组分之和为100％。
在本实施例中，制作方法包括混合、压制、烧结、整形、处理，具体步骤如下：
1)混合：按配比选取石墨粉、铜粉、镍粉、锰粉、铬粉、铌粉、钛粉、铝粉和铁粉均匀混合待用，得到粉末组合物；
2)压制：将步骤1混合好的粉末组合物送入叶片嵌入式模具中，于室温按6T/cm2-7T/cm2的压力，压制所述粉末组合物成产品坯件；
3)烧结：将步骤2所得产品坯件送入有保护气氛的烧结炉烧结，高温段温度1000℃-1400℃,优选在1200℃-1300℃进行烧结，时间为3-4h；
4)整形：将步骤3所得的产品按要求进行整形，得到期望的微结构；
5)处理：将步骤4所得产品淬火、回火、表面硬化、渗氮、软氮化、碳氮共渗、感应硬化等处理，最后打磨、精磨，得到高耐磨铁基粉末冶金内花键。
实施例11
一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，按照重量百分比计的组分为石墨2.15％，铜2.7％，镍2.15％，锰3.15％，铬4.1％，铌1.0％，钛1.0％，铝0.6％，其余为铁，各组分之和为100％。
在本实施例中，制作方法包括混合、压制、烧结、整形、处理，具体步骤如下：
1)混合：按配比选取石墨粉、铜粉、镍粉、锰粉、铬粉、铌粉、钛粉、铝粉和铁粉均匀混合待用，得到粉末组合物；
2)压制：将步骤1混合好的粉末组合物送入叶片嵌入式模具中，于室温按6T/cm2-7T/cm2的压力，压制所述粉末组合物成产品坯件；
3)烧结：将步骤2所得产品坯件送入有保护气氛的烧结炉烧结，高温段温度1000℃-1400℃,优选在1200℃-1300℃进行烧结，时间为3-4h；
4)整形：将步骤3所得的产品按要求进行整形，得到期望的微结构；
5)处理：将步骤4所得产品淬火、回火、表面硬化、渗氮、软氮化、碳氮共渗、感应硬化等处理，最后打磨、精磨，得到高耐磨铁基粉末冶金内花键。
实施例12
一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，按照重量百分比计的组分为石墨2.25％，铜2.8％，镍2.25％，锰3.25％，铬4.2％，铌1.1％，钛1.1％，铝0.7％，其余为铁，各组分之和为100％。
在本实施例中，制作方法包括混合、压制、烧结、整形、处理，具体步骤如下：
1)混合：按配比选取石墨粉、铜粉、镍粉、锰粉、铬粉、铌粉、钛粉、铝粉和铁粉均匀混合待用，得到粉末组合物；
2)压制：将步骤1混合好的粉末组合物送入叶片嵌入式模具中，于室温按6T/cm2-7T/cm2的压力，压制所述粉末组合物成产品坯件；
3)烧结：将步骤2所得产品坯件送入有保护气氛的烧结炉烧结，高温段温度1000℃-1400℃,优选在1200℃-1300℃进行烧结，时间为3-4h；
4)整形：将步骤3所得的产品按要求进行整形，得到期望的微结构；
5)处理：将步骤4所得产品淬火、回火、表面硬化、渗氮、软氮化、碳氮共渗、感应硬化等处理，最后打磨、精磨，得到高耐磨铁基粉末冶金内花键。
在上述实施例成分配比中，若石墨含量低于0.35％，则强化效果不足，若含量高于2.25％，则易形成过量的碳化物，导致材料脆性增大，降低抗冲击磨损性能。
而铜重量百分比控制在0.8％-2.8％之间，不会因为产生的液相太少使致密化效果不良，也不会因为液相过多使内花键体积膨胀降低尺寸精度。
将镍重量百分比控制在0.35％-2.25％之间，锰重量百分比控制在0.8％-3.25％之间，不会因为含量少导致稳定奥氏体和强化铁素体的效果不佳，也不会因为过多导致奥氏体过量，影响碳化物析出的同时还增加成本。
将铬重量百分比控制在1.3％-4.2％之间，若太少则难以形成Cr7C3，含量过多导致生成的马氏体过多，增加内花键脆性，同时因为马氏体与奥氏体的比容相差很大，容易导致内花键变形和开裂。
将铌和钛重量百分比控制在0.1％-1.2％之间，避免含量过少无法形成足够的碳化物，含量过多形成的碳化物过量，降低内花键的耐磨性。
将铝重量百分比控制在0.1％-0.7％之间，避免含量太少脱氧效果不足，含量过多，在烧结早期由于其熔点低，形成较多的液相而流动，导致明显偏析，在组织中产生富铝钦点，降低内花键力学性能。
通过上述实施例配比成分和工艺制得的内花键，确保该内花键尺寸精度，通过压铸工艺与铝合金液一体成型为离合器外罩，并将所得离合器外罩装配为离合器，装配工艺简单化，成本降低易控制，将该离合器用于重载摩托车，对比性能，硬度得到提高，具有很好的耐磨性，并能承受很大的摩擦磨损和冲击磨损，该内花键、离合器外罩及离合器使用寿命比一般铝合金内花键、离合器外罩及离合器使用寿命延长至少一倍。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，其特征在于，按照重量百分比具有以下组分：石墨0.35-2.25％，铜0.8-2.8％，镍0.35-2.25％，锰0.8-3.25％，铬1.3-4.2％，铌0.1-1.2％，钛0.1-1.2％，铝0.1-0.7％，其余为铁。
2.如权利要求1所述的一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，其特征在于：按照重量百分比具有以下组分：石墨0.45-2.15％，铜0.95-2.7％，镍0.45-2.15％，锰0.95-3.15％，铬1.45-4.1％，铌0.15-1.15％，钛0.15-1.15％，铝0.15-0.65％，其余为铁。
3.如权利要求1所述的一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，其特征在于：按照重量百分比具有以下组分：石墨0.5-2.0％，铜1.0-2.5％，镍0.5-2.0％，锰1.0-3.0％，铬1.5-4.0％，铌0.2-1.0％，钛0.2-1.0％，铝0.2-0.5％，其余为铁。
4.如权利要求1或2或3所述的一种高耐磨铁基粉末冶金内花键，其特征在于：所述石墨、铜、镍、锰、铬、铌、钛、铝和铁均为单质粉末。
5.一种离合器外罩，其特征在于：包括权利要求1-4任一所述的高耐磨铁基粉末冶金内花键，
制作步骤为：
S1：将所述高耐磨铁基粉末冶金内花键套设于外罩压铸模具型芯上，合模；
S2：将熔炼好的铝合金液浇注至所述外罩压铸模具中；
S3：待铝合金液冷却凝固后，开模取出得到离合器外罩初件；
S4：将取出的离合器外罩初件修型、打磨、精磨后得到离合器外罩。
6.一种离合器，其特征在于：包括权利要求5所述的离合器外罩。
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