CN109825776A - 一种粉末冶金材料和高强度齿轮制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种粉末冶金材料，包括以下质量百分比的原料：机油0.1‑0.2％、钼粉0.86‑0.95％、镍粉1.8‑2.3％、石墨0.6‑0.8％、润滑剂0.5‑0.6％，其余为铁粉。本发明的制造高强度齿轮的方法，包括步骤：将铁粉、钼粉、镍粉、石墨、润滑剂混合均匀；将上述原料压制成型；在氮氢混合气体中，坯件先在600‑720℃进行低温烧结，烧结时间为30‑60分钟；在810‑920℃进行中温烧结，烧结时间为1‑1.5小时；再在1180‑1220℃进行高温烧结，烧结时间为2‑5小时；坯件在水冷套管冷却2‑3小时后出炉。本发明适合于批量的工厂生产；制得的产品强度高，硬度大，性能优良且稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种粉末冶金材料，以及，一种利用该粉末冶金材料制造高强度齿轮的方法，属于粉末冶金技术领域。
背景技术
粉末冶金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、高精密度公差的齿轮。随着金属粉末材料的不断改进和粉末冶金成型技术与设备的快速发展，用粉末冶金工艺制造的齿轮质量不断提高，齿轮品种也日渐增多。目前，粉末冶金齿轮制造技术日臻完善，粉末冶金齿轮的市场不断扩大。但是现有的很多齿轮在强度和抗磨损能力方面还达不到使用要求，对于一些要求较高强度和抗磨性能的设备来说还需要提高性能。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种粉末冶金材料以及一种利用该粉末冶金材料制造高强度齿轮的方法，以解决现有齿轮的强度和抗磨损性能不高的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种粉末冶金材料，包括以下质量百分比的原料：机油0.1-0.2％、钼粉0.86-0.95％、镍粉1.8-2.3％、石墨0.6-0.8％、润滑剂0.5-0.6％，其余为铁粉，其中，机油0.1-0.2％能使铁粉和石墨粉的混合均匀性得到改善石墨和润滑剂能改善铁粉的压制性，使产品密度分布均匀和使用产品最终孔隙互相连通。
本发明进一步设置为，所述润滑剂为二硫化钼、硬脂酸锂、硬脂酸锌或EBS蜡中的一种或多种。
本发明进一步设置为，还包括质量百分比为0.1-0.2％的硫。少量的硫能减少摩擦，改善压坯的密度分布。同时，硫在烧结过程中，生成硫化铁，作为良好的固体润滑剂，可提高制品的抗磨性。
本发明还提供了利用上述粉末冶金材料制造高强度齿轮的方法，包括以下步骤：
(1)预混原料：将铁粉、钼粉、镍粉和石墨混合均匀，再加入润滑剂混合均匀；
(2)压制：将上述原料在550-830MPa压力下压制成型；
(3)烧结：在氮氢混合气体中，坯件先在600-720℃进行低温烧结，烧结时间为30-60分钟；在810-920℃进行中温烧结，烧结时间为1-1.5小时；再在1180-1220℃进行高温烧结，烧结时间为2-5小时；
(4)热处理：坯件在水冷套管冷却2-3小时后出炉。
本发明进一步设置为，所述原料的粒度为150-200目。
本发明进一步设置为，所述石墨为鳞片状石墨。
本发明进一步设置为，氮氢混合气体包括体积占比为80-95％的N2和5-20％的H2。
本发明进一步设置为，压制后的坯件密度为7.2-7.5g/cm3。
本发明进一步设置为，在热处理中，先将坯件在980-1100℃保温40-60分钟再进行冷却。
本发明进一步设置为，低温烧结后保温30-50分钟；中温烧结后保温20-40分钟；高温烧结后保温70-100分钟。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
(1)适合于批量的工厂生产；
(2)制得的产品强度高，抗磨损性能强，产品烧结硬度可达50-55HRB；内部结构均一性好，性能优良且稳定。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种粉末冶金材料，包括以下质量百分比的原料：机油0.2％、钼粉0.95％、镍粉1.9％、石墨0.7％、二硫化钼0.5％、硫0.2％，其余为铁粉。
本发明还提供了利用上述粉末冶金材料制造高强度齿轮的方法，包括以下步骤：
(1)预混原料：将粒度为190目的铁粉、钼粉、镍粉和石墨混合均匀，再加入润滑剂混合均匀；
(2)压制：将上述原料压制成型，在550MPa压力下成型，压制后的坯件密度为7.2g/cm3；
(3)烧结：在氮氢混合气体(体积占比为93％的N2和7％的H2)中，坯件先在600℃进行低温烧结，烧结时间为60分钟，保温45分钟；在900℃进行中温烧结，烧结时间为1.5小时，保温40分钟；再在1210℃进行高温烧结，烧结时间为4小时，保温90分钟；
(4)热处理：坯件在水冷套管冷却3小时后出炉。
实施例2
一种粉末冶金材料，包括以下质量百分比的原料：机油0.1％、钼粉0.86％、镍粉2.1％、石墨0.6％、硬脂酸锂0.55％、硫0.2％，其余为铁粉。
本发明还提供了利用上述粉末冶金材料制造高强度齿轮的方法，包括以下步骤：
(1)预混原料：将粒度为160目的铁粉、钼粉、镍粉和石墨混合均匀，再加入润滑剂混合均匀；
(2)压制：将上述原料压制成型，在830MPa压力下成型，压制后的坯件密度为7.5g/cm3；
(3)烧结：在氮氢混合气体(体积占比为88％的N2和12％的H2)中，坯件先在720℃进行低温烧结，烧结时间为30分钟，保温35分钟；在880℃进行中温烧结，烧结时间为1小时，保温20分钟；再在1200℃进行高温烧结，烧结时间为4小时，保温80分钟；
(4)热处理：先将坯件在980℃保温40分钟后在水冷套管冷却2小时后出炉。
实施例3
一种粉末冶金材料，包括以下质量百分比的原料：机油0.13％、钼粉0.89％、镍粉2％、石墨0.7％、EBS蜡0.52％、硫0.1％，其余为铁粉。
本发明还提供了利用上述粉末冶金材料制造高强度齿轮的方法，包括以下步骤：
(1)预混原料：将粒度为180目的铁粉、钼粉、镍粉和石墨混合均匀，再加入润滑剂混合均匀；
(2)压制：将上述原料压制成型，在590MPa压力下成型，压制后的坯件密度为7.3g/cm3；
(3)烧结：在氮氢混合气体(体积占比为85％的N2和15％的H2)中，坯件先在640℃进行低温烧结，烧结时间为40分钟，保温40分钟；在860℃进行中温烧结，烧结时间为1.2小时，保温30分钟；再在1190℃进行高温烧结，烧结时间为3小时，保温80分钟；
(4)热处理：先将坯件在1100℃保温60分钟后在水冷套管冷却2.5小时后出炉。
实施例4
一种粉末冶金材料，包括以下质量百分比的原料：机油0.16％、钼粉0.9％、镍粉2.3％、石墨0.8％、二硫化钼0.23％、硬脂酸锂0.34％、硫0.215％，其余为铁粉。
本发明还提供了利用上述粉末冶金材料制造高强度齿轮的方法，包括以下步骤：
(1)预混原料：将粒度为200目的铁粉、钼粉、镍粉和石墨混合均匀，再加入润滑剂混合均匀；
(2)压制：将上述原料压制成型，在620MPa压力下成型，压制后的坯件密度为7.35g/cm3；
(3)烧结：在氮氢混合气体(体积占比为95％的N2和5％的H2)中，坯件先在65℃进行低温烧结，烧结时间为60分钟，保温50分钟；在920℃进行中温烧结，烧结时间为1.1小时，保温25分钟；再在1220℃进行高温烧结，烧结时间为5小时，保温70分钟；
(4)热处理：先将坯件在990℃保温50分钟后在水冷套管冷却2小时后出炉。
实施例5
一种粉末冶金材料，包括以下质量百分比的原料：机油0.18％、钼粉0.93％、镍粉1.8％、石墨0.6％、硬脂酸锌0.4％、EBS蜡0.2％，其余为铁粉。
本发明还提供了利用上述粉末冶金材料制造高强度齿轮的方法，包括以下步骤：
(1)预混原料：将粒度为150目的铁粉、钼粉、镍粉和石墨混合均匀，再加入润滑剂混合均匀；
(2)压制：将上述原料压制成型，在750MPa压力下成型，压制后的坯件密度为7.4g/cm3；
(3)烧结：在氮氢混合气体(体积占比为80％的N2和20％的H2)中，坯件先在690℃进行低温烧结，烧结时间为50分钟，保温30分钟；在810℃进行中温烧结，烧结时间为1.3小时，保温35分钟；再在1180℃进行高温烧结，烧结时间为2小时，保温70分钟；
(4)热处理：先将坯件在1000℃保温60分钟后在水冷套管冷却2.5小时后出炉。
实施例6
一种粉末冶金材料，包括以下质量百分比的原料：机油0.19％、钼粉0.94％、镍粉2.1％、石墨0.6％、硬脂酸锂0.3％、EBS蜡0.3％，其余为铁粉。
本发明还提供了利用上述粉末冶金材料制造高强度齿轮的方法，包括以下步骤：
(1)预混原料：将粒度为160目的铁粉、钼粉、镍粉和石墨混合均匀，再加入润滑剂混合均匀；
(2)压制：将上述原料压制成型，在740MPa压力下成型，压制后的坯件密度为7.4g/cm3；
(3)烧结：在氮氢混合气体(体积占比为83％的N2和17％的H2)中，坯件先在700℃进行低温烧结，烧结时间为50分钟，保温30分钟；在820℃进行中温烧结，烧结时间为1.2小时，保温40分钟；再在1180℃进行高温烧结，烧结时间为1.5小时，保温80分钟；
(4)热处理：先将坯件在1050℃保温50分钟后在水冷套管冷却3小时后出炉。
对于上述本发明制得产品在机床CNC上进行精机加工，用精密磨床进行精密磨削制得齿轮，再将产品过盈压在平衡轴上即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种粉末冶金材料，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：机油0.1-0.2％、钼粉0.86-0.95％、镍粉1.8-2.3％、石墨0.6-0.8％、润滑剂0.5-0.6％，其余为铁粉。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金材料，其特征在于，所述润滑剂为二硫化钼、硬脂酸锂、硬脂酸锌或EBS蜡中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金材料，其特征在于，还包括质量百分比为0.1-0.2％的硫。
4.根据权利要求1-3任一项所述的粉末冶金材料制造高强度齿轮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预混原料：将铁粉、钼粉、镍粉和石墨混合均匀，再加入润滑剂混合均匀；
(2)压制：将上述原料在550-830MPa压力下压制成型；
(3)烧结：在氮氢混合气体中，坯件先在600-720℃进行低温烧结，烧结时间为30-60分钟；在810-920℃进行中温烧结，烧结时间为1-1.5小时；再在1180-1220℃进行高温烧结，烧结时间为2-5小时；
(4)热处理：坯件在水冷套管冷却2-3小时后出炉。
5.根据权利要求4所述的高强度齿轮制造方法，其特征在于，所述原料的粒度为150-200目。
6.根据权利要求4所述的高强度齿轮制造方法，其特征在于，所述石墨为鳞片状石墨。
7.根据权利要求4所述的高强度齿轮制造方法，其特征在于，氮氢混合气体包括体积占比为80-95％的N2和5-20％的H2。
8.根据权利要求4所述的高强度齿轮制造方法，其特征在于，压制后的坯件密度为7.2-7.5g/cm3。
9.根据权利要求4所述的高强度齿轮制造方法，其特征在于，在热处理中，先将坯件在980-1100℃保温40-60分钟再进行冷却。
10.根据权利要求4所述的高强度齿轮制造方法，其特征在于，低温烧结后保温30-50分钟；中温烧结后保温20-40分钟；高温烧结后保温70-100分钟。
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