CN113649559B - 一种粉末冶金用直齿轮混合铁粉及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粉末冶金用直齿轮混合铁粉，由烧结硬化合金钢粉、石墨粉及微粉蜡通过无偏析混合粘接而成，各组分按重量份计：烧结硬化合金钢粉98‑100份、0.6‑0.8份石墨粉、0.5‑0.7份微粉蜡、有机粘结剂0.01‑0.04份。制备方法，1)制备烧结硬化用合金钢粉；2)按配方将烧结硬化合金钢粉、石墨粉加入混料机中混合20‑40分钟，再加入有机物粘接剂聚乙二醇混合10‑30分钟，最后加入微粉蜡混合20‑55分钟；3)取样检测，包装后即为成品。本发明提高产品压缩性，减少偏析，改善产品机械性能。

Description

一种粉末冶金用直齿轮混合铁粉及制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域，特别涉及一种粉末冶金用直齿轮混合铁粉及制备方法。
背景技术
粉末冶金制造的直齿轮，具有易于制造、材料利用率高、重复性好、零件一体化制造等优点。但制造过程也有以下几方面限制：
(1)烧结齿轮截面尺寸大；
(2)冲击值较低；
(3)尺寸一致性控制困难；
(4)强度及压缩性能较难同时满足使用要求。
目前，混合铁粉的主要生产方式为直接混合或粘接混合，但两者均有以下局限性：
1、直接混合，优势在于成本低，但存在压缩性能不高，运输及混合处理过程中产生合金元素偏析等问题；
2、粘接混合虽可有效将合金原料粘接在铁粉基粉表面，稳定烧结尺寸性能，但若粘接剂挥发不完全，容易在齿轮表面表面富集，影响产品外观。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种粉末冶金用直齿轮混合铁粉，提高产品压缩性，减少偏析，改善产品机械性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种粉末冶金用直齿轮混合铁粉，由烧结硬化合金钢粉、石墨粉及微粉蜡通过无偏析混合粘接而成，各组分按重量份计：烧结硬化合金钢粉98-100份、0.6-0.8份石墨粉、0.5-0.7份微粉蜡、有机粘结剂0.01-0.04份。
所述的烧结硬化合金钢粉的化学成分按重量百分比为：C≤0.01％、Si≤0.050％、Mn：0.20-0.50％、P≤0.015％、S≤0.020％、Mo：0.60-0.80％、Ni:0.4-0.6％、铁为余量。
所述的烧结硬化合金钢粉的松装密度3.0-3.10g/cm3，压缩性≥7.05g/cm3。
所述的石墨粉的D50粒度5-8μm。
一种粉末冶金用直齿轮混合铁粉的制备方法，包括以下步骤：
1)制备烧结硬化用合金钢粉；
2)按配方将烧结硬化合金钢粉、石墨粉加入混料机中混合20-40分钟，再加入有机物粘接剂聚乙二醇混合10-30分钟，最后加入微粉蜡混合20-55分钟；
3)取样检测，包装后即为成品。
步骤1)中烧结硬化用合金钢粉的制备方法包括：
a.冶炼：电炉冶炼，Mo：0.60-0.80％加入钼铁调整，Ni：0.4-0.65％加入镍板调整，出钢温度：1620-1800℃；
b.雾化：雾化压力：9-12MPa，雾化后经脱水干燥得到水雾化铁粉，干燥温度≥100℃，氧含量≤1.3％；
c.还原：将上述水雾化铁粉经过还原炉进行还原，还原炉还原预热段温度550-800℃，高温段温度800-950℃，冷却段温度500-800℃；氢气流量50-70m3/h，运行速度：90-200㎜/min，料层厚度：20-32㎜；
d.退火：还原后的合金粉，再经过还原炉进行退火处理，还原炉还原预热段温度550-800℃，高温段温度800-850℃，冷却段温度500-800℃。氢气流量50-70m3/h，运行速度：90-200㎜/min，料层厚度：20-30㎜；
e.扩散：退火后合金粉经破碎、筛分、合批，按比例0.2-0.5％加入电解锰粉，混合均匀经还原炉扩散，扩散预热段温度550-800℃，高温段温度800-850℃，冷却段温度500-800℃；氢气流量50-70m3/h，运行速度：90-200㎜/min，料层厚度：20-30㎜，合金粉经破碎、筛分、合批、检测，得到烧结硬化合金钢粉。
粉末冶金用直齿轮混合铁粉，其化学成分按重量百分比计：C：0.6-0.8％；Si：≤0.050％；Mn：0.20-0.50％；P：≤0.015％；S：≤0.020％；Mo：0.60-0.80％、Ni:0.4-0.6％，其余Fe及不可避免的杂质。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1、锰是影响压缩性的主要元素，通过扩散的形式加入，有利于保持较高的压缩性，压缩密度≥7.0g/cm3；
2、钼、镍元素采取预合金方式，固溶进铁的基体中，锰元素采取扩散方式，粘接在铁粉颗粒表面，通过以上可以使得主要的合金元素运输及混合处理过程中不会产生合金元素偏析；
3、合金元素采取合金化及扩散形式，可降低铁粉颗粒表面的团聚现象，进一步降低制品的烧结尺寸的波动，且改善产品的机械性能；
4、聚乙二醇只用来粘接石墨，用量大大减少，制品零件表面清洁。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明：
以下实施例对本发明进行详细描述。这些实施例仅是对本发明的最佳实施方案进行描述，并不对本发明的范围进行限制。
一种粉末冶金用直齿轮混合铁粉的制备方法，包括以下步骤：
(一)烧结硬化合金钢粉的制备：
冶炼：通过电炉的冶炼得到钢液，Mo、Ni含量按工艺要求：Mo：0.60-0.80％加入钼铁调整，Ni:0.4-0.65％加入镍板调整，出钢温度：1620-1800℃。
雾化：雾化压力：9-12Mpa，雾化后经脱水干燥得到水雾化铁粉(简称：毛粉)，干燥温度≥100℃，氧含量≤1.3％。
还原：将是上述毛粉经过还原炉进行还原，还原炉还原预热段温度550-800℃，高温段温度800-950℃，冷却段温度500-800℃。氢气流量50-70m3/h，运行速度：90-200㎜/min，料层厚度：20-32㎜；
退火：将上述还原一次的合金粉，再经过还原炉进行退火处理，还原炉还原预热段温度550-800℃，高温段温度800-850℃，冷却段温度500-800℃。氢气流量50-70m3/h，运行速度：90-200㎜/min，料层厚度：20-30㎜。
扩散：将还原后的合金粉经破碎、筛分、合批，按比例加入0.2-0.5％电解锰粉，混合均匀经还原炉扩散，扩散预热段温度550-800℃，高温段温度800-850℃，冷却段温度500-800℃。氢气流量50-70m3/h，运行速度：90-200㎜/min，料层厚度：20-30㎜，扩散合金粉经破碎、筛分、合批、检测，得到烧结硬化合金钢粉。
烧结硬化合金钢粉的化学成分按重量百分比为：C≤0.01％、Si≤0.050％、Mn：0.20-0.50％、P≤0.015％、S≤0.020％、Mo：0.60-0.80％、Ni:0.4-0.6％、铁为余量。
(二)无偏析粘接：按配方将烧结硬化合金钢粉、石墨粉加入混料机中混合20-40分钟，再加入有机物粘接剂聚乙二醇混合10-30分钟，最后加入微粉蜡混合20-40分钟，微粉蜡的外观应无氧化、结团和夹杂物；检测松装密度、压缩性及流速，若指标不合格，延长混合时间10-15分钟。
粉末冶金用直齿轮混合铁粉的配方见表1
烧结硬化合金钢粉 石墨粉 微粉蜡 粘结剂
实施例1 98.5份 0.8份 0.7份 0.02份
实施例2 98.8份 0.6份 0.6份 0.02份
实施例3 98.75份 0.75份 0.5份 0.01份
实施例4 98.5份 0.7份 0.8份 0.02份
(三)取样检测各项指标，包装后即可用为成品。
实施例1化学成分按重量百分比的配比为：C：0.8％、Si：0.027％；Mn：0.32％；P：0.011％；S：0.010％；Mo：0.70％、Ni:0.52％，Fe为余量。
实施例2化学成分按重量百分比的配比为：C：0.6％、Si：0.025％；Mn：0.45％；P：0.014％；S：0.014％；Mo：0.79％、Ni:0.60％，Fe为余量。
实施例3化学成分按重量百分比的配比为：C：0.75％、Si：0.030％；Mn：0.28％；P：0.010％；S：0.015％；Mo：0.71％、Ni:0.45％，Fe为余量。
实施例4化学成分按重量百分比的配比为：C：0.7％、Si：0.030％；Mn：0.20％；P：0.015％；S：0.011％；Mo：0.61％、Ni:0.42％，Fe为余量。
(四)对比例
对比例1化学成分按重量百分比的配比为：C：0.8％、Si：0.025％；Mn：0.32％；P：0.010％；S：0.011％；Mo：0.70％、Ni:0.52％，Fe为余量。
对比例1制备方法：
按配方将97.6份纯铁粉、0.8份石墨粉、0.32份锰粉、0.7份钼粉、0.52份羰基镍粉、0.7份微粉蜡加入混料机中混合60分钟。
对比例2化学成分按重量百分比的配比为：C：0.7％、Si：0.028％；Mn：0.20％；P：0.015％；S：0.013％；Mo：0.61％、Ni:0.42％，Fe为余量。
对比例2制备方法：
按配方将98.07份纯铁粉、0.7份石墨粉、0.20份锰粉、0.61份钼粉、0.42份羰基镍粉、0.8份微粉蜡加入混料机中混合60分钟。
实施例与对比例的性能见表2；
表2：

Claims (2)

1.一种粉末冶金用直齿轮混合铁粉的制备方法，其特征在于，粉末冶金用直齿轮混合铁粉，由烧结硬化合金钢粉、石墨粉、微粉蜡及有机粘结剂通过无偏析混合粘接而成，各组分按重量份计：烧结硬化合金钢粉98-100份、0.6-0.8份石墨粉、0.5-0.7份微粉蜡、有机粘结剂0.01-0.04份；化学成分按重量百分比计：C：0.6-0.8％；Si：≤0.050%；Mn：0.20-0.50%；P：≤0.015%；S：≤0.020%；Mo ：0.60-0.80% 、Ni:0.4-0.6%，其余Fe及不可避免的杂质；包括以下步骤：
1）制备烧结硬化用合金钢粉；烧结硬化用合金钢粉的制备方法包括：
a.冶炼：电炉冶炼，Mo ：0.60-0.80%加入钼铁调整，Ni：0.4-0.65%加入镍板调整，出钢温度：1620-1800℃；
b.雾化：雾化压力：9-12MPa，雾化后经脱水干燥得到水雾化铁粉，干燥温度≥100℃，氧含量≤1.3％；
c.还原：将上述水雾化铁粉经过还原炉进行还原，还原炉还原预热段温度550-800℃，高温段温度800-950℃，冷却段温度500-800 ℃；氢气流量50-70m³/h ，运行速度：90-200㎜/min，料层厚度：20-32㎜；
d.退火：还原后的合金粉，再经过还原炉进行退火处理，还原炉还原预热段温度550-800℃，高温段温度800-850℃，冷却段温度500-800 ℃，氢气流量50-70m³/h ，运行速度：90-200㎜/min，料层厚度：20-30㎜；
e.扩散：退火后合金粉经破碎、筛分、合批，按比例0.2-0.5％加入电解锰粉，混合均匀经还原炉扩散，扩散预热段温度550-800℃，高温段温度800-850℃，冷却段温度500-800℃；氢气流量50-70m³/h ，运行速度：90-200㎜/min，料层厚度：20-30㎜，合金粉经破碎、筛分、合批、检测，得到烧结硬化合金钢粉；烧结硬化合金钢粉化学成分按重量百分比为：C≤0.01% 、Si≤0.050% 、Mn：0.20-0.50% 、P≤0.015% 、S≤0.020% 、 Mo ：0.60-0.80% 、Ni:0.4-0.6% 、铁为余量；烧结硬化合金钢粉的松装密度3.0-3.10g/cm3，压缩性≥7.05g/cm3；
2）按配方将烧结硬化合金钢粉、石墨粉加入混料机中混合20-40分钟，再加入有机物粘接剂聚乙二醇混合10-30分钟，最后加入微粉蜡混合20-55分钟；
3）取样检测，包装后即为成品。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金用直齿轮混合铁粉的制备方法，其特征在于，所述的石墨粉的D50粒度5-8μm。
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