一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法，屬于粉末冶金【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法，其步驟為：步驟一：混合攪拌；步驟二：壓制成形，將粉末冶金混合料放入壓機(jī)，由壓機(jī)將混合料壓制成生坯件；步驟三：燒結(jié)，將生坯件放在燒結(jié)爐中燒結(jié)；步驟四：熱處理，將上步得到的工件先淬火，再回火，回火后在滲碳爐中碳氮共滲；冷卻至室溫后，精加工，即得成品。本發(fā)明的一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法，通過(guò)特定的成分配比，使得生產(chǎn)的齒輪齒面硬度高、強(qiáng)度大，耐磨性得到提高，且將粉煤灰和瓦斯灰作為粉末冶金齒輪的特定組分使用，資源化利用了冶金廢棄物。
【專利說(shuō)明】一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粉末冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，涉及一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]齒輪是依靠齒的嚙合可靠且無(wú)噪聲地傳輸轉(zhuǎn)矩的輪狀機(jī)械零件，齒輪通過(guò)與其它齒狀機(jī)械零件傳動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)改變轉(zhuǎn)速與扭矩、改變運(yùn)動(dòng)方向和改變運(yùn)動(dòng)形式等功能。目前齒輪傳動(dòng)已成為應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)方式。
[0003]粉末冶金技術(shù)，能夠以與制品形狀極其相近的形狀生產(chǎn)要求高尺寸精度、復(fù)雜的形狀的部件，能夠大幅度地減少切削成本。尤其在齒輪制造領(lǐng)域，粉末冶金法制造齒輪是一種高效、精密、靈活的金屬加工工藝，適于大批量低成本生產(chǎn)高強(qiáng)度、高精度公差的齒輪。大大減少了傳統(tǒng)鋼材機(jī)加工所導(dǎo)致的質(zhì)量、性能差的不足。
[0004]但是，現(xiàn)有的粉末冶金零件，由于配方不夠完善、混料不均勻，導(dǎo)致壓制成的生坯的不均勻，通過(guò)熱處理所得的零件的整體密度不均勻，耐磨性、強(qiáng)度和硬度較差。
[0005]經(jīng)專利檢索，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?201210493191.0,申請(qǐng)公布日為:2013年3月27日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為:一種粉末冶金齒輪，其組成按重量百分比包括，0.5-1.0%的碳、
1.0-1.2%的銅、0.3-0.5%的錳、0.3-0.5%的鉻、0.1-0.3%的硼、0.5-1.0%的硬脂酸鋅，余量為鐵；該申請(qǐng)案雖然提高了生產(chǎn)效率、節(jié)省材料，但其生產(chǎn)的齒輪的強(qiáng)度和硬度有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有的粉末冶金零件的整體密度不均勻，耐磨性、強(qiáng)度和硬度較差的不足，提供了一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法，該粉末冶金齒輪，不但將冶金行業(yè)的廢棄物重新利用，而且通過(guò)特定的成分配比和處理，使得生產(chǎn)得到的粉末冶金齒輪的性能得到了改善。
[0007]技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
本發(fā)明的一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法，其步驟為:
步驟一:混合攪拌
(1)按質(zhì)量份數(shù)，將氨基樹脂1-2份、聚醚改性硅油2-3份、羥丙基甲基纖維素1-2份、粉煤灰3-5份、食鹽I份和淀粉1-3份，加入到攪拌機(jī)中混合均勻，得混合物A ；
(2)按質(zhì)量份數(shù)，將硬脂酸鋅2-4份、合金粉230-250份、碳粉2份、釩鈦磁鐵精礦4_6份和聚乙二醇3-4份加入攪拌機(jī)中混合均勻，得混合物B ；
(3)將上述(I)中得到的混合物A與上述(2)中得到的混合物B在攪拌機(jī)內(nèi)充分混合得混合物C，并在混合物C中加入瓦斯灰6-8份和NaC03l-2份，再次混合均勻后即得到粉末冶金混合料； 步驟二:壓制成形
將步驟一混合好的粉末冶金混合料放入壓機(jī)，由壓機(jī)完成將所述混合料末送入預(yù)設(shè)的產(chǎn)品模具，并在450MPa壓力下壓制成生坯件；
步驟三:燒結(jié)
將步驟二壓制成形的生坯件放在燒結(jié)爐中，在氫氣和氮?dú)饣旌蠚怏w的保護(hù)氣氛中，先在700-720°C下，預(yù)燒結(jié)40分鐘；然后升高溫度到1200-1250°C，并在此溫度下燒結(jié)120-135 分鐘；
步驟四:熱處理
將上步得到的工件進(jìn)行淬火，淬火溫度為835°C，淬火時(shí)間35分鐘，而后升溫至910°C，保溫80分鐘，再進(jìn)行回火，回火溫度為210°C，回火保溫時(shí)間90分鐘，回火后在滲碳爐中碳氮共滲；冷卻至室溫后，精加工，即得成品。
[0008]更進(jìn)一步地，所述的釩鈦磁鐵精礦、粉煤灰和瓦斯灰的平均粒徑為30-40微米。
[0009]更進(jìn)一步地，所述的釩鈦磁鐵精礦來(lái)源于基性-超基性巖含釩鈦磁鐵礦巖體。
[0010]有益效果
采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果:
(1)本發(fā)明的一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法，該方法通過(guò)多步混料，使得混合后的混合料密度和成分更均勻，并通過(guò)合理的燒結(jié)、熱處理，使得粉末冶金齒輪的強(qiáng)度和硬度都得到了提高；
(2)本發(fā)明的一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法，該制備方法簡(jiǎn)單方便，并將冶金廢棄的粉煤灰和瓦斯灰作為粉末冶金齒輪的特定組分使用，資源化利用了冶金廢棄物；
(3)本發(fā)明的一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法，通過(guò)特定的成分配比，使得生產(chǎn)的齒輪齒面硬度高、強(qiáng)度大，耐磨性得到提高，且適于大批量快速生產(chǎn)高性能齒輪。
【具體實(shí)施方式】
[0011]為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0012]實(shí)施例1
本實(shí)施例的一種高性能的粉末冶金齒輪，各組分按如下質(zhì)量份組成:氨基樹脂1kg，聚醚改性硅油2kg，羥丙基甲基纖維素1kg，粉煤灰4kg，食鹽1kg，淀粉2kg，硬脂酸鋅3kg，合金粉240kg,碳粉2kg, f凡鈦磁鐵精礦5kg,聚乙二醇3kg,瓦斯灰7kg, NaCO3I kg。
[0013]值得說(shuō)明的是，上述的氨基樹脂為含有氨基的化合物與甲醛經(jīng)縮聚而成的樹脂的總稱，本實(shí)施例所采用的氨基樹脂為脲醛樹脂，該脲醛樹脂是由尿素與甲醛反應(yīng)得到的聚合物，其又稱脲甲醛樹脂。
[0014]本實(shí)施例的聚醚改性硅油是由聚醚與二甲基硅氧烷接枝共聚而成的一種有機(jī)硅非離子表面活性劑；上述的羥丙基甲基纖維素又稱為羥丙甲纖維素，是非離子型纖維素醚，常溫時(shí)為白色的粉末狀，采用高度純凈的棉纖維素作為原料，在堿性條件下醚化而制得，且羥丙基甲基纖維素加入到200目篩的通過(guò)率為75%。
[0015]上述的粉煤灰是引風(fēng)機(jī)將燃煤煙氣排入大氣之前，急冷呈玻璃體狀態(tài)的細(xì)粒，經(jīng)過(guò)除塵器，被分離、收集得到的細(xì)粒，該粉煤灰成分的質(zhì)量百分含量為=SiO2:43.5%，Al2O3:30.2%, Fe2O3:9.6%, CaO:6.6 %, MgO:4.5%，Na2CHK2O:2.1%，其余雜質(zhì):3.5 %。[0016]另外，本實(shí)施例的淀粉為馬鈴薯淀粉、酯化淀粉和小麥淀粉的混合物，其中各組分的質(zhì)量百分含量為:馬鈴薯淀粉:33.9%，酯化淀粉:28.7%，小麥淀粉:37.4%，且馬鈴薯淀粉、酯化淀粉和小麥淀粉加入到200目篩的通過(guò)率為75%。
[0017]本實(shí)施例的一種高性能的粉末冶金齒輪的所采用的合金粉成分的質(zhì)量百分含量為:鐵粉=96.2%，銅粉:1.25%，鎳粉:0.75%，鑰粉:0.65%，鋁粉:0.53%，釔粉:0.05%,雜質(zhì)含量:0.57% ;上述的釩鈦磁鐵精礦來(lái)源于基性-超基性巖含釩鈦磁鐵礦巖體。
[0018]本實(shí)施例所采用的聚乙二醇為PEG-3000，分子量在2700至3300之間，熔點(diǎn)為51-53°C，常溫下為乳白色固體粉末。另外，煉鐵高爐的煤氣除塵系統(tǒng)由重力除塵和精細(xì)除塵兩段組成，本實(shí)施例所采用的瓦斯灰是第二段精細(xì)除塵器中，干式除塵得到的干式細(xì)粒粉塵。
[0019]本實(shí)施例的釩鈦磁鐵精礦、粉煤灰和瓦斯灰分別在研磨機(jī)中研磨成平均粒徑為30-40微米的粉末。
[0020]本發(fā)明的一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法，其步驟為:
步驟一:混合攪拌
(1)將上述的氨基樹脂1kg、聚醚改性硅油2kg、羥丙基甲基纖維素1kg、粉煤灰4kg、食鹽Ikg和淀粉2kg，加入到攪拌機(jī)中混合均勻，得混合物A ；
(2)將上述的硬脂酸鋅3kg、合金粉240kg、碳粉2kg、釩鈦磁鐵精礦5kg和聚乙二醇3kg加入攪拌機(jī)中混合均勻，得混合物B ;
(3)將上述(I)中得到的混合物A與上述(2)中得到的混合物B在攪拌機(jī)內(nèi)充分混合得混合物C，并在混合物C中加入瓦斯灰7kg和NaCO3Ikg,再次混合均勻后即得到粉末冶金混合料；
步驟二:壓制成形
將步驟一混合好的粉末冶金混合料放入壓機(jī)，由壓機(jī)完成將所述混合料末送入預(yù)設(shè)的產(chǎn)品模具，并在450MPa壓力下壓制成生坯件；
步驟三:燒結(jié)
將步驟二壓制成形的生坯件放在燒結(jié)爐中，在氫氣和氮?dú)饣旌蠚怏w的保護(hù)氣氛中，其中氫氣占混合氣體的2%，氮?dú)庹蓟旌蠚怏w的98% ;先在710°C下，預(yù)燒結(jié)40分鐘；而后:
O以升溫速率20°C /分鐘，從710°C升溫至910°C，并保溫10分鐘；
2)以升溫速率25°C/分鐘，從910°C升溫至1060°C，并保溫15分鐘；
3)以升溫速率15°C/分鐘，從1060°C升溫至1240°C，并在此溫度下燒結(jié)130分鐘； 步驟四:熱處理
將上步得到的工件進(jìn)行淬火，淬火溫度為835°C，淬火時(shí)間35分鐘，而后以升溫速率IO0C /分鐘升溫至910°C，保溫80分鐘，再進(jìn)行回火，回火溫度為210°C，回火保溫時(shí)間90分鐘，回火后在滲碳爐中820°C碳氮?dú)夥障鹿矟B60分鐘，而后冷卻至120°C，保溫150分鐘；再冷卻至室溫后，精加工，即得成品。
[0021]實(shí)施例2
本實(shí)施例的基本內(nèi)容同實(shí)施例1，其不同之處在于:各組分按如下質(zhì)量份組成:氨基樹脂2kg，聚醚改性硅油3kg，羥丙基甲基纖維素2kg，粉煤灰5kg，食鹽1kg，淀粉3kg，硬脂酸鋅4kg,合金粉250kg,碳粉2kg, f凡鈦磁鐵精礦6kg,聚乙二醇4kg,瓦斯灰8kg, NaC032kg。[0022]本發(fā)明的一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法，其步驟為:
步驟一:混合攪拌
(1)將上述的氨基樹脂2kg、聚醚改性硅油3kg、羥丙基甲基纖維素2kg、粉煤灰5kg、食鹽Ikg和淀粉3kg,加入到攪拌機(jī)中混合均勻,得混合物A ；
(2)將上述的硬脂酸鋅4kg、合金粉250kg、碳粉2kg、釩鈦磁鐵精礦6kg和聚乙二醇4kg加入攪拌機(jī)中混合均勻，得混合物B ;
(3)將上述(I)中得到的混合物A與上述(2)中得到的混合物B在攪拌機(jī)內(nèi)充分混合得混合物C，并在混合物C中加入瓦斯灰8kg和NaC032kg，再次混合均勻后即得到粉末冶金混合料；
步驟二:壓制成形
將步驟一混合好的粉末冶金混合料放入壓機(jī)，由壓機(jī)完成將所述混合料末送入預(yù)設(shè)的產(chǎn)品模具，并在450MPa壓力下壓制成生坯件；
步驟三:燒結(jié)
將步驟二壓制成形的生坯件放在燒結(jié)爐中，在氫氣和氮?dú)饣旌蠚怏w的保護(hù)氣氛中，其中氫氣占混合氣體的2%，氮?dú)庹蓟旌蠚怏w的98% ;先在720°C下，預(yù)燒結(jié)40分鐘；而后:
1)以升溫速率20°C/分鐘，從720°C升溫至920°C，并保溫10分鐘；
2)以升溫速率25°C/分鐘，從920°C升溫至1070°C，并保溫15分鐘；
3)以升溫速率15°C/分鐘，從1070°C升溫至1250°C，并在此溫度下燒結(jié)135分鐘； 步驟四:熱處理
將上步得到的工件進(jìn)行淬火，淬火溫度為835°C，淬火時(shí)間35分鐘，而后以升溫速率IO0C /分鐘升溫至910°C，保溫80分鐘，再進(jìn)行回火，回火溫度為210°C，回火保溫時(shí)間90分鐘，回火后在滲碳爐中820°C碳氮?dú)夥障鹿矟B60分鐘，而后冷卻至120°C，保溫150分鐘；再冷卻至室溫后，精加工，即得成品。
[0023]實(shí)施例3
本實(shí)施例的基本內(nèi)容同實(shí)施例1，其不同之處在于:各組分按如下質(zhì)量份組成:氨基樹脂1kg，聚醚改性硅油2kg，羥丙基甲基纖維素1kg，粉煤灰3kg，食鹽1kg，淀粉1kg，硬脂酸鋅2kg,合金粉230kg,碳粉2kg, f凡鈦磁鐵精礦4kg,聚乙二醇3kg,瓦斯灰6kg, NaCO3Ikg0
[0024]本發(fā)明的一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法，其步驟為:
步驟一:混合攪拌
(1)將上述的氨基樹脂1kg、聚醚改性硅油2kg、羥丙基甲基纖維素1kg、粉煤灰3kg、食鹽Ikg和淀粉Ikg,加入到攪拌機(jī)中混合均勻,得混合物A ；
(2)將上述的硬脂酸鋅2kg、合金粉230kg、碳粉2kg、釩鈦磁鐵精礦4kg和聚乙二醇3kg加入攪拌機(jī)中混合均勻，得混合物B ;
(3)將上述(I)中得到的混合物A與上述(2)中得到的混合物B在攪拌機(jī)內(nèi)充分混合得混合物C，并在混合物C中加入瓦斯灰6kg和NaCO3Ikg,再次混合均勻后即得到粉末冶金混合料；
步驟二:壓制成形
將步驟一混合好的粉末冶金混合料放入壓機(jī)，由壓機(jī)完成將所述混合料末送入預(yù)設(shè)的產(chǎn)品模具，并在450MPa壓力下壓制成生坯件；步驟三:燒結(jié)
將步驟二壓制成形的生坯件放在燒結(jié)爐中，在氫氣和氮?dú)饣旌蠚怏w的保護(hù)氣氛中，其中氫氣占混合氣體的2%，氮?dú)庹蓟旌蠚怏w的98% ;先在700°C下，預(yù)燒結(jié)40分鐘；而后:
1)以升溫速率20°C/分鐘，從700°C升溫至900°C，并保溫10分鐘；
2)以升溫速率25°C/分鐘，從900°C升溫至1050°C，并保溫15分鐘；
3)以升溫速率15°C/分鐘，從1050°C升溫至1230°C，并在此溫度下燒結(jié)120分鐘； 步驟四:熱處理
將上步得到的工件進(jìn)行淬火，淬火溫度為835°C，淬火時(shí)間35分鐘，而后以升溫速率IO0C /分鐘升溫至910°C，保溫80分鐘，再進(jìn)行回火，回火溫度為210°C，回火保溫時(shí)間90分鐘，回火后在滲碳爐中820°C碳氮?dú)夥障鹿矟B60分鐘，而后冷卻至120°C，保溫150分鐘；再冷卻至室溫后，精加工，即得成品。
[0025]實(shí)施例4
本實(shí)施例的基本內(nèi)容同實(shí)施例1，其不同之處在于:本發(fā)明的一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法的步驟三(燒結(jié))中，將步驟二壓制成形的生坯件放在燒結(jié)爐中，在氫氣和氮?dú)饣旌蠚怏w的保護(hù)氣氛中，其中氫氣占混合氣體的2%，氮?dú)庹蓟旌蠚怏w的98% ;先在700°C下，預(yù)燒結(jié)40分鐘；而后:
1)以升溫速率20°C/分鐘，從700°C升溫至900°C，并保溫10分鐘；
2)以升溫速率25°C/分鐘，從900°C升溫至1050°C，并保溫15分鐘；
3)以升溫速率15°C/分鐘，從1050°C升溫至1200°C，并在此溫度下燒結(jié)125分鐘。
[0026]表1為實(shí)施例1-4制得的粉末冶金齒輪的性能檢測(cè)，并與市售的粉末冶金齒輪進(jìn)行性能對(duì)比。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的一種高性能的粉末冶金齒輪的齒面硬度、抗彎曲疲勞強(qiáng)度均超過(guò)市售的粉末冶金齒輪；另外本發(fā)明的粉末冶金齒輪的耐磨性得到提高，且將冶金廢棄的粉煤灰和瓦斯灰作為粉末冶金齒輪的特定組分使用，資源化利用了冶金廢棄物。
[0027]表1實(shí)施例1-4制得的粉末冶金齒輪的性能檢測(cè)及性能對(duì)比
抗彎曲疲勞弓黽度(Kgf)WM (HRC)^
實(shí)施例1?03075
實(shí)施例298073
實(shí)施例395073
實(shí)施例499072
市售600-80058-68
【權(quán)利要求】
1.一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法，其步驟為: 步驟一:混合攪拌 (1)按質(zhì)量份數(shù)，將氨基樹脂1-2份、聚醚改性硅油2-3份、羥丙基甲基纖維素1-2份、粉煤灰3-5份、食鹽1份和淀粉1-3份，加入到攪拌機(jī)中混合均勻，得混合物A ； (2)按質(zhì)量份數(shù)，將硬脂酸鋅2-4份、合金粉230-250份、碳粉2份、釩鈦磁鐵精礦4_6份和聚乙二醇3-4份加入攪拌機(jī)中混合均勻，得混合物B ； (3)將上述(I)中得到的混合物A與上述(2)中得到的混合物B在攪拌機(jī)內(nèi)充分混合得混合物C，并在混合物C中加入瓦斯灰6-8份和NaC03l-2份，再次混合均勻后即得到粉末冶金混合料； 步驟二:壓制成形 將步驟一混合好的粉末冶金混合料放入壓機(jī)，由壓機(jī)完成將所述混合料末送入預(yù)設(shè)的產(chǎn)品模具，并在450MPa壓力下壓制成生坯件； 步驟三:燒結(jié) 將步驟二壓制成形的生坯件放在燒結(jié)爐中，在氫氣和氮?dú)饣旌蠚怏w的保護(hù)氣氛中，先在700-720°C下，預(yù)燒結(jié)40分鐘；然后升高溫度到1200-1250°C，并在此溫度下燒結(jié)120-135 分鐘； 步驟四:熱處理 將上步得到的工件進(jìn)行淬火，淬火溫度為835°C，淬火時(shí)間35分鐘，而后升溫至910°C，保溫80分鐘，再進(jìn)行回火，回火溫度為210°C，回火保溫時(shí)間90分鐘，回火后在滲碳爐中碳氮共滲；冷卻至室溫后，精加工，即得成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法，其特征在于:所述的釩鈦磁鐵礦、粉煤灰和瓦斯灰的平均粒徑為30-40微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種高性能的粉末冶金齒輪的制備方法，其特征在于:所述的釩鈦磁鐵精礦來(lái)源于基性-超基性巖含釩鈦磁鐵礦巖體。
【文檔編號(hào)】B22F3/16GK104014797SQ201310686567
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】黃雄關(guān) 申請(qǐng)人:蕪湖市天雄新材料科技有限公司