一种性能优异的粉末冶金齿轮的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种性能优异的粉末冶金齿轮的制备方法，属于粉末冶金【技术领域】。本发明的其步骤为：步骤一：混合搅拌；步骤二：压制成形，将粉末冶金混合料放入压机，由压机将混合料压制成生坯件；步骤三：烧结，将生坯件放在烧结炉中烧结；步骤四：热处理，将上步得到的工件先淬火，再回火，回火后在渗碳炉中碳氮共渗；冷却至室温后，精加工，即得成品。本发明的一种性能优异的粉末冶金齿轮的制备方法，通过特定的成分配比，使得生产的齿轮齿面硬度、强度得到提高，耐磨性得到增强，且将粉煤灰和瓦斯灰作为粉末冶金齿轮的特定组分使用，资源化利用了冶金废弃物。
【专利说明】一种性能优异的粉末冶金齿轮的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及粉末冶金【技术领域】，更具体地说，涉及一种性能优异的粉末冶金齿轮 的制备方法。
【背景技术】
[0002] 齿轮是依靠齿的啮合可靠且无噪声地传输转矩的轮状机械零件，齿轮通过与其它 齿状机械零件传动，可实现改变转速与扭矩、改变运动方向和改变运动形式等功能。目前齿 轮传动已成为应用最广泛的传动方式。
[0003] 粉末冶金技术，能够以与制品形状极其相近的形状生产要求高尺寸精度、复杂的 形状的部件，能够大幅度地减少切削成本。尤其在齿轮制造领域，粉末冶金法制造齿轮是一 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、高精度公差的齿轮。大 大减少了传统钢材机加工所导致的质量、性能差的不足。
[0004] 但是，现有的粉末冶金零件，由于配方不够完善、混料不均匀，导致压制成的生坯 的不均匀，通过热处理所得的零件的整体密度不均匀，耐磨性、强度和硬度较差。
[0005] 经专利检索，中国专利申请号:201210493191.0,申请公布日为:2013年3月27 日，发明创造的名称为：一种粉末冶金齿轮，其组成按重量百分比包括，0. 5-1.0%的碳、 1. 0-1. 2%的铜、0. 3-0. 5%的锰、0. 3-0. 5%的铬、0. 1-0. 3%的硼、0. 5-1. 0%的硬脂酸锌，余量 为铁；该申请案虽然提高了生产效率、节省材料，但其生产的齿轮的强度和硬度有待提高。
【发明内容】
[0006] 1.发明要解决的技术问题 本发明的目的在于克服现有技术中，现有的粉末冶金零件的整体密度不均匀，耐磨性、 强度和硬度较差的不足，提供了一种性能优异的粉末冶金齿轮的制备方法，该粉末冶金齿 轮，不但将冶金行业的废弃物重新利用，而且通过特定的成分配比和处理，使得生产得到的 粉末冶金齿轮的性能得到了改善。
[0007] 2.技术方案 为达到上述目的，本发明提供的技术方案为： 本发明的一种性能优异的粉末冶金齿轮的制备方法，其步骤为： 步骤一：混合搅拌 (1)按质量份数，将酚醛树脂1-2份、硬脂酸甲酯2-3份、羟丙基甲基纤维素 1-2份、粉 煤灰3-5份、食盐1份和淀粉1-3份，加入到搅拌机中混合均匀，得混合物A ； (2)按质量份数，将硬脂酸锌2-4份、合金粉230-250份、碳粉2份、钒钛磁铁精矿4_6 份和聚乙二醇3-4份加入搅拌机中混合均匀，得混合物B，其中：所述的合金粉的成分的 质量百分含量为：铁粉：95. 6%，铜粉：1. 38%，镍粉：0. 87%，钥粉：0. 73%，铝粉：0. 77%，铬粉： 0. 1%，杂质含量：0. 55% ； (3)将上述（1)中得到的混合物A与上述（2)中得到的混合物B在搅拌机内充分混合 得混合物C，并在混合物C中加入瓦斯灰6-8份和NaC03l-2份，再次混合均匀后即得到粉末 冶金混合料； 步骤二 ：压制成形 将步骤一混合好的粉末冶金混合料放入压机，由压机完成将所述混合料末送入预设的 产品模具，并在450MPa压力下压制成生坯件； 步骤三：烧结 将步骤二压制成形的生坯件放在烧结炉中，在氢气和氮气混合气体的保护气氛中， 先在700-720°C下，预烧结40分钟；然后升高温度到1200-1250°C，并在此温度下烧结 120-135 分钟； 步骤四：热处理 将上步得到的工件进行淬火，淬火温度为835°C，淬火时间35分钟，而后升温至910°C， 保温80分钟，再进行回火，回火温度为210°C，回火保温时间90分钟，回火后在渗碳炉中碳 氮共渗；冷却至室温后，精加工，即得成品。
[0008] 更进一步地，所述的钒钛磁铁精矿、粉煤灰和瓦斯灰的平均粒径为30-40微米。
[0009] 更进一步地，所述的钒钛磁铁精矿来源于基性-超基性岩含钒钛磁铁矿岩体。
[0010] 3.有益效果 采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果： (1)本发明的一种性能优异的粉末冶金齿轮的制备方法，该方法通过多步混料，使得混 合后的混合料密度和成分更均匀，并通过合理的烧结、热处理，使得粉末冶金齿轮的强度和 硬度都得到了提高； (2)本发明的一种性能优异的粉末冶金齿轮的制备方法，该制备方法简单方便，并将冶 金废弃的粉煤灰和瓦斯灰作为粉末冶金齿轮的特定组分使用，资源化利用了冶金废弃物； (3)本发明的一种性能优异的粉末冶金齿轮的制备方法，通过特定的成分配比，使得生 产的齿轮齿面硬度高、强度大，耐磨性得到提高，且适于大批量快速生产高性能齿轮。
【具体实施方式】
[0011] 为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0012] 实施例1 本实施例的一种性能优异的粉末冶金齿轮，各组分按如下质量份组成：酚醛树脂1kg， 硬脂酸甲酯2kg，羟丙基甲基纤维素 1kg，粉煤灰4kg，食盐1kg，淀粉2kg，硬脂酸锌3kg，合 金粉240kg,碳粉2kg, f凡钛磁铁精矿5kg,聚乙二醇3kg,瓦斯灰7kg, NaC03l kg。
[0013] 值得说明的是，上述的酚醛树脂也叫电木，本实施例的硬脂酸甲酯又称十八碳酸 甲酯，熔点37-41°C，且其纯度大于95%;上述的羟丙基甲基纤维素又称为羟丙甲纤维素，是 非离子型纤维素醚，常温时为白色的粉末状，采用高度纯净的棉纤维素作为原料，在碱性条 件下醚化而制得，且羟丙基甲基纤维素加入到200目筛的通过率为75%。
[0014] 上述的粉煤灰是引风机将燃煤烟气排入大气之前，急冷呈玻璃体状态的细粒，经 过除尘器，被分离、收集得到的细粒，该粉煤灰成分的质量百分含量为：Si02 :44. 5%，A1203 ： 29. 2%, Fe203 ：9. 6%, CaO ：6. 5 %, MgO ：4. 6 %，Na20+K20 :2. 5%，其余杂质：3. 1 %。
[0015]另外，本实施例的淀粉为马铃薯淀粉、酯化淀粉和小麦淀粉的混合物，其中各组分 的质量百分含量为：马铃薯淀粉：28. 7%，酯化淀粉：33. 4%，小麦淀粉：37. 9%，且马铃薯淀 粉、酯化淀粉和小麦淀粉加入到200目筛的通过率为75%。
[0016] 本实施例的一种性能优异的粉末冶金齿轮的所采用的合金粉成分的质量百分含 量为：铁粉：95. 6%，铜粉：1. 38%，镍粉：0. 87%，钥粉：0. 73%，铝粉：0. 77%，铬粉：0. 1%，杂质 含量：0. 55% ;上述的钒钛磁铁精矿来源于基性-超基性岩含钒钛磁铁矿岩体。
[0017] 本实施例所采用的聚乙二醇为PEG-3000，分子量在2700至3300之间，熔点为 51-53°C，常温下为乳白色固体粉末。另外，炼铁高炉的煤气除尘系统由重力除尘和精细除 尘两段组成，本实施例所采用的瓦斯灰是第二段精细除尘器中，干式除尘得到的干式细粒 粉尘。
[0018] 本实施例的钒钛磁铁精矿、粉煤灰和瓦斯灰分别在研磨机中研磨成平均粒径为 30-40微米的粉末。
[0019] 本发明的一种性能优异的粉末冶金齿轮的制备方法，其步骤为： 步骤一：混合搅拌 (1)将上述的酚醛树脂lkg、硬脂酸甲酯2kg、羟丙基甲基纤维素 lkg、粉煤灰4kg、食盐 lkg和淀粉2kg,加入到搅拌机中混合均勻,得混合物A ； (2)将上述的硬脂酸锌3kg、合金粉240kg、碳粉2kg、钒钛磁铁精矿5kg和聚乙二醇3kg 加入搅拌机中混合均匀，得混合物B ; (3)将上述（1)中得到的混合物A与上述（2)中得到的混合物B在搅拌机内充分混合 得混合物C，并在混合物C中加入瓦斯灰7kg和NaC03lkg，再次混合均匀后即得到粉末冶金 混合料； 步骤二 ：压制成形 将步骤一混合好的粉末冶金混合料放入压机，由压机完成将所述混合料末送入预设的 产品模具，并在450MPa压力下压制成生坯件； 步骤三：烧结 将步骤二压制成形的生坯件放在烧结炉中，在氢气和氮气混合气体的保护气氛中，其 中氢气占混合气体的3%，氮气占混合气体的97% ;先在710°C下，预烧结40分钟；而后： 1)以升温速率20°C /分钟，从710°C升温至910°C，并保温10分钟； 2)以升温速率25°C /分钟，从910°C升温至1060°C，并保温15分钟； 3)以升温速率15°C /分钟，从1060°C升温至1240°C，并在此温度下烧结130分钟； 步骤四：热处理 将上步得到的工件进行淬火，淬火温度为835°C，淬火时间35分钟，而后以升温速率 10°C /分钟升温至910°C，保温80分钟，再进行回火，回火温度为210°C，回火保温时间90 分钟，回火后在渗碳炉中820°C碳氮气氛下共渗60分钟，而后冷却至120°C，保温150分钟； 再冷却至室温后，精加工，即得成品。
[0020] 实施例2 本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：各组分按如下质量份组成：酚醛树 脂2kg，硬脂酸甲酯3kg，羟丙基甲基纤维素 2kg，粉煤灰5kg，食盐1kg，淀粉3kg，硬脂酸锌 4kg,合金粉250kg,碳粉2kg, f凡钛磁铁精矿6kg,聚乙二醇4kg,瓦斯灰8kg, NaC032kg。
[0021] 本发明的一种性能优异的粉末冶金齿轮的制备方法，其步骤为： 步骤一：混合搅拌 (1)将上述的酚醛树脂2kg、硬脂酸甲酯3kg、羟丙基甲基纤维素 2kg、粉煤灰5kg、食盐 lkg和淀粉3kg,加入到搅拌机中混合均勻,得混合物A ； (2)将上述的硬脂酸锌4kg、合金粉250kg、碳粉2kg、钒钛磁铁精矿6kg和聚乙二醇4kg 加入搅拌机中混合均匀，得混合物B ; (3)将上述（1)中得到的混合物A与上述（2)中得到的混合物B在搅拌机内充分混合 得混合物C，并在混合物C中加入瓦斯灰8kg和NaC032kg，再次混合均匀后即得到粉末冶金 混合料； 步骤二 ：压制成形 将步骤一混合好的粉末冶金混合料放入压机，由压机完成将所述混合料末送入预设的 产品模具，并在450MPa压力下压制成生坯件； 步骤三：烧结 将步骤二压制成形的生坯件放在烧结炉中，在氢气和氮气混合气体的保护气氛中，其 中氢气占混合气体的3%，氮气占混合气体的97% ;先在720°C下，预烧结40分钟；而后： 1)以升温速率20°C /分钟，从720°C升温至920°C，并保温10分钟； 2)以升温速率25°C /分钟，从920°C升温至1070°C，并保温15分钟； 3)以升温速率15°C /分钟，从1070°C升温至1250°C，并在此温度下烧结135分钟； 步骤四：热处理 将上步得到的工件进行淬火，淬火温度为835°C，淬火时间35分钟，而后以升温速率 10°C /分钟升温至910°C，保温80分钟，再进行回火，回火温度为210°C，回火保温时间90 分钟，回火后在渗碳炉中820°C碳氮气氛下共渗60分钟，而后冷却至120°C，保温150分钟； 再冷却至室温后，精加工，即得成品。
[0022] 实施例3 本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：各组分按如下质量份组成：酚醛树 脂1kg，硬脂酸甲酯2kg，羟丙基甲基纤维素 1kg，粉煤灰3kg，食盐1kg，淀粉1kg，硬脂酸锌 2kg,合金粉230kg,碳粉2kg, f凡钛磁铁精矿4kg,聚乙二醇3kg,瓦斯灰6kg, NaC03lkg。
[0023] 本发明的一种性能优异的粉末冶金齿轮的制备方法，其步骤为： 步骤一：混合搅拌 (1)将上述的酚醛树脂lkg、硬脂酸甲酯2kg、羟丙基甲基纤维素 lkg、粉煤灰3kg、食盐 lkg和淀粉lkg,加入到搅拌机中混合均勻,得混合物A ； (2)将上述的硬脂酸锌2kg、合金粉230kg、碳粉2kg、钒钛磁铁精矿4kg和聚乙二醇3kg 加入搅拌机中混合均匀，得混合物B ; (3)将上述（1)中得到的混合物A与上述（2)中得到的混合物B在搅拌机内充分混合 得混合物C，并在混合物C中加入瓦斯灰6kg和NaC03lkg，再次混合均匀后即得到粉末冶金 混合料； 步骤二 ：压制成形 将步骤一混合好的粉末冶金混合料放入压机，由压机完成将所述混合料末送入预设的 产品模具，并在450MPa压力下压制成生坯件； 步骤三：烧结
【权利要求】
1. 一种性能优异的粉末冶金齿轮的制备方法，其步骤为： 步骤一：混合搅拌 (1)按质量份数，将酚醛树脂1-2份、硬脂酸甲酯2-3份、羟丙基甲基纤维素 1-2份、粉 煤灰3-5份、食盐1份和淀粉1-3份，加入到搅拌机中混合均匀，得混合物A ； (2)按质量份数，将硬脂酸锌2-4份、合金粉230-250份、碳粉2份、钒钛磁铁精矿4_6 份和聚乙二醇3-4份加入搅拌机中混合均匀，得混合物B，其中：所述的合金粉的含量为： 铁粉：95. 6%，铜粉：1. 38%，镍粉：0. 87%，钥粉：0. 73%，铝粉：0. 77%，铬粉：0. 1%，杂质含量： 0. 55% ； (3)将上述（1)中得到的混合物A与上述（2)中得到的混合物B在搅拌机内充分混合 得混合物C，并在混合物C中加入瓦斯灰6-8份和NaC03l-2份，再次混合均匀后即得到粉末 冶金混合料； 步骤二 ：压制成形 将步骤一混合好的粉末冶金混合料放入压机，由压机完成将所述混合料末送入预设的 产品模具，并在450MPa压力下压制成生坯件； 步骤三：烧结 将步骤二压制成形的生坯件放在烧结炉中，在氢气和氮气混合气体的保护气氛中， 先在700-720°C下，预烧结40分钟；然后升高温度到1200-1250°C，并在此温度下烧结 120-135 分钟； 步骤四：热处理 将上步得到的工件进行淬火，淬火温度为835°C，淬火时间35分钟，而后升温至910°C， 保温80分钟，再进行回火，回火温度为210°C，回火保温时间90分钟，回火后在渗碳炉中碳 氮共渗；冷却至室温后，精加工，即得成品。
2.根据权利要求1所述的一种性能优异的粉末冶金齿轮的制备方法，其特征在于：所 述的钒钛磁铁矿、粉煤灰和瓦斯灰的平均粒径为30-40微米。
3.根据权利要求1或3所述的一种性能优异的粉末冶金齿轮的制备方法，其特征在于： 所述的钒钛磁铁精矿来源于基性-超基性岩含钒钛磁铁矿岩体。
【文档编号】B22F1/00GK104043836SQ201410241442
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2014年6月3日
【发明者】唐爱军 申请人:芜湖水泵制造有限公司