[发明专利]一种粉末冶金零件的制备方法

说明书

本发明涉及一种粉末冶金零件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：材料成分设计、压制、烧结、退火、超声波端面致密化及热处理。该粉末冶金零件的制备方法实现了对轴向表面的致密化处理，与传统粉末冶金工艺相比，产品的密度更高，局部密度可以超过7.60g/cm³，接近粉末锻造的水平，而表面相对密度可以达到99％以上，基本实现表面致密化。

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，具体涉及一种粉末冶金零件的制备方法。

背景技术

粉末冶金是制造金属粉末和以金属粉末(包括混入非金属粉末)为原料，以成形和烧结的基本方法制造材料或制品的技术学科。广义上讲，它还包括以氧化物、氮化物、碳化物等非金属化合物粉末为原料的，以成形—烧结方法制造材料或制品的技术。粉末冶金工艺是将原料粉末加入一定模腔后加压成形，再经一定条件下烧结，或在特定的模具中烧结以得到制品的技术过程。随着工业发展，粉末冶金是一项能制造形状复杂零件的技术，可以节省原材料、节能、省工，适合于大批量生产。

粉末冶金是生产高强度和形状复杂零件的有效工艺。目前铁基零件，通过使用高压缩性的粉末、成型、烧结和特殊的后加工，粉末冶金工艺已经可以生产出密度超过7.4g/cm³的零件。对于超过7.6g/cm³的零件，目前的主要制造技术包括注射成型，粉末锻造。而复压复烧技术的密度水平大致在7.4～7.6g/cm³之间。此外，还有表面致密化技术，使齿形零件通过横向轧制(滚压)实现齿轮表面的局部致密化。

粉末冶金零件由于孔隙的存在，表面接触疲劳强度往往较铸轧钢加工的差。通过表面致密化处理，齿部接触的表面几乎达到全致密。通过表面致密化可以进一步提高齿轮的尺寸精度。表面致密化深度超过0.7mm，可以大幅度提高齿轮的表面接触疲劳强度。除此之外，齿轮的表面粗糙度达到“镜面”的标准，结果齿轮运行时噪音更低。这种表面无孔的齿轮经过合适的热处理之后，其弯曲疲劳强度和接触疲劳强度完全达到8620渗碳钢的水平。制造上述斜齿轮的工序如下：成型(高密度)、烧结(控制冷却速度)、机加工、表面致密化、热处理(控制热处理变形)。

表面致密化的优势如下：齿部无孔隙；良好的表面；增加耐磨性；降低噪音；改善耐腐蚀性；齿轮尺寸精度高；改善了零件的疲劳特性。但是表面致密化技术仅适用于外齿轮等少数零件，应用范围较为有限。此外，对于碳含量超过0.3％以上的零件，由于硬度较高，表面滚压(致密化)较为困难，表面密度难以提升。

上述的技术均存在一定的局限性。一次成型烧结由于润滑剂和石墨等轻质原料的影响，密度难以提高。对于注射成型工艺，仅适用于形状复杂的零件，而对于形状简单且尺寸较大的零件性价比太差。粉末锻造的精度较低，模具损耗较大。对于复压复烧工艺，产品密度在7.4～7.6g/cm³之间。为了避免或减缓碳的扩散，保留更多的铁素体，一般预烧结温度通常为780～850℃左右，随着预烧结温度的提升，碳的扩散增加，珠光体等组织比例显著增加。随着珠光体含量增加，复压的压力增加，同时模具损耗也增加。

如本申请人的在先申请的中国发明专利《粉末冶金齿轮、链轮的制备方法》，其专利号为ZL201410156417.7(授权公告号为CN105014077B)公开了一种粉末冶金齿轮、链轮的制备方法，提出了通过模具优化，改变直径方向的尺寸来实现齿部或其他部位的致密化方法。但是上述制备方法主要针对径向强度要求较高的部位，不能实现轴向(端面)的表面致密化。

因此，需要对现有的粉末冶金零件的制备方法作进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，提供一种实现轴向方向的表面致密化以达到提高硬度目的的粉末冶金零件的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种粉末冶金零件的制备方法，其特征在于，依次包括有以下步骤：