本发明涉及齿轮技术领域，具体涉及一种齿轮的材料及其生产工艺。
背景技术：
齿轮的结构形式多种多样，种类繁多，作为一种普通的动力传动方式，其被广泛运用在各种领域，而螺旋伞齿传动效率高，传动比稳定，圆弧重迭系数大，承载能力高，传动平稳平顺，工作可靠，结构紧凑，寿命长，噪音小等等特点，经常被运用在两相交轴之间的运动和动力传动上，做为一个机械传动中的一个重要零组件，影响着整机的使用寿命与传动效率，对其强度以及精度的要求也是要求极高，早期高性能螺旋伞齿产品几乎都是依靠国外进口，采购成本极高，缺乏市场竞争力，但由于近年来随着国内粉末冶金行业不断的发展与创新，许多新形工艺相对出现，因而许多这类高性能产品目前也都越来越趋向于国产化，对此便带来了庞大的商机，也有越来越多的粉末冶金行业愿意投入成本研发此类高性能产品。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种齿轮的材料及其生产工艺，生产过程稳定，报废率低。
在粉末冶金结构零件生产中，添加于混和粉料中的石墨粉在烧结过程当中，几乎全部扩散到零件中，从而使烧结零件中具备所需的硬度、抗拉强度、疲劳强度与耐磨性等等力学性能，石墨除在烧结时扩散到零件中强化材料的力学性能之外，还有一部份残在零件的孔隙中未参与反应，用作固体润滑剂，以改善零件的摩擦性能，因此石墨粉是粉末冶金零件生产中不可缺少的一种基本原料。石墨粉在粉末冶金生产材料中虽然只占有极少数的份量，但其对于所生产的粉末冶金零件的使用性能、烧结时的尺寸变化与稳定性及最终的产品尺寸精度都有着强烈影响；粉末冶金零件生产中，压制成形与脱模过程当中都需要进行润滑。最常用的方法是将润滑剂添加于金属粉末的预混合粉中。润滑剂的性能不仅影响粉末冶金零件成形时的压制性能，还影响到后续粉末冶金零件在烧结时的尺寸变化以及最终的零件性能。
本发明是针对高性能螺旋伞齿的生产提出了一种新的原料配方与制造方式，本发明采用的技术方案是：
一种齿轮的材料，其中：包括以下重量份的原料：水雾化铁粉420～480份、铜粉2.5～15份、石墨2～4份、镍粉15～40份、钼粉3～8份和润滑剂1.5～4份。
优选的是，所述的齿轮的材料，其中：所述润滑剂为kenolubep11。
本发明中所采用的石墨(c)为timcal公司所生产的粉末冶金专用石墨粉，牌号为f10的初生合成石墨，与天然石墨相比f10初生合成石墨其纯度较高，烧结活性强，增强了石墨在烧结时的扩散性，从而提高了烧结零件的整体力学性能，而润滑剂的选择很大程度的影响粉末冶金零件成形时的压制性能，此次高性能螺旋伞齿因考虑到工作性能要求，对其成形密度需要达到7.15g/cm3以上。因而对于润滑剂的选择上就变得相当重要。在本发明中采用了kenolubep11作为润滑剂，他与一般常用的硬脂酸锌润滑剂相比而言，对于高密度的产品有着更佳的润滑效果，而且目前环保意识抬头，kenolubep11含有锌含量不超过2％，对比硬脂酸锌内所含的12％来说，可以很大程度的降低零件在烧结时对于环境的污染。
一种齿轮的生产工艺，其中：包括以下步骤：
(1)混料：按重量份计，将2～4份石墨、1.5～4份润滑剂和60～100份水雾化铁粉加入双锥形混料机中混料10～20min后得到初混粉，将初混粉分为3等份作为预拌粉，将剩余360～380份水雾化铁粉加入双锥形混料机中，并加入2.5～15份铜粉、15～40份镍粉、3～8份钼粉和一份预拌粉搅拌15～25min，之后加入一份预拌粉搅拌15～25min，最后加入一份预拌粉搅拌15～25min，得到混合料，将混合料静放2～3h；
在原料配方上有因含有石墨与润滑剂，此2种成份相较于配方中其余成份来说质量较低；为了能有效使其混和均匀，防止偏析现象的发生并提高生产的稳定性。因而在此次混料工艺中先对所述石墨与润滑剂实施预混的动作；
(2)压制成形：将静放的混合料送入到成形阴模腔形中，通过配合的上下冲在550～600mpa的压力下，压制成形得到成形坯体；
(3)烧结：将成形坯体放置在高温炉中进行多段式烧结，得到齿轮粗成品；
(4)热处理及机械加工：将齿轮粗成品送入热处理炉进行热处理、淬火，然后在回火炉进行回火，机械加工得到成品。以本发明所生产的螺旋伞齿而言，仅需对产品内径以及外径小段差原部份进行尺寸精度以及同轴度的机械加工后即为成品。
优选的是，所述的齿轮的生产工艺，其中：所述步骤(2)压制成形速度为3～8个/min，成形坯体密度为7.05～7.25g/cm3。
优选的是，所述的齿轮的生产工艺，其中：所述步骤(3)多段式烧结具体为：第一段烧结温度为650～800℃，烧结时间为15～30min，第二段烧结温度为1120～1150℃，烧结时间为20～40min，第三段烧结温度为1200～1300℃，烧结时间为30～40min，然后自然降温。
烧结是粉末冶金工艺中极为关键的一项工艺，成形坯体通过烧结过程，粉末颗粒才能发生黏结、扩散、迁移、凝聚再结晶等一系列复杂的物理化学过程，最终使粉末颗粒由成形过程中德的机械啮合变成烧结后的晶体结合，在本发明中采取了多段式的烧结温度条件，第一段温度为650～800℃，烧结时间为15～30min在此阶段时可将坯体进行预加热并且能将材料中所添加的润滑剂与一些细微杂质进行挥发；第二段以1120～1150℃的温度烧结20～40min后再以5～15℃/min的升温条件下将温度提升到1200～1300℃，并在此温度条件下烧结30～40min，后经过水套将烧结后坯体自然降温到常温，在温度到达1120℃以后加入适当的氢气与氮气作为保护气氛，可防止坯体氧化及脱碳的现象发生。
优选的是，所述的齿轮的生产工艺，其中：烧结第二段结束进行第三段烧结时，高温炉以5～15℃/min的速度升温至1200～1300℃，高温炉升温过程中，当高温炉温度≥1120℃后加入氢气和氮气作为保护气氛。
优选的是，所述的齿轮的生产工艺，其中：所述步骤(3)齿轮粗成品硬度为hrb70～100。
优选的是，所述的齿轮的生产工艺，其中：所述步骤(4)热处理温度为840～860℃，热处理时间为120～180min，然后进行淬火，淬火油温控制在45～50℃，淬火时间为15～30min，回火炉温度控制在200～220℃，时间为1～2h。
发明的优点：本发明的齿轮的材料及其生产工艺，所生产的螺旋伞齿产品符合产品要求，生产过程稳定，报废率低，达到零件国产货标准，大大的将低了生产以及采购成本，使的整体竞争力能有大幅度的提升。
附图说明
图1为本发明的螺旋伞齿的剖视图。
图2为本发明的螺旋伞齿的半剖面等角视图。
附图标记如下：1-产品内径、2-外径小段差。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种齿轮的材料，其中：包括以下重量份的原料：水雾化铁粉420份、铜粉2.5份、石墨2份、镍粉15份、钼粉3份和润滑剂1.5份，润滑剂为kenolubep11。
一种齿轮的生产工艺，其中：包括以下步骤：
(1)混料：按重量份计，将2份石墨、1.5份润滑剂和60份水雾化铁粉加入双锥形混料机中混料10min后得到初混粉，将初混粉分为3等份作为预拌粉，将剩余360份水雾化铁粉加入双锥形混料机中，并加入2.5份铜粉、15份镍粉、3份钼粉和一份预拌粉搅拌15min，之后加入一份预拌粉搅拌15min，最后加入一份预拌粉搅拌15min，得到混合料，将混合料静放2h；
(2)压制成形：将静放的混合料送入到成形阴模腔形中，通过配合的上下冲在550mpa的压力下，压制成形得到成形坯体；
(3)烧结：将成形坯体放置在高温炉中进行多段式烧结，得到齿轮粗成品；
(4)热处理及机械加工：将齿轮粗成品送入热处理炉进行热处理、淬火，然后在回火炉进行回火，机械加工得到成品。
所述步骤(2)压制成形速度为3～8个/min，成形坯体密度为7.05～7.25g/cm3；所述步骤(3)采用多段式的烧结具体为：第一段烧结温度为650℃，烧结时间为15min，第二段烧结温度为1120℃，烧结时间为20min，第三段烧结温度为1200℃，烧结时间为30min，然后自然降温，烧结第二段结束进行第三段烧结时，高温炉以5℃/min的速度升温至1200℃；升温过程中，当烧结温度≥1120℃后加入氢气和氮气作为保护气氛；所述步骤(3)齿轮粗成品硬度为hrb70～100；所述步骤(4)热处理温度为840℃，热处理时间为120min，然后进行淬火，淬火油温控制在45℃，淬火时间为15min，回火炉温度控制在200℃，时间为1h。
实施例2
一种齿轮的材料，其中：包括以下重量份的原料：水雾化铁粉450份、铜粉10份、石墨3份、镍粉20份、钼粉5份和润滑剂2份，所述润滑剂为kenolubep11。
一种齿轮的生产工艺，其中：包括以下步骤：
(1)混料：按重量份计，将3份石墨、2份润滑剂和80份水雾化铁粉加入双锥形混料机中混料15min后得到初混粉，将初混粉分为3等份作为预拌粉，将剩余370份水雾化铁粉加入双锥形混料机中，并加入10份铜粉、20份镍粉、5份钼粉和一份预拌粉搅拌20min，之后加入一份预拌粉搅拌20min，最后加入一份预拌粉搅拌15min，得到混合料，将混合料静放2h；
(2)压制成形：将静放的混合料送入到成形阴模腔形中，通过配合的上下冲在550～600mpa的压力下，压制成形得到成形坯体；
(3)烧结：将成形坯体放置在高温炉中进行多段式烧结，得到齿轮粗成品；
(4)热处理及机械加工：将齿轮粗成品送入热处理炉进行热处理、淬火，然后在回火炉进行回火，机械加工得到成品。
所述步骤(2)压制成形速度为3～8个/min，成形坯体密度为7.05～7.25g/cm3；所述步骤(3)多段式烧结具体为：第一段烧结温度为750℃，烧结时间为20min，第二段烧结温度为1140℃，烧结时间为30min，第三段烧结温度为1250℃，烧结时间为35min，然后自然降温；烧结第二段结束进行第三段烧结时，以10℃/min的速度升温至1250℃，高温炉升温过程中，当烧结温度≥1120℃后加入氢气和氮气作为保护气氛；所述步骤(3)齿轮粗成品硬度为hrb70～100；所述步骤(4)热处理温度为850℃，热处理时间为150min，然后进行淬火，淬火油温控制在48℃，淬火时间为20min，回火炉温度控制在210℃，时间为1.5h。
实施例3
一种齿轮的材料，其中：包括以下重量份的原料：水雾化铁粉480份、铜粉15份、石墨4份、镍粉40份、钼粉8份和润滑剂4份；所述润滑剂为kenolubep11。
一种齿轮的生产工艺，其中：包括以下步骤：
(1)混料：按重量份计，将4份石墨、4份润滑剂和100份水雾化铁粉加入双锥形混料机中混料20min后得到初混粉，将初混粉分为3等份作为预拌粉，将剩余380份水雾化铁粉加入双锥形混料机中，并加入15份铜粉、40份镍粉、8份钼粉和一份预拌粉搅拌25min，之后加入一份预拌粉搅拌25min，最后加入一份预拌粉搅拌25min，得到混合料，将混合料静放3h；
(2)压制成形：将静放的混合料送入到成形阴模腔形中，通过配合的上下冲在600mpa的压力下，压制成形得到成形坯体；
(3)烧结：将成形坯体放置在高温炉中进行多段式烧结，得到齿轮粗成品；
(4)热处理及机械加工：将齿轮粗成品送入热处理炉进行热处理、淬火，然后在回火炉进行回火，机械加工得到成品。
所述步骤(2)压制成形速度为3～8个/min，成形坯体密度为7.05～7.25g/cm3；所述步骤(3)多段式烧结具体为：第一段烧结温度为800℃，烧结时间为30min，第二段烧结温度为1150℃，烧结时间为40min，第三段烧结温度为1300℃，烧结时间为40min，然后自然降温；烧结第二段结束进行第三段烧结时，以15℃/min的速度升温至1300℃；升温过程中，当烧结温度≥1120℃后加入氢气和氮气作为保护气氛；所述步骤(3)齿轮粗成品硬度为hrb70～100；所述步骤(4)热处理温度为860℃，热处理时间为180min，然后进行淬火，淬火油温控制在50℃，淬火时间为30min，回火炉温度控制在220℃，时间为2h。
实施例1～实施例3对齿轮粗成品进行简单的机械加工即为成品，以本发明所生产的螺旋伞齿而言，仅需对产品内径1以及外径小段差2原部份进行尺寸精度以及同轴度的机械加工后即为成品。
实施例1～实施例3所生产的螺旋伞齿性能测试结果如表1
表1
经上表数据得知，根据本发明所述工艺所生产的螺旋伞齿产品，符合产品要求而且生产过程稳定，报废率低，达到零件国产货标准，大大的将低了生产以及采购成本，使的整体竞争力能有大幅度的提升。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
1.一种齿轮的材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：水雾化铁粉420～480份、铜粉2.5～15份、石墨2～4份、镍粉15～40份、钼粉3～8份和润滑剂1.5～4份。
2.根据权利要求1所述的齿轮的材料，其特征在于：所述润滑剂为kenolubep11。
3.一种齿轮的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）混料：按重量份计，将2～4份石墨、1.5～4份润滑剂和60～100份水雾化铁粉加入双锥形混料机中混料10～20min后得到初混粉，将初混粉分为3等份作为预拌粉，将剩余360～380份水雾化铁粉加入双锥形混料机中，并加入2.5～15份铜粉、15～40份镍粉、3～8份钼粉和一份预拌粉搅拌15～25min，之后加入一份预拌粉搅拌15～25min，最后加入一份预拌粉搅拌15～25min，得到混合料，将混合料静放2～3h；
（2）压制成形：将静放的混合料送入到成形阴模腔形中，通过配合的上下冲在550～600mpa的压力下，压制成形得到成形坯体；
（3）烧结：将成形坯体放置在高温炉中进行多段式烧结，得到齿轮粗成品；
（4）热处理及机械加工：将齿轮粗成品送入热处理炉进行热处理、淬火，然后在回火炉进行回火，机械加工得到成品。
4.根据权利要求3所述的齿轮的生产工艺，其特征在于：所述步骤（2）压制成形速度为3～8个/min，成形坯体密度为7.05～7.25g/cm3。
5.根据权利要求3所述的齿轮的生产工艺，其特征在于：所述步骤（3）多段式烧结具体为：第一段烧结温度为650～800∘c，烧结时间为15～30min，第二段烧结温度为1120～1150∘c，烧结时间为20～40min，第三段烧结温度为1200～1300℃，烧结时间为30～40min，然后自然降温。
6.根据权利要求5所述的齿轮的生产工艺，其特征在于：烧结第二段结束进行第三段烧结时，高温炉以5～15℃/min的速度升温至1200～1300℃，升温过程中，当高温炉温度≥1120℃后加入氢气和氮气作为保护气氛。
7.根据权利要求3所述的齿轮的生产工艺，其特征在于：所述步骤（3）齿轮粗成品硬度为hrb70～100。
8.根据权利要求3所述的齿轮的生产工艺，其特征在于：所述步骤（4）热处理温度为840～860℃，热处理时间为120～180min，然后进行淬火，淬火油温控制在45～50℃，淬火时间为15～30min，回火炉温度控制在200～220℃，时间为1～2h。
技术总结