[发明专利]一种带有梯度层的双材质粉锻齿轮及其制备方法

说明书

本发明属于粉末冶金汽车零部件制备领域，特别涉及一种高性能、低成本的双材质粉锻齿轮及其制备方法。本发明的齿轮结构包括齿轮齿部、齿轮芯部以及中间梯度层，其中，齿轮齿部为含有Ni、Cr、Mo等合金元素，硬度高和耐磨性能好的Fe基合金，齿轮芯部为成本较为低廉Fe‑C‑Cu合金。界面为两种粉末按特定比例组成的合金粉末，按梯度层设计方式添加。通过齿部、梯度层、芯部三部分材料的设计和粉锻成型，降低齿轮的生产成本，提升齿轮的性能，并且通过梯度层的设计解决了双材质粉锻齿轮两侧因成分差异较大引起的界面开裂和弯曲变形等界面不匹配问题。

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，主要针对齿轮这一类产品，特别提供了一种具有良好界面过渡的双材质粉锻齿轮及其制备方法。

背景技术

随着汽车工业的不断发展，围绕汽车产业需求的粉末冶金行业也得到了快速的发展。粉末冶金热锻技术（简称“粉锻”）是将常规粉末冶金与高温锻造相结合而形成的一种加工技术，粉锻可以将制造近终或最终形状零件和高的材料力学性能相结合，实现常规粉末冶金与锻造工艺优点的结合。

随着技术的发展，粉末冶金成形已经能够通过现有的模具技术在大规模生产的环境下将不同的粉末原材料混合粉输送到要制备的零部件的不同部位，也可以改变送粉技术将高强度的粉末送到零部件最需要高强度的部位。

针对齿轮这一类产品，由于齿轮的失效方式主要为轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合等方式，所有的失效方式都与齿轮的齿部有关。因此，齿轮齿部和齿轮芯部的受力情况差异较大。针对齿轮的失效方式和工况下的受力特点，齿轮的齿部需要耐磨性优异的材料，而远离表面的芯部不存在耐磨性的要求，但良好的可加工性有利于降低后续加工的成本。同时，齿轮两侧成分存在较大的差异，双材质界面两侧会出现界面开裂和弯曲变形等界面不匹配问题，因此迫切需要提供一种解决这些问题的齿轮以及制备方法。

基于以上事实，申请人提出了带有梯度层的双材质粉锻齿轮的发明专利申请。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善使用寿命、降低生产成本的双材质粉锻齿轮及其制备方法，基于该双材质粉锻合金提供一种界面问题的解决方法。

一种低成本、高性能的双材质粉锻齿轮，其特征在于：齿轮结构包括齿轮芯部、齿轮齿部以及中间梯度层，所述齿轮齿部采用强度高和耐磨性较好的Fe-C-Cu-Mn-Mo-Ni-Cr合金，齿轮芯部采用成本较低的Fe-C-Cu合金；

所述双材质粉锻齿轮的芯部材料各组分的质量百分比为：铜1.00-2.00%、石墨0.5-0.64%、润滑剂0.45-0.6%，余量为铁；

所述双材质粉锻齿轮的齿部材料各组分的质量百分比为：铜1.00-2.00%、石墨0.5-0.64%、润滑剂0.45-0.6%、Ni 1.5%-2.5%、Mo 0.5-1%、Mn 0.6-1%、Cr 2-5%，余量为铁；

所述双材质粉锻齿轮的芯部和齿部材料中铁粉的粒度为100目－200目，氧含量控制在0.1wt.%以下；

双材质粉锻齿轮芯部和齿轮齿部之间采用梯度层设计，所述梯度层包括两层，梯度层的成分由齿轮芯部成分和齿部成分以特定比例混合而成；

其中，连接齿轮齿部一层材料的成分为质量分数为75%的齿部材料粉末和25%的芯部材料粉末混合而成，连接齿轮芯部材料一层的成分为质量分数为25%的齿部材料和75%的芯部材料；

所述双材质粉锻齿轮的梯度层厚度为2-4mm。

综合考虑使用寿命及生产成本的双材质粉锻齿轮的制备工艺如下：

步骤1. 配料：

分别按齿轮的芯部和齿部材料成分比例称取各原料粉并分别混合均匀，获得芯部材料和齿部材料备用；