结论:随着粉末金属在齿轮制造中的应用日益增多,探讨了其应用及局限性

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由于采用了新的合金和粉末金属加工方法,制造商在其设计中增加了粉末冶金齿轮的数量。市场扩张在于提高材料的密度。当齿轮需要复杂的形状和公差时,粉末冶金是一个很好的解决方案,但在强度方面还有很多需要改进的地方。通过横向轧制进行表面致密化是一项新技术,并且还使用压印来提供最大的局部密度。另一种方法是温压,它在表面和齿内产生更高的总密度。齿轮更容易弯曲、表面接触疲劳和磨损,整个零件尤其是表面需要高密度。目前的技术声称,滚动接触疲劳强度可以与固体钢材料相匹配。

高温合金、高速工具钢和碳化钨都可以通过粉末冶金成形。这是一种以经济的成本大批量生产净形齿轮的有效方法。一种配有锁槽的便携式电动工具齿轮,经过硬化、淬火和回火处理,比用锻钢滚刀加工的成本降低了50%以上。粉末冶金齿轮的性能可以根据应用情况进行调整。这是最便宜的方式,以生产大量相同和可互换的齿轮,在一定的尺寸限制。

粉末冶金工艺提供了一种净形齿轮,其尺寸公差和机械性能符合许多大批量市场要求。与锻钢相比,粉末冶金齿轮具有较低的抗冲击性、疲劳强度和接触应力能力。双压/双烧结工艺显著降低了性能差异,通过表面硬化和外部横向轧制进一步增强了性能差异。最大保护层深度很难定义,尤其是在密度降低的情况下。通常,粉末冶金齿轮都是经过硬化处理的。

抗拉强度范围从低密度低碳钢的10000 psi到经过热锻和热处理的镍钢合金零件的180000 lb/in²。大多数钢制粉末冶金齿轮的弹性模量仅为20000000 lb/in²。弯曲强度约为P/M/UTS的40%。齿轮极限可近似为12英寸直径齿轮和1英寸端面,最大端面宽度为3英寸,最大齿轮重量为35磅。大多数P/M齿轮的重量小于5磅。

对于粉末冶金处理,可以对齿进行感应加热以获得更大的强度,也可以对齿进行完整的热处理。粉末冶金齿轮的表面硬化对材料性能的变化比铸件或锻件更敏感。高孔隙度会对淬透性产生负面影响,并可能导致开裂和腐蚀。大约60%的粉末冶金零件经过热处理。烧结镍钢对一般热处理过程的反应特别好。在某些情况下,可以通过烧结后直接快速冷却齿轮来消除二次硬化过程的需要。
不得使用锻钢的表面硬化方法。氰化很少使用,因为很难去除氰化物。碳氮共渗和气体渗碳是两种最常用的表面硬化方法。

粉末冶金零件可进行退火、淬火和表面硬化。由于需要控制孔隙度,中性和干燥的气氛至关重要。渗碳盐等液体可能被截留在零件中,导致内部腐蚀。首选油作为淬火介质。这是由于改进了变形控制,并导致最小开裂。粉末冶金零件可吸收高达3%(按重量计)的油,如果淬火后的清洁不彻底,则会产生烟雾对健康的危害。硬化能力随着孔隙度的增加而降低,并且外壳深度会发生变化。当用通常的压痕法测定硬度时,由于P/M/材料的孔隙率,读数低于固体金属的读数。粉末冶金零件经过蒸汽氧化,以密封其多孔表面,减少腐蚀并改善润滑性。

孔隙度的影响必须经常加以考虑。a . Squire于1947年提出,密度是烧结材料力学性能的主要标准。扭矩传递能力在很大程度上取决于孔隙度的大小。孔隙度的定义是孔隙数量占总体积的百分比。在实际应用中,提出了孔隙度的反比,即齿轮的烧结密度水平。孔隙率在8%到11%之间的粉末冶金合金不适合用于齿轮减速机。通过压实、收缩控制和粉末锻造来改进。最有希望的方法是选择性致密化。全密度是通过这种方法在大约0.003-0.004厚的表层上实现的。滚动接触试验表明,疲劳极限与压实钢相似。

主要的限制是齿轮形状容易弹出和压力可以产生所需的密度。力学性能与材料的密度、成分和组织有直接关系。热处理可提高抗拉强度、硬度、耐磨性和抗压强度,但对抗冲击性能和延展性可能有负面影响。齿轮运行试验清楚地表明,弯曲强度的改善有:增加的密度;提高烧结温度;表面淬火后喷丸处理;和异质微结构。

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他是全国电力传输会议(National Conference on Power Transmission)的前主任,以及AGMA的营销委员会(Marketing Council)和封闭式驱动委员会(closed Drive Committee)的前主席。他曾是蒂森齿轮厂(Thyssen Gear Works)的驻北美工程师,后来又在弗兰德·格拉夫斯坦登(Flender Graffenstaden)工作。他是这本书的作者蜗轮蜗杆传动的设计与应用