温压成形技术诞生于上世界九十年代初期，可用于制备高强度的铁基粉末冶金零件，在保留传统的模压技术尺寸精度高以及生产率高的优点的基础上，切实提高而来零件的密度，可保持在7.20～7.30g/cm3之间。因为齿轮零件的密度得到了提升，因此其综合力学性能也得到了明显的改善，集中体现出粉末冶金技术的应用优势。温压成形技术促使齿轮零件保持高度致密化的主要原理为：在温压温度之下，铁粉颗粒的硬化速率会急剧降低，硬化的程度也有所缓解，从而减小铁粉颗粒的塑性变形阻力，将铁粉颗粒进行二次排列，藉此提高齿轮零件的密度。利用温压成形技术可制备出抗拉强度高达1800Mpa的齿轮零件，制备高性能的铁基粉末冶金齿轮零件的成本比较低，齿轮零件的成本与性能关系得到了很好的平衡与协调。温压成形技术的核心优势在于：弹性后效非常小，脱模的压力也不高，并且压坯的密度与烧结的密度均非常理想，强度大。理论上，利用温压成形技术所烧结的齿轮压坯密度最高可达7.35gcm3，在将近1120℃的温度之下，烧结密度多维持在7.30g/cm3左右，而在将近1200℃的温度之下，烧结密度甚至可达到7.50g/cm3，伸长率与抗拉强度均得到了明显的提高。
1高速压制
高速压制技术的诞生实现了总质量大于5.0kg的高密度大型粉末冶金零件的烧结，在20ms之内对粉末实现压缩处理，在3000ms之内实现多次的压制，提高齿轮零件的密度。当前粉末冶金的困境可通过高速压制打破，鉴于传统的压制成形对成形压力的要求非常高，但是压机吨位又对成形压力造成了限制，因此无法满足传统压制成形技术的成形压力要求，高速压制基本上不会受到成形压力的影响。粉末带有预合金化与扩散合金化的双重特征，其密度最大可达到7.7g/cm3，在粉末冶金行业得到了广泛的应用。通过液压进行控制的冲锤，其产生的冲击波比较强，可实现高速压制的致密化，而致密化的程度主要是由冲锤的速度以及质量而决定的，因此其采用的是液压控制，因此可防止出现非轴向反弹，避免损坏压坯。进行多次高速压制是可行的，并且经过重复压制之后，齿轮零件的密度会显著增加，单次的冲击时间间隔要求＜300ms，通过计算机对冲锤的冲击功以及行程实现精准的控制，确保多次冲击压制可快速完成。然而，高速压制技术尚处于研究阶段，在复杂的台阶型的零件制备方面尚有很大的潜力可供挖掘。
2烧结齿轮的表面致密化技术
提高粉末冶金齿轮零件性能的核心方法在于提高密度，笔者认为，经过热处理以及后加工的齿轮零件，其性能并不十分理想，出现了失效的问题，而失效问题出现的主要原因是齿轮的表面接触疲劳，提高齿轮疲劳性能的的主要途径及时提高其表面的密度。对齿轮进行表面渗碳或者是激光热处理，可提高齿轮的外部硬度，增加其碳含量，提高其耐磨性与韧性。粉末冶金齿轮普遍存在着一定数量的孔隙，因此其表面接触疲劳强度不如经过铸轧钢加工的齿轮，然而经过表面致密化处理之后，齿部跟轧辊模进行接触的表面可达到全致密的效果。经过表面致密化之后，齿轮的齿部表面处于无孔状态，心部则是多孔体，因为只有齿轮的表面承受外加的应力，所以可降低齿轮的生产成本。通过轧辊模对烧结齿轮进行反复地轧制，可切实提高齿轮的齿形精度以及尺寸精度。如果齿轮的表面致密化深度＞0.7mm，则齿轮的表面接触疲劳强度得以增强，降低齿轮的表面粗糙度，臻于“镜面”标准，保持绝对的光滑状态，降低齿轮在运行时所产生的噪音。再对表面无孔的齿轮进行热处理，按照渗碳钢的水平对齿轮的接触疲劳强度以及弯曲疲劳强度进行适当的调整，大致的技术流程为成形→烧结→机加工→表面致密化→热处理。表面致密化技术的优点可概括为噪音低、尺寸精度高、耐磨性高、耐腐蚀性强等，而这正是高质量的齿轮所必须要具备的客观条件，即便是密度仅仅为7.25g/cm3的烧结齿轮，经过表面致密化处理之后，其表面接触的疲劳性能比铸轧钢更高。
3结语
总而言之，利用粉末冶金新技术所制备出来的烧结齿轮，其尺寸精度、力学性能、表面粗糙度均比较理想，可用于大批量生产，性价比极高。就目前而言，烧结齿轮实现全致密的技术难关已经被攻破，未来的发展趋势是集高精度、低成本、高密度于一身的烧结齿轮生产方向。
作者：许伟阳 单位：国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心
相关专题：江西农业大学学报 city planning review
