一种高密度粉末冶金同步环制造方法与流程

1.本发明涉及同步环技术领域，特别涉及一种高密度粉末冶金同步环制造方法。


背景技术：

2.随着汽车销量的日益增长，汽车动力性能的不断提高，汽车变速器的换挡性能开始越来越受到关注。汽车同步器是变速器的重要组成部分，在汽车变速过程中起到关键性作用，是汽车安全，平稳，舒适的运动保障。同步环是同步器的重要组成部分，变速器换挡时通过同步环的内锥面和结合齿一端的外锥面之间的摩擦面传递扭矩，同步环摩擦面的摩擦使得两啮合齿部分的相对转速趋于相同，避免了在不同转速时完成啮合而产生冲击，提高了换挡的品质。因此，同步环性能的好坏将直接影响变速器的换挡品质，而同步环的同步容量则是决定同步环工作性能好坏的关键因素。随着汽车发动机的高扭矩发展趋势，对同步环提出的要求越来越高。
3.相关技术中，常用的制造同步环的方法有：1、采用黄铜铸造一体成形的方法制造同步环；2、采用钢坯锻造成形制造同步环主体，然后再喷钼增强同步环耐磨性的方法制造同步环。
4.但是，采用黄铜铸造工艺方案所成形的同步环承受载荷较低，同步环在反复挂挡经受重载荷冲击时，会造成同步环本体强度不足，另一方面也是最重要的缺点就是材料成本超高，导致同步环零件成本超高；采用钢坯锻造成形然后喷钼的工艺方案，由于同步环零件精度要求高，同步环的根部圆角极小，因此锻造工艺较困难，对零件的适应性较差，造成成本较高，同时也不利于大批量商用。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种高密度粉末冶金同步环制造方法，以解决相关技术中同步环制造工艺困难，以及同步环制造成本高的问题。
6.第一方面，提供了一种高密度粉末冶金同步环的制造方法，其包括以下步骤：将质量百分比分别为95.2％～95.9％的铁、0.4％～0.6％的碳、3.2％～3.5％的镍钼铬合金、0.05％～0.1％的锰以及0.4％～0.6％的润滑剂按比例混合均匀，得到混合粉末；将所述混合粉末装入压力机的模具中，将所述混合粉料压制成同步环毛坯；将所述同步环毛坯置于惰性气体的保护气氛中，在第一预设温度下预烧第一预设时间；将预烧后的所述同步环毛坯放入真空烧结炉中，在第二预设温度下烧结第二预设时间，得到同步环烧结件。
7.一些实施例中，所述镍钼铬合金包括镍、钼或铬其中的两种或者三种。
8.一些实施例中，所述压力机包括内滑块和外滑块，将所述混合粉末装入压力机的模具中，将所述混合粉料压制成同步环毛坯包括：驱动所述外滑块和所述内滑块一同以第一预设压力下压，将所述混合粉末压制成所述同步环毛坯；驱动所述外滑块以第二预设压力继续下压所述同步环毛坯的锁止面，使所述同步环毛坯的锁止面的密度增加。
9.一些实施例中，所述第二预设压力大于所述第一预设压力，所述第一预设压力的
取值范围为640～750mpa，所述第二预设压力的取值范围为690～800mpa。
10.一些实施例中，所述第二预设压力大于所述第一预设压力，将所述同步环毛坯置于惰性气体的保护气氛中，在第一预设温度下预烧第一预设时间包括：所述第一预设温度的取值范围为400～500℃，所述第一预设时间的取值范围为1～1.5小时。
11.一些实施例中，将预烧后的所述同步环毛坯放入真空烧结炉中，在第二预设温度下烧结第二预设时间，得到同步环烧结件包括：所述第二预设温度的取值范围为1000～1180℃，所述第二预设时间的取值范围为2～3小时。
12.一些实施例中，将预烧后的所述同步环毛坯放入真空烧结炉中，在第二预设温度下烧结第二预设时间，得到同步环烧结件包括：所述同步环烧结件的整体密度大于7.2g/cm3，所述同步环烧结件的锁止面密度大于7.3g/cm3。
13.一些实施例中，将预烧后的所述同步环毛坯放入真空烧结炉中，在第二预设温度下烧结第二预设时间，得到同步环烧结件之后还包括：将所述同步环烧结件放入120℃防护油中浸泡，得到同步环。
14.一些实施例中，将所述同步环烧结件放入120℃防护油中浸泡，得到同步环之后包括：对所述同步环进行渗碳淬火热处理，渗碳层深度为1.1～1.3mm，使所述同步环的表面硬度大于550hv0.2。
15.一些实施例中，对所述同步环进行渗碳淬火热处理之后还包括：对所述同步环进行喷钼，以及对所述同步环进行磨削和精加工。
16.本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
17.本发明实施例提供了一种高密度粉末冶金同步环制造方法，由于将质量百分比分别为95.2％～95.9％的铁、0.4％～0.6％的碳、3.2％～3.5％的镍钼铬合金、0.05％～0.1％的锰以及0.4％～0.6％的润滑剂按比例混合均匀，得到混合粉末，将混合粉末装入压力机的模具中，采用粉末冶金工艺制备同步环，因此，混合粉末的配方的主要材料是铁，降低了制造成本，采用粉末冶金工艺制备同步环，去掉了锻造工艺的步骤，降低了同步环制造工艺的难度。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例提供的一种高密度粉末冶金同步环制造方法的步骤流程图；
20.图2为本发明实施例提供的一种高密度粉末冶金同步环制造方法的步骤s2的流程图；
21.图3为本发明实施例提供的一种高密度粉末冶金同步环制造方法的步骤s4之后的步骤流程图。
22.图4为本发明实施例提供的一种高密度粉末冶金同步环制造方法使用的压力机部分结构示意图。
23.图中：
24.1、同步环毛坯；21、外滑块；22、内滑块。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明实施例提供了一种高密度粉末冶金同步环制造方法，其能解决相关技术中同步环制造工艺困难，以及同步环制造成本高的问题。
27.参见图1所示，为本发明实施例提供的一种高密度粉末冶金同步环制造方法，可以包括以下步骤：
28.步骤s1：将质量百分比分别为95.2％～95.9％的铁、0.4％～0.6％的碳、3.2％～3.5％的镍钼铬合金、0.05％～0.1％的锰以及0.4％～0.6％的润滑剂按比例混合均匀，得到混合粉末。
29.在步骤s1中，铁、碳和锰可以是以元素粉的形式加入，镍钼铬合金可以是由镍、钼或铬其中的两种或者三种组成的合金粉的形式加入，然后在加入润滑剂，将混合物搅拌均匀得到混合粉末，上述独特的粉末配方主要的材料是铁，原料成本低，其中可以依据制造同步环的成本，来配制镍钼铬合金中各组份的质量百分比，因为目前市场上镍、钼和铬三种金属的价格中是镍的价格最贵、钼的价格最便宜，当需要降低同步环的制造成本时，可以减少镍钼铬合金中镍的质量百分比，甚至可以是由钼和铬两种金属来配制成合金，当需要增加同步环的强度时，可以增加镍钼铬合金中镍的质量百分比，由此，可以通过控制镍钼铬合金中镍、钼或铬的质量百分比含量，来进一步控制同步环的制造成本。
30.步骤s2：将所述混合粉末装入压力机的模具中，将所述混合粉料压制成同步环毛坯1。
31.参见图2和图4所示，在步骤s2中压力机的型号可以是800t压力机，压力机可以包括内滑块22和外滑块21，内滑块22和外滑块21下方固定有同步环成形模具，将混合粉末装入压力机上的同步环成形模具内，可以通过压力机将混合粉末压制成同步环毛坯1，其中的压制过程可以分为步骤s201和步骤s202，步骤s201：压力机的内滑块22和外滑块21一同以第一预设压力下压，将混合粉末压制成同步环毛坯1，步骤s201执行完后，执行步骤s202：同步环毛坯1的锁止面上方的外滑块21继续以第二预设压力下压同步环毛坯1的锁止面，使同步环毛坯1的锁止面的密度增加，可以进一步增加同步环的锁止面的强度。
32.在上述压制的过程中，压力机提供的第二预设压力是大于第一预设压力的，本实施例中，第二预设压力一般比第一预设压力大50mpa，第一预设压力的取值范围可以为640～750mpa，第二预设压力的取值范围可以为690～800mpa，第二预设压力大于第一预设压力可以确保可以进一步下压同步环毛坯1的锁止面，即确保进一步增加同步环毛坯1的锁止面的密度。
33.步骤s3：将所述同步环毛坯1置于惰性气体的保护气氛中，在第一预设温度下预烧第一预设时间。
34.将压制好的同步环毛坯1放置在惰性气体的保护气氛中，本实施例中，惰性气体可
以是氮气，氮气的成本低，也能起到营造惰性保护气氛的作用，同步环毛坯1在惰性气体的保护气氛中以第一预设温度预烧第一预设时间，得到同步环预烧件，本实施例中，第一预设温度的取值范围可以为400～500℃，第一预设时间的取值范围可以为1～1.5小时，预烧的作用主要表现在不仅能烧掉润滑剂等非合金物质，同时能使合金组分进一步混合均匀，为后续烧结同步环毛坯1获得组织均衡以及为同步环的性能稳定提供保证。
35.步骤s4：将预烧后的所述同步环毛坯放入真空烧结炉中，在第二预设温度下烧结第二预设时间，得到同步环烧结件。
36.在对同步环毛坯1预烧后，可以将同步环预烧件放入真空烧结炉中，在第二预设温度下烧结第二预设时间，得到同步环烧结件，同步环烧结件的整体密度大于7.2g/cm3，同步环烧结件的锁止面密度大于7.3g/cm3，本实施例中，第二预设温度的取值范围可以为1000～1180℃，第二预设时间的取值范围可以为2～3小时。在1000～1180℃温度下烧结能获得较好的烧结强度、密度等性能，烧结温度过高会产生过烧，导致产品性能下降，不能满足要求，过低的烧结温度会使合金达不到充分融解、均匀化，同样会降低产品的强度、密度以及均匀性等性能，烧结时间一般是在满足产品性能的前提下，尽量缩短烧结时间，根据本实施例中合金成分情况，经过多次试验，烧结时间为2～3小时既能达到性能要求，又能降低烧结成本，为最合适的烧结时间。
37.参见图3所示，步骤s4之后还可以包括步骤s5：将同步环烧结件可以放入120℃防护油中浸泡，得到同步环，将同步环烧结件放入防护油浸泡的目的是防止同步环生锈，提高同步环的防锈能力。
38.参见图3所示，步骤s5之后还可以包括步骤s6：对所述同步环进行渗碳淬火热处理，渗碳层深度为1.1～1.3mm，使所述同步环的表面硬度大于550hv0.2。
39.对同步环表面进行渗碳淬火热处理，是在一定的碳势气氛中，使碳原子进入同步环表面，与同步环内的合金形成高硬度的碳化物，从而达到提升同步环表面硬度的目的，通过对碳势的控制以及对渗碳时间、温度等参数的控制，可实现不同的渗碳深度和硬度，渗碳层深度为1.1～1.3mm，使同步环的表面硬度大于550hv0.2，可以使同步环的强度达到粉锻件性能指标。
40.参见图3所示，步骤s6之后还可以包括步骤s7：对所述同步环进行喷钼，以及对所述同步环进行磨削和精加工。
41.对同步环表面进行喷钼处理，可以进一步增强同步环的耐磨性，还可以对同步环进行磨削以及其它精加工，进一步增加同步环的精度，使同步环可以达到设计的精度要求。
42.以下通过五个具体实施例对本技术作进一步描述。
43.实施例一
44.(1)将质量百分比分别为95.57％的铁、0.43％的碳、3.44％的镍钼铬合金、0.06％的锰以及0.5％的润滑剂，按比例混合搅拌均匀，其中，铁、碳和锰以元素粉的形式加入，镍钼铬合金以合金粉的形式加入，并且镍钼铬合金包括镍和钼，镍占混合粉末的质量百分比为2％，钼占混合粉末的质量百分比为1.44％，然后加入润滑剂搅拌均匀，得到混合粉末。
45.(2)将上述混合粉末装入800t压力机上的同步环成形模具中，800t压力机的内滑块22和外滑块21一同以750mpa的压力下压混合粉末，将混合粉末压制成的同步环毛坯1，然后同步环毛坯1的锁止面上方的外滑块21以800mpa的压力下压同步环毛坯1的锁止面，使同
步环毛坯1的锁止面的密度增加。
46.(3)将同步环毛坯1置于氮气保护气氛中，在450℃温度下预烧1.5小时，得到同步环预烧件。
47.(4)将同步环预烧件放入真空烧结炉中，在1080℃下烧结2.5小时，得到同步环烧结件，同步环烧结件的整体密度为7.25g/cm3，同步环烧结件的锁止面的密度为7.35g/cm3。
48.(5)将完成烧结的同步环烧结件放入120℃防护油中浸泡，得到同步环。
49.(6)对同步环进行整体渗碳淬火热处理，保证渗碳层深度1.1～1.3mm，使同步环的表面硬度为580～620hv0.2。
50.(7)对同步环表面进行喷钼、磨削以及精加工，得到最终符合设计要求的同步环产品。
51.实施例二
52.(1)将质量百分比分别为95.72％的铁、0.55％的碳、3.2％的镍钼铬合金、0.03％的锰以及0.5％的润滑剂，按比例混合搅拌均匀，其中，铁、碳和锰可以是以元素粉的形式加入，镍钼铬合金可以合金粉的形式加入，并且镍钼铬合金包括镍、钼和铬，镍占混合粉末的质量百分比为0.06％，钼占混合粉末的质量百分比为0.5％，铬占混合粉末的质量百分比为2.64％，然后加入润滑剂搅拌均匀，得到混合粉末。
53.(2)将上述混合粉末装入800t压力机上的同步环成形模具中，800t压力机的内滑块22和外滑块21一同以750mpa的压力下压混合粉末，将混合粉末压制成同步环毛坯1，然后同步环毛坯1的锁止面上方的外滑块21以800mpa的压力下压同步环毛坯1的锁止面，使同步环毛坯1的锁止面的密度增加。
54.(3)将同步环毛坯1置于氮气保护气氛中，在450℃温度下预烧1.5小时，得到同步环预烧件。
55.(4)将同步环预烧件放入真空烧结炉中，在1100℃下烧结2.5小时，得到同步环烧结件，同步环烧结件的整体密度为7.26g/cm3，同步环烧结件的锁止面的密度为7.36g/cm3。
56.(5)将完成烧结的同步环烧结件放入120℃防护油中浸泡，得到同步环。
57.(6)对同步环进行整体渗碳淬火热处理，保证渗碳层深度1.1～1.3mm，使同步环的表面硬度为590～630hv0.2。
58.(7)对同步环表面进行喷钼、磨削以及精加工，得到最终符合设计要求的同步环产品。
59.实施例三
60.(1)将质量百分比分别为95.59％的铁、0.48％的碳、3.3％的镍钼铬合金、0.13％的锰以及0.5％的润滑剂，按比例混合搅拌均匀，其中，铁、碳和锰可以是以元素粉的形式加入，镍钼铬合金可以合金粉的形式加入，并且镍钼铬合金包括镍、钼和铬，镍占混合粉末的质量百分比为0.08％，钼占混合粉末的质量百分比为1.47％，铬占混合粉末的质量百分比为1.75％，然后加入润滑剂搅拌均匀，得到混合粉末。
61.(2)将上述混合粉末装入800t压力机上的同步环成形模具中，800t压力机的内滑块22和外滑块21一同以750mpa的压力下压混合粉末，将混合粉末压制成同步环毛坯1，然后同步环毛坯1的锁止面上方的外滑块21以800mpa的压力下压同步环毛坯1的锁止面，使同步环毛坯1的锁止面的密度增加。
62.(3)将同步环毛坯1置于氮气保护气氛中，在450℃温度下预烧2小时，得到同步环预烧件。
63.(4)将同步环预烧件放入真空烧结炉中，在1100℃下烧结3小时，得到同步环烧结件，同步环烧结件的整体密度为7.23g/cm3，同步环烧结件的锁止面的密度为7.32g/cm3。
64.(5)将完成烧结的同步环烧结件放入120℃防护油中浸泡，得到同步环。
65.(6)对同步环进行整体渗碳淬火热处理，保证渗碳层深度1.1～1.3mm，使同步环的表面硬度为570～610hv0.2。
66.(7)对同步环表面进行喷钼、磨削以及精加工，得到最终符合设计要求的同步环产品。
67.实施例四
68.(1)将质量百分比分别为95.64％的铁、0.5％的碳、3.33％的镍钼铬合金、0.03％的锰以及0.5％的润滑剂，按比例混合搅拌均匀，其中，铁、碳和锰可以是以元素粉的形式加入，镍钼铬合金可以合金粉的形式加入，并且镍钼铬合金包括镍、钼和铬，镍占混合粉末的质量百分比为0.08％，钼占混合粉末的质量百分比为1.9％，铬占混合粉末的质量百分比为1.35％，然后加入润滑剂搅拌均匀，得到混合粉末。
69.(2)将上述混合粉末装入800t压力机上的同步环成形模具中，800t压力机的内滑块22和外滑块21一同以750mpa的压力下压混合粉末，将混合粉末压制成密度同步环毛坯1，然后同步环毛坯1的锁止面上方的外滑块21以800mpa的压力下压同步环毛坯1的锁止面，使同步环毛坯1的锁止面的密度增加。
70.(3)将同步环毛坯1置于氮气保护气氛中，在450℃温度下预烧2小时，得到同步环预烧件。
71.(4)将同步环预烧件放入真空烧结炉中，在1100℃下烧结3小时，得到同步环烧结件，同步环烧结件的整体密度为7.23g/cm3，同步环烧结件的锁止面的密度为7.32g/cm3。
72.(5)将完成烧结的同步环烧结件放入120℃防护油中浸泡，得到同步环。
73.(6)对同步环进行整体渗碳淬火热处理，保证渗碳层深度1.1～1.3mm，使同步环的表面硬度为560～600hv0.2。
74.(7)对同步环表面进行喷钼、磨削以及精加工，得到最终符合设计要求的同步环产品。
75.实施例五
76.(1)将质量百分比分别为95.62％的铁、0.55％的碳、3.3％的镍钼铬合金、0.03％的锰以及0.5％的润滑剂，按比例混合搅拌均匀，其中，铁、碳和锰可以是以元素粉的形式加入，镍钼铬合金可以合金粉的形式加入，并且镍钼铬合金包括镍和钼，镍占混合粉末的质量百分比为1.8％，钼占混合粉末的质量百分比为1.5％，然后加入润滑剂搅拌均匀，得到混合粉末。
77.(2)将上述混合粉末装入800t压力机上的同步环成形模具中，800t压力机的内滑块22和外滑块21一同以750mpa的压力下压混合粉末，将混合粉末压制成同步环毛坯1，然后同步环毛坯1的锁止面上方的外滑块21以800mpa的压力下压同步环毛坯1的锁止面，使同步环毛坯1的锁止面的密度增加。
78.(3)将同步环毛坯1置于氮气保护气氛中，在450℃温度下预烧1.5小时，得到同步
环预烧件。
79.(4)将同步环预烧件放入真空烧结炉中，在1080℃下烧结2.5小时，得到同步环烧结件，同步环烧结件的整体密度为7.24g/cm3，同步环烧结件的锁止面的密度为7.34g/cm3。
80.(5)将完成烧结的同步环烧结件放入120℃防护油中浸泡，得到同步环。
81.(6)对同步环进行整体渗碳淬火热处理，保证渗碳层深度1.1～1.3mm，使同步环的表面硬度为550～600hv0.2。
82.(7)对同步环表面进行喷钼、磨削以及精加工，得到最终符合设计要求的同步环产品。
83.对实施例1、2、3、4、5制备得到的同步环进行密度和硬度测试，试验结果见表1。
84.表1
[0085][0086]
由表一可知，本发明提供的一种高密度粉末冶金同步环制造方法得到的同步环的整体密度大于7.2g/cm3，同步环锁止面的密度大于7.3g/cm3，以及同步环的表面硬度大于550hv0.2，可以达到粉锻制得同步环的性能指标，满足产品的性能需求。
[0087]
本发明实施例提供的一种高密度粉末冶金同步环制造方法的原理为：
[0088]
由于制造同步环采用的原材料是将质量百分比分别为95.2％～95.9％的铁、0.4％～0.6％的碳、3.2％～3.5％的镍钼铬合金、0.05％～0.1％的锰以及0.4％～0.6％的润滑剂按比例混合均匀，得到的混合粉末，因此制造同步环的主要原材料是铁，可以降低制造同步环的成本，其中，镍钼铬合金可以是由镍、钼或铬其中的两种或者三种组成，因为目前市场上镍、钼和铬三种金属的价格中是镍的价格最贵、钼的价格最便宜，当需要降低同步环的制造成本时，可以减少镍钼铬合金中镍的质量百分比，甚至可以是由钼和铬两种金属来配制成合金，当需要增加同步环的强度时，可以增加镍钼铬合金中镍的质量百分比，可以通过控制镍钼铬合金中镍、钼或铬的质量百分比含量，来进一步控制同步环的制造成本，制备同步环的工艺步骤包括：将得到的混合粉末装入压力机上的同步环成形模具内，压力机的内滑块22和外滑块21一同以第一预设压力下压，将混合粉末压制成同步环毛坯1，同步环毛坯1的锁止面上方的外滑块21继续以第二预设压力下压同步环毛坯1的锁止面，使同步环毛坯1的锁止面的密度增加，可以进一步增加同步环的锁止面的强度以适应汽车换挡时对同步环强度的要求；将压制好的同步环毛坯1放置在氮气的保护气氛中，以第一预设温度预烧第一预设时间，得到同步环预烧件，在对同步环毛坯1预烧后，可以将同步环预烧件放入真空烧结炉中，在第二预设温度下烧结第二预设时间，得到同步环烧结件，同步环烧结件的整体密度大于7.2g/cm3，同步环烧结件的锁止面的密度大于7.3g/cm3，在上述制造同步环步骤中去掉了锻造工艺的步骤，降低了同步环制造工艺的难度；将同步环烧结件可以放入120℃防护油中浸泡，得到同步环，将同步环烧结件放入防护油浸泡的目的是防止同步环生锈，
提高同步环的防锈能力；对同步环表面进行渗碳淬火热处理，渗碳层深度为1.1～1.3mm，使同步环的表面硬度大于550hv0.2，可以使同步环的强度达到粉锻件性能指标；对同步环表面进行喷钼处理，可以进一步增强同步环的耐磨性，还可以对同步环进行磨削以及其它精加工，进一步增加同步环的精度，使同步环可以达到设计的精度要求。
[0089]
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0090]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。