一种汽车主减速器用从动齿轮粉末锻压工艺的制作方法

本发明涉及一种汽车主减速器用从动齿轮粉末锻压工艺。

背景技术：

主减速器(final reduction drive)在驱动桥内能够将转矩和转速改变的机构。基本功用是将来自变速器或者万向传动装置的转矩增大，同时降低转速并改变转矩的传递方向。主减速器由一对或几对减速齿轮副构成。动力由主动齿轮输入经从动齿轮输出。

主减速器是在传动系中起降低转速，增大转矩作用的主要部件，当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。它是依靠齿数少的齿轮带齿数多的齿轮来实现减速的，采用圆锥齿轮传动则可以改变转矩旋转方向。将主减速器布置在动力向驱动轮分流之前的位置，有利于减小其前面的传动部件(如离合器、变速器、传动轴等)所传递的转矩，从而减小这些部件的尺寸和质量。

汽车主减速器最主要的作用，就是减速增扭。我们知道发动机的输出功率是一定的，根据功率的计算公式W＝M*v(功率＝扭矩*速度)，当通过主减速器将传动速度降下来以后，能获得比较高的输出扭矩，从而得到较大的驱动力。此外，汽车主减速器还有改变动力输出方向、实现左右车轮差速或中后桥的差速功能。

从动齿轮作为主减速器中齿轮组的重要一员，其性能和质量的优劣对汽车主减速器的运转有着很大影响。目前，主减速器用从动齿轮大多采用普通锻造冲压工艺，锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压(锻造与冲压)的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于 保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。

其中，锻造用料主要是各种成分的碳素钢和合金钢，其次是铝、镁、铜、钛等及其合金。材料的原始状态有棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。金属在变形前的横断面积与变形后的横断面积之比称为锻造比。正确地选择锻造比、合理的加热温度及保温时间、合理的始锻温度和终锻温度、合理的变形量及变形速度对提高产品质量、降低成本有很大关系。

而粉末锻造，powder forging，通常是指将粉末烧结的预成形坯经加热后，在闭式模中锻造成零件的成形工艺方法。它是将传统粉末冶金和精密锻造结合起来的一种新工艺，并兼两者的优点。可以制取密度接近材料理论密度的粉末锻件，克服了普通粉末冶金零件密度低的缺点。使粉末锻件的某些物理和力学性能达到甚至超过普通锻件的水平，同时，又保持了普通粉末冶金少屑、无屑工艺的优点。通过合理设计预成形坯和实行少、无飞边锻造，具有成形精确，材料利用率高，锻造能量消耗少等特点。

目前，国内并未发现关于汽车主减速器用从动齿轮的粉末锻造工艺，而对于粉末锻造工艺，国内主要存在如下专利文献：

专利公开号：CN105312585A，公开了一种叉车变速箱齿轮的粉末锻造方法，其包括配料及混料、压制、烧结、锻造、热处理、表面喷丸强化处理等步骤。与现有技术相比较，采用本发明粉末锻造方法制得的叉车变速箱齿轮具有较好的综合性能，不仅具有较高的强度和硬度，还具有优良的韧性、耐磨性、耐疲劳性和抗冲击性，适合用于叉车变速箱齿轮这样的受到较大的冲击力和磨损的环境中长期工作的要求。然而，该专利主要用于变速箱齿轮的粉末锻造，其仅仅在粉末锻造阶段工序处 理的较为详细，而对于锻造完成后的后处理，也仅仅有热处理及抛丸，缺少对于齿轮表面的磨削及其他处理，齿轮表面性能及强度不理想。

技术实现要素：

为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种汽车主减速器用从动齿轮粉末锻压工艺，采用粉末锻压工艺，配合符合从动齿轮结构的模具，可有效减少粉末浪费，提升利用效率，粉末采用合金钢粉末混合形成，多种元素的组合，可有效提升主减速齿轮的性能，所得主减速齿轮硬度高，耐磨性好，耐腐性高，锻压成本低，锻压工艺对环境友好。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种汽车主减速器用从动齿轮粉末锻压工艺，包括如下步骤：

1)混料

将NS322镍钼合金钢粉末、20CrMnTi合金钢粉末及高韧性耐磨合金钢粉末以5～8:6～9:2～3的质量比在混合机内混合20～30min；

2)压制

将步骤1)所得混料送入压制机压制成粗坯，压制力为2～3t/cm²；

3)烧结

将步骤2)所得粗坯送入烧结炉内，在保护气体氛围下进行烧结，烧结温度800～900℃，烧结时间1～2小时；

4)制坯

将步骤3)烧结后的粗坯放入热模锻压力机中进行锻造，锻造压力始锻温度1100～1200℃，终锻温度950～1050℃，得所述从动齿轮坯件，坯件高度与坯件直径之间比值为1.5～2.5；

5)正火

将所述坯件置于正火炉中，以1.5～2℃/min的速率升温至680～700℃，再以1.0～1.5℃/min的速率升温至960～1050℃，保温2～2.5小时出炉，空 冷至室温，冷却速度10～15℃/min；

6)车削加工

采用数控车床对正火处理后的毛坯进行车削加工，进行切边、冲孔，同步完成坯件孔径、端面及外圆的加工，孔径、端面及外圆分别预留1～2mm的加工余量，整体表面粗造度为Ra5～6μm；

7)渗碳、淬火

将车削加工后的坯件置于加热炉内，在渗碳剂中以15～20℃/min的速率升温至900～950℃进行渗碳，渗碳时间2～4小时，将渗碳后的齿轮冷却至810～850℃，均温1～1.5小时，然后在80～100℃淬火油中淬火；

8)回火

将淬火后的坯件送入回火炉中进行回火处理，回火温度500～550℃，保温2～4h后，以10℃/min的速度冷却至室温；

9)磨削加工

对回火处理后的坯件的孔径、端面及外圆进行磨削加工，磨削去除外圆加工余量至表面粗造度为Ra0.6～0.8μm，磨削去除孔径加工余量至表面粗糙度为Ra0.6～0.8μm，磨削去除端面加工余量至表面粗糙度为Ra0.6～0.8μm；

10)磷皂化处理、清理、抛光、涂防锈油

将磨削加工处理后的坯件进行磷皂化处理，清理去除表面氧化皮，送入齿轮抛光机抛光，涂覆防锈油，干燥，得所述汽车发动机用从动齿轮。

进一步，步骤1)所述高韧性耐磨合金钢其化学成分质量百分比为：C：0.25～0.3％，Si：0.3～0.45％，Mn：0.80～1.15％，Cr：1.20～2.5％，P：0.015～0.018％，Al：0.05～0.07％，Ni：0.8～1.25％，Mo：0.3～0.35％，B：0.01～0.08％，W：0.08～0.15％，Nb：0.08～0.15％，余量为Fe和不可避免 的杂质。

另，所述高韧性耐磨合金钢的生产方法包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按下述化学成分采用电炉进行冶炼、铸造：C：0.25～0.3％，Si：0.3～0.45％，Mn：0.80～1.15％，Cr：1.20～2.5％，P：0.015～0.018％，Al：0.05～0.07％，Ni：0.8～1.25％，Mo：0.3～0.35％，B：0.01～0.08％，W：0.08～0.15％，Nb：0.08～0.15％，余量为Fe和不可避免的杂质；按上述成分进行冶炼并浇铸成铸坯；

2)铸坯加热

将所得铸坯送至加热炉加热，铸坯在炉时间1.2～1.5min/mm，铸坯出炉温度1230～1265℃；

3)制、冷却

将所得铸坯保温后轧制，终轧温度1000～1050℃，轧后待温至830～860℃，然后水冷至室温、酸洗，得所述高韧性耐磨合金钢。

另有，步骤4)所述热模锻压力机中锻压力为800～1000MPa。

再，步骤4)所述热模锻压力机中锻造比为2～3。

再有，步骤4)所用热模锻压力机为1600T热模锻压力机或4000T热模锻压力机。

且，步骤4)中所述锻造采用闭式热模锻。

另，步骤7)所用渗碳剂为煤油。

再，步骤7)所述渗碳步骤中，渗碳分为起始阶段、强渗阶段和扩散阶段，起始阶段的碳势CP为0.8～0.9C％，强渗阶段的碳势CP为0.9～1.02C％；扩散阶段的碳势0.75～0.5C％，起始阶段的时间为0.5～0.8小时，强渗阶段的时间1.2～2.5小时，扩散阶段的时间为0.3～0.7小时。

另有，所述磷皂化处理时间为1～2小时。

本发明的有益效果在于：

所述锻造工艺结合汽车主减速器用从动齿轮结构专门设计，不需要剃齿等工序，工艺步骤设计合理，针对性强，采用粉末锻压工艺，采用闭合模锻，锻件没有飞边，无材料损耗，最终机械加工余量小，从粉末原材料到成品齿轮，总材料利用率高达95％以上，所得档位齿轮采用几种高性能合金钢粉末混合锻压而成，尤其添加特制的高韧性耐磨合金钢粉末，可明显提升从动齿轮性能，所得从动齿轮齿表面硬度为55～60HRC；有效硬化层深HV550；芯部硬度35～40HRC，适应汽车差速器运转的特性，抗拉强度高达900～950MPa，屈服强度高达800～850MPa，在解除疲劳循环基础N＝5×10⁷时，惰齿轮弯曲疲劳极限σ_flim高达480～500MPa，通过磷皂化处理、清理、抛光、涂防锈油处理，惰齿轮表面光泽度高，美观实用。

附图说明

图1为本发明所提供的一种汽车双离合变速箱用档位齿轮粉末锻压工艺所得档位齿轮的结构示意图。

图2为图1的侧视图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据厂家的条件作进一步调整，未说明的实施条件通常为常规实验条件。

参见图1和图2，本发明所提供的一种汽车双离合变速箱用档位齿轮粉末锻压工艺所得档位齿轮的结构包括一圆环100，圆环100上表面向内凹陷形成一环形凹面101，该环形凹面101与圆环100形成阶梯状结构。

本发明提供一种汽车主减速器用从动齿轮粉末锻压工艺，包括如下 步骤：

1)混料

将NS322镍钼合金钢粉末、20CrMnTi合金钢粉末及高韧性耐磨合金钢粉末以5～8:6～9:2～3的质量比在混合机内混合20～30min；

2)压制

将步骤1)所得混料送入压制机压制成粗坯，压制力为2～3t/cm²；

3)烧结

将步骤2)所得粗坯送入烧结炉内，在保护气体氛围下进行烧结，烧结温度800～900℃，烧结时间1～2小时；

4)制坯

将步骤3)烧结后的粗坯放入热模锻压力机中进行锻造，锻造压力始锻温度1100～1200℃，终锻温度950～1050℃，得所述从动齿轮坯件，坯件高度与坯件直径之间比值为1.5～2.5；

5)正火

将所述坯件置于正火炉中，以1.5～2℃/min的速率升温至680～700℃，再以1.0～1.5℃/min的速率升温至960～1050℃，保温2～2.5小时出炉，空冷至室温，冷却速度10～15℃/min；

6)车削加工

采用数控车床对正火处理后的毛坯进行车削加工，进行切边、冲孔，同步完成坯件孔径、端面及外圆的加工，孔径、端面及外圆分别预留1～2mm的加工余量，整体表面粗造度为Ra5～6μm；

7)渗碳、淬火

将车削加工后的坯件置于加热炉内，在渗碳剂中以15～20℃/min的速率升温至900～950℃进行渗碳，渗碳时间2～4小时，将渗碳后的齿轮冷却至810～850℃，均温1～1.5小时，然后在80～100℃淬火油中淬火；

8)回火

将淬火后的坯件送入回火炉中进行回火处理，回火温度500～550℃，保温2～4h后，以10℃/min的速度冷却至室温；

9)磨削加工

对回火处理后的坯件的孔径、端面及外圆进行磨削加工，磨削去除外圆加工余量至表面粗造度为Ra0.6～0.8μm，磨削去除孔径加工余量至表面粗糙度为Ra0.6～0.8μm，磨削去除端面加工余量至表面粗糙度为Ra0.6～0.8μm；

10)磷皂化处理、清理、抛光、涂防锈油

将磨削加工处理后的坯件进行磷皂化处理，清理去除表面氧化皮，送入齿轮抛光机抛光，涂覆防锈油，干燥，得所述汽车发动机用从动齿轮。

进一步，步骤1)所述高韧性耐磨合金钢其化学成分质量百分比为：C：0.25～0.3％，Si：0.3～0.45％，Mn：0.80～1.15％，Cr：1.20～2.5％，P：0.015～0.018％，Al：0.05～0.07％，Ni：0.8～1.25％，Mo：0.3～0.35％，B：0.01～0.08％，W：0.08～0.15％，Nb：0.08～0.15％，余量为Fe和不可避免的杂质。

另，所述高韧性耐磨合金钢的生产方法包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按下述化学成分采用电炉进行冶炼、铸造：C：0.25～0.3％，Si：0.3～0.45％，Mn：0.80～1.15％，Cr：1.20～2.5％，P：0.015～0.018％，Al：0.05～0.07％，Ni：0.8～1.25％，Mo：0.3～0.35％，B：0.01～0.08％，W：0.08～0.15％，Nb：0.08～0.15％，余量为Fe和不可避免的杂质；按上述成分进行冶炼并浇铸成铸坯；

2)铸坯加热

将所得铸坯送至加热炉加热，铸坯在炉时间1.2～1.5min/mm，铸坯出炉温度1230～1265℃；

3)制、冷却

将所得铸坯保温后轧制，终轧温度1000～1050℃，轧后待温至830～860℃，然后水冷至室温、酸洗，得所述高韧性耐磨合金钢。

另有，步骤4)所述热模锻压力机中锻压力为800～1000MPa。

再，步骤4)所述热模锻压力机中锻造比为2～3。

再有，步骤4)所用热模锻压力机为1600T热模锻压力机或4000T热模锻压力机。

且，步骤4)中所述锻造采用闭式热模锻。

另，步骤7)所用渗碳剂为煤油。

再，步骤7)所述渗碳步骤中，渗碳分为起始阶段、强渗阶段和扩散阶段，起始阶段的碳势CP为0.8～0.9C％，强渗阶段的碳势CP为0.9～1.02C％；扩散阶段的碳势0.75～0.5C％，起始阶段的时间为0.5～0.8小时，强渗阶段的时间1.2～2.5小时，扩散阶段的时间为0.3～0.7小时。

另有，所述磷皂化处理时间为1～2小时。

其中，表1为本发明各个实施例所提供的一种汽车主减速器用从动齿轮粉末锻压工艺中所用高韧性耐磨合金钢的成分列表。表2为本发明各个实施例所提供的一种汽车主减速器用从动齿轮粉末锻压工艺所得从动齿轮的机械性能列表。

表1(单位：wt％)

表2

本发明所提供的一种汽车主减速器用从动齿轮粉末锻压工艺，所述锻造工艺结合汽车主减速器用从动齿轮结构专门设计，不需要剃齿等工序，工艺步骤设计合理，针对性强，采用粉末锻压工艺，采用闭合模锻，锻件没有飞边，无材料损耗，最终机械加工余量小，从粉末原材料到成品齿轮，总材料利用率高达95％以上，所得档位齿轮采用几种高性能合金钢粉末混合锻压而成，尤其添加特制的高韧性耐磨合金钢粉末，可明显提升从动齿轮性能，所得从动齿轮齿表面硬度为55～60HRC；有效硬化层深HV550；芯部硬度35～40HRC，适应汽车差速器运转的特性，抗拉强度高达900～950MPa，屈服强度高达800～850MPa，在解除疲劳循环基础N＝5×10⁷时，惰齿轮弯曲疲劳极限σ_flim高达480～500MPa，通过磷 皂化处理、清理、抛光、涂防锈油处理，惰齿轮表面光泽度高，美观实用。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。