铁基粉末冶金齿轮断裂失效分析及其工艺改进研究

doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2020.02.005

山东科学 ›› 2020, Vol. 33 ›› Issue (2): 27-32.doi: 10.3976/j.issn.1002-4026.2020.02.005

铁基粉末冶金齿轮断裂失效分析及其工艺改进研究

陈燕飞^1,2，宋晓村^2*，赖华生¹，文小强¹，周吉学²

1.赣州有色冶金研究所，江西赣州 341412；2.齐鲁工业大学（山东省科学院）山东省科学院新材料研究所，山东济南 250014

收稿日期:2019-10-24 出版日期:2020-04-20 发布日期:2020-03-30
通信作者: 宋晓村，女，助理研究员。 E-mail:sunshinesxc@126.com
作者简介:陈燕飞（1990—），男，工程师，研究方向为材料制备技术。
基金资助:
国家重点研发计划（2017YFB0103904）；山东省重点研发计划（2017CXGC0404）；山东省自然科学基金（ZR2018PEM001）

Fracture failure analysis and process improvement of iron-based powder metallurgy gears

CHEN Yan-fei^1,2，SONG Xiao-cun^2*，LAI Hua-sheng¹，WEN Xiao-qiang¹，ZHOU Ji-xue²

1. Ganzhou Nonferrous Metallurgy Research Institute, Ganzhou 341400, China; 2. Advanced Materials Institute, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Jinan 250014, China

Received:2019-10-24 Online:2020-04-20 Published:2020-03-30

摘要/Abstract

摘要： 针对某型粉末冶金齿轮在运行期间出现的断齿现象，通过扫描电镜、能谱仪分析断口形貌、成分，发现断口位置存在大量球状铁碳化合物，表明原工艺由于烧结温度、时间不足，造成了粉末之间结合力弱的缺陷。在此基础上，以Fe1.8Ni-0.5Mo-1.2Cu-0.2C预合金粉为研究对象，改进烧结工艺，采用压制、烧结、淬火与低温回火的新工艺，制备出的齿轮珠光体数量级别为珠60，热处理后齿轮组织由回火马氏体和铁素体组成，冲击韧性由9.8 J/cm²提升至15.2 J/cm²。结果表明，改进工艺能够显著提升粉末间的扩散、熔焊和再结晶效果，提高组织致密性和冲击韧性并使组织具有一定塑性。

关键词: 铁基, 粉末冶金, 断裂失效, 齿轮, 断口

Abstract: The teeth of a powder metallurgy gear were fractured during operation. A large number of globular iron-carbon compounds were found at the fracture site using SEM and EDS analysis, which indicates a weak bonding between powders resulting from an insufficient sintering temperature and duration of the original process. An improved sintering process and a new process of pressing, sintering, quenching, and low-temperature tempering were applied to Fe-1.8Ni-0.5Mo-1.2Cu-0.2C prealloyed powder. The pearlite quantity in the prepared gear is 60, and the new prepared gear comprises tempered martensite and ferrite subsequent to heat treatment. The impact toughness improved from 9.8 J/cm² to 15.2 J/cm².

Key words: iron based, powder metallurgy, fracture failure, gear, fracture

中图分类号:

TF124

陈燕飞, 宋晓村, 赖华生, 文小强, 周吉学. 铁基粉末冶金齿轮断裂失效分析及其工艺改进研究[J]. 山东科学, 2020, 33(2): 27-32.

CHEN Yan-fei, SONG Xiao-cun, LAI Hua-sheng, WEN Xiao-qiang, ZHOU Ji-xue. Fracture failure analysis and process improvement of iron-based powder metallurgy gears[J]. Shandong Science, 2020, 33(2): 27-32.

参考文献 18

1	刘仕堃, 孙长义, 郭最润, 等. 汽车变速器粉末冶金齿轮研究与分析[J]. 铸造技术, 2019, 40(3): 286-290. doi: 10.16410/j.issn1000-8365.2019.03.012
2	HANEJKO F,申小平, 韩凤麟. 粉末冶金齿轮材料进展[J]. 粉末冶金工业, 2010, 20(3): 40-46. doi: 10.3969/j.issn.1006-6543.2010.03.009
3	FRECH T, SCHOLZEN P, LOEPENHAUS C, et al. Powder metal gears for highly loaded powertrains: how powder metallurgy supports current trends in transmission technology[J]. SAE International Journal of Materials and Manufacturing, 2018, 11(4): 431-440. doi: 10.4271/2018-01-0989
4	HAJECK M, FRECH T, BEISS P, et al. Tooth-root loadbearing capacity of surface-densified Fe-0.85 wt. Mo powder metallurgical gears[J]. International Journal of Powder Metallurgy, 2018, 54(1)：33-45.
5	RAMAKRISHNAN P. Automotive applications of powder metallurgy[M]//Advances in Powder Metallurgy. Amsterdam, Netherlands: Elsevier, 2013: 493-519. doi: 10.1533/9780857098900.4.493
6	余锡泉,罗建勤,姚杰.高强度粉末冶金锥齿轮加工方法探讨[J].世界有色金属,2018(8):13-14.
7	谷文金,孙立臣.凸轮轴正时齿轮成形工艺分析与压制模具设计[J].模具制造,2018,18(2):61-63. doi: 10.3969/j.issn.1671-3508.2018.02.017
8	丁霞, 陈迪, 彭景光, 等. 用于电子驻车制动系统的粉末冶金斜齿轮[C]//第十一届中国钢铁年会论文集. 北京:中国金属学会, 2017: 33-36.
9	韩凤麟. 高负载粉末冶金齿轮选择性表面致密化[J]. 粉末冶金工业, 2013, 23(4): 6-17. doi: 10.3969/j.issn.1006-6543.2013.04.002
10	DANNINGER H, GIERL C. Powder metallurgy steels for highly loaded precision parts[J]. International Journal of Materials and Product Technology, 2007, 28(3/4): 338. doi: 10.1504/ijmpt.2007.013084
11	马生荣. 铁基粉末冶金齿轮件的感应热处理[J]. 粉末冶金工业, 2014, 24(6): 58-62. doi: 10.13228/j.b0yuan.issn1006-6543.20140043
12	韩凤麟. 表面致密化粉末冶金齿轮的性能[J]. 粉末冶金技术, 2012, 30(3): 229-233. doi: 10.3969/j.issn.1001-3784.2012.03.013
13	粉末冶金制品标准化技术委员会. 铁基粉末冶金烧结制品金相标准：JB/T 2798—1999[S].北京:机械科学研究院,2000.
14	中国机械工业联合会.烧结金属材料（不包括硬质合金）冲击试验方法：GB/T 9096—2002[S].北京:机械工业出版社,2002.
15	KIANIAN B. Comparing acquisition and operation life cycle costs of powder metallurgy and conventional wrought steel gear manufacturing techniques[J]. Procedia CIRP, 2019, 81: 1101-1106. doi: 10.1016/j.procir.2019.03.260
16	李凯, 王化明, 沈玮, 等. 粉末冶金齿轮的视觉缺陷检测方法研究[J]. 机械制造与自动化, 2019, 48(2): 173-176. doi: 10.19344/j.cnki.issn1671-5276.2019.02.044
17	汪利群. 粉末冶金齿轮提升消防车取力器传动效率研究[J]. 工业仪表与自动化装置, 2018(1): 52-54, 65. doi: 10.3969/j.issn.1000-0682.2018.01.012
18	丁霞, 陈迪, 彭景光, 等. 电子驻车制动系统粉末冶金斜齿轮的开发[J]. 粉末冶金技术, 2017, 35(4): 279-283. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2017.04.007

[1]	刘珑, 江婷, 侯南, 张宗阳, 丁宁. 基于3D技术的金属结构件断口形貌重建方法[J]. 山东科学, 2019, 32(3): 42-47.
[2]	颜新宇，王守仁，王勇. 碳化钨基硬质合金的制备与力学性能研究[J]. 山东科学, 2018, 31(3): 28-33.
[3]	鲁成杰, 杨俊贤, 惠力, 朱洪海, 杨英. 高精度开度传感器的设计与应用[J]. J4, 2010, 23(6): 108-110.

铁基粉末冶金齿轮断裂失效分析及其工艺改进研究

Fracture failure analysis and process improvement of iron-based powder metallurgy gears

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