粉末冶金是以金屬粉末或金屬化合物粉末為原料，經(jīng)混合、成形和燒結(jié)，獲得所需形狀和性能的材料或制品的工藝方法。常用的金屬粉末有鐵、銅、鉑、鋁、鎳、鎢、鉻和鈦等粉末，合金粉末有鎳青銅、鋁合金、鈦合金、高溫合金、低合金鋼和不銹鋼等。粉末冶金法能生產(chǎn)用傳統(tǒng)的熔煉或加工方法所不能或難以制得的制品。粉末冶金技術(shù)制造具有優(yōu)良疲勞性能和尺寸精度的齒輪以滿足電機(jī)制造行業(yè)的嚴(yán)格要求的潛力，粉末冶金部件由于其成本效益、重量和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在汽車傳動(dòng)和變速器中廣泛應(yīng)用。盡管過去在其他汽車傳動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域取得了成功，粉末冶金技術(shù)尚未滲透到汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪市場，齒輪的傳統(tǒng)加工似乎是一個(gè)復(fù)雜而昂貴的過程。

什么是粉末冶金？

粉末冶金是一種成型金屬零件的工藝。這個(gè)過程有三個(gè)步驟：

混合金屬粉末將粉末壓制成所需形狀在受控條件下加熱壓實(shí)形狀最終的結(jié)果是一個(gè)金屬零件，幾乎與所需的形狀相同，需要很少或沒有機(jī)器精加工，這取決于所需的精度水平。

粉末零件的優(yōu)缺點(diǎn)

粉末金屬齒輪比傳統(tǒng)齒輪材料更受歡迎的主要原因是成本，在大量生產(chǎn)中，用粉末金屬制造齒輪比用鐵或鋼制造齒輪便宜。在制造過程中使用的能源較少，而且材料浪費(fèi)也很少。考慮到許多粉末金屬零件不需要太多（如果有的話）機(jī)械精加工，制造成本通常也較低。

使粉末金屬具有吸引力的其他特征與其材料結(jié)構(gòu)有關(guān)，粉末金屬齒輪的多孔成分，它們重量輕，通常運(yùn)行安靜。此外，粉末材料可以獨(dú)特的混合，產(chǎn)生獨(dú)特的特性，對于齒輪，這包括用油浸漬多孔材料的機(jī)會(huì)，從而產(chǎn)生自潤滑齒輪。

粉末金屬齒輪也有一些缺點(diǎn)，其中最重要的一點(diǎn)是，粉末金屬的強(qiáng)度不如其他材料，而且磨損速度也比其他材料快。當(dāng)使用粉末金屬材料來保持齒輪的可制造性和有效性時(shí)，也存在尺寸限制。以低到中等規(guī)模的生產(chǎn)量生產(chǎn)粉末金屬齒輪通常也不具有成本效益。

粉末冶金技術(shù)的挑戰(zhàn)

如今的現(xiàn)實(shí)是，齒輪的設(shè)計(jì)和制造仍然是OEM的核心競爭力，粉末冶金行業(yè)一直無法說服汽車傳動(dòng)系統(tǒng)OEM，生產(chǎn)出與加工齒輪的性能和尺寸精度相匹配的零件。由于許多傳動(dòng)齒輪具有螺旋角大于30度的螺旋齒形，與現(xiàn)有的鍛鋼毛坯滾切相比，以具有成本競爭力的方式制造這些部件對粉末冶金行業(yè)來說是一個(gè)挑戰(zhàn)。通常，高螺旋角對壓實(shí)造成了挑戰(zhàn)，因?yàn)閹缀谓Y(jié)構(gòu)導(dǎo)致了與傳統(tǒng)加工不同的荷載，從而限制了高密度下實(shí)現(xiàn)扭矩要求，并增加了過早損壞的風(fēng)險(xiǎn)。粉末冶金零件生產(chǎn)商、工裝制造商和壓力機(jī)制造商的共同努力，使螺旋壓實(shí)技術(shù)取得了重大進(jìn)展。這項(xiàng)技術(shù)雖然在本質(zhì)上很昂貴，而且僅限于少數(shù)公司，但可用于粉末冶金行業(yè)。如今，使用傳統(tǒng)的低合金鋼粉末，可以在接近7.2g/cm3的最大密度下壓縮33°螺旋角的斜齒輪。

對于粉末冶金來說，尋求能夠在高扭矩承載應(yīng)用中取代傳統(tǒng)鋼的高強(qiáng)度粉末冶金部件是一個(gè)永恒的挑戰(zhàn)。除了壓制的復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)高密度的困難外，粉末冶金齒輪毛坯還需要深層的表面致密化，以使沿齒根圓角和主動(dòng)齒表面的強(qiáng)度最大化。

表面致密化顯示出粉末冶金零件性能的顯著改善，為粉末冶金工業(yè)開辟了新的可能性。粉末冶金工業(yè)已經(jīng)開發(fā)出各種方法來對零件的臨界表面進(jìn)行局部致密化工藝。所有已知的致密化方法都有一個(gè)共同點(diǎn)，即在需要致密化的區(qū)域內(nèi)，將多余材料給成型零件塑性變形提供條件。

結(jié)論

采用粉末冶金工藝制造的齒輪與傳統(tǒng)的加工工藝相比，在形狀復(fù)雜度和生產(chǎn)率方面具有固有的優(yōu)勢，這一優(yōu)勢最終轉(zhuǎn)化成類似應(yīng)用的粉末冶金齒輪的成本競爭力，表面致密的粉末冶金齒輪比拉刀或滾刀實(shí)心鋼齒輪具有更好的表面光潔度。改進(jìn)后的表面光潔度對于不需要熱處理及磨削具有經(jīng)濟(jì)吸引力，這對粉末冶金應(yīng)用來說是一個(gè)明顯的優(yōu)勢。