[发明专利]用于获得锻造渗碳粉末金属部件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锻造的粉末金属部件，更具体地说，涉及一种有选择地非 渗碳的粉末金属部件及其制造方法。

背景技术

越来越需要可减少生产部件中的成本、时间和步骤的制造工艺。通常，与 改进制造工艺最终相关的益处必然首先与客户要求有关，从而将产品开发和改 进成具有优良的尺寸、机械和/或性能特性。例如，典型的差速机侧齿轮可能具 有下列性能要求中的任何或所有性能要求，诸如：要求尺寸精度、高剪切强 度和布氏阻力的键槽区域；要求尺寸精度、表面光洁度和表面渗碳兼容性的毂 面和推力面；要求尺寸精度、表面光洁度和最佳型面的齿轮几何形状；以及可 能要求抗冲击性、耐磨性、抗剥落性和不同的表面和芯部冶金性能的齿强度和 芯部强度。有利的是或换而言之，不同的非兼容性制造工艺，即铸造、钢的锻 造或粉末金属的锻造，对于相同的部件可获得不同的性能要求。

参见图1，为了满足这些性能要求中的一些性能要求，齿轮10通过对粉末 金属14进行锻造来形成，然后对该齿轮进行表面渗碳以实现接近恒定的有效 表面渗碳深度16。图1的局部剖视图中示出了对于每个齿轮齿12的恒定的有 效表面渗碳深度16。为了实现全密实部件的接近恒定渗碳而受到控制的参数是 通常已知的，这些参数是特定硬度、表面渗碳深度和含碳梯度。然而，接近恒 定的表面渗碳深度并不一定在锻造后的产品中实现所想要的机械或机加工性 质。有利的是，要在最终产品中实现这些性能要求的更好控制的平衡，不受制 造工艺影响，从而节省时间、加工或成本。

一种用来改进粉末金属部件的性能要求的、通称为“烧结渗碳”的制造工 艺披露于名称为“Method of Making Powdered Metal Parts”的美国专利3,992,763 中。该工艺指出了，在烧结之时或之后并在锻造之前进行渗碳，以改进最终锻 造产品的临界壁处的表面渗碳深度，从而无需用来实现表面渗碳硬度的后续热 处理工艺。名称为“Method of Making a Through-Hardened Scale-Free Forged Powdered Metal Article Without Heat Treatment After Forging”的美国专利 4,002,471披露了一种制造高Rc硬度的锻造粉末铁基金属物品的方式，其无需 在淬火之后进行进一步机加工、表面处理或热处理。

还有，名称为“Method of Making Selectively Carburized Forged Powder Metal Parts”的美国专利4,165,243披露了一种需要附加步骤的工艺，包括：在 烧结之前给部件加上掩模，以及在渗碳之后和锻造之前去除该掩模，从而在部 件上获得选定渗碳的表面。

然而，上述专利没有指出或暗示如下工艺：在锻造之前可去除渗碳表面以 在最终锻造产品中实现特定的材料要求，同时提供改进的尺寸精度、性能特征、 或在部件上改进地制造渗碳表面和非渗碳表面。而且，上述专利没有指出或暗 示通过去除工艺来提供策略性的和不复杂的控制。

因此，需要一种在锻造之前去除部件的渗碳表面的制造工艺，由此在最终 锻造部件中留下选定的渗碳表面和非渗碳表面。而且，需要一种工艺，该工艺 在锻造和淬火之前策略性地去除部件的渗碳部分，由此在部件的非渗碳部分上 能进行改进的锻造后操作，从而可在保持部件的有益锻造渗碳部分的同时实现 较紧的公差、改进的键槽等级或改进的剪切强度等性质。还需要一种具有改进 的尺寸精度或性能特征的部件。

发明内容

根据上述需要，提供一种齿轮和制造方法，用于在锻造之前去除一部分渗 碳表面，从而留下选定的渗碳表面具有改进的性能特征，而选定的非渗碳表面 用于改进的锻造后性质以便改进公差和等级。

具体地说，提供一种用于获得有选择地非渗碳粉末金属部件的方法。该方 法包括紧实、烧结、去除、锻造和冷却。对金属粉末进行紧实以形成预制坯， 该预制坯具有至少一个第一表面部分和至少一个第二表面部分，在第一表面部 分中，锻造部件需要具有表面渗碳硬度深度，而在第二表面部分中，需要在锻 造之前去除渗碳部分。然后对预制坯进行烧结和渗碳。在渗碳之后，去除预制 坯的至少一个第二表面部分，随后进行锻造和冷却。锻造部件具有至少一个有 改进的剪切强度性质的第二表面和至少一个有表面硬度性质的第一表面。