齒輪作為重要的傳動零件, 在汽車上起著關鍵的作用。齒輪的密度、硬度等與材料的性能及制備工藝息息相關,。先進的壓形技術提高了粉末壓坯的密度, 改進了粉末冶金制品的性能; 同時, 零件的尺寸精度可以獲得提高, 形狀也可以更加復雜。下面首先討論粉末冶金新工藝及其對齒輪的影響,。
              
    1. 1 　溫壓成形
    
    溫壓技術是在20世紀90年代開發(fā)并獲得工業(yè)應用的制造高強度鐵基粉末冶金零部件的新型剛性模成形技術,。該技術既保持了傳統模壓工藝的高生產率和尺寸精度高等基本特點,又以較低的成本提高了零部件的密度(7.20～7.35g/cm3)。由于零部件密度提高, 其綜合力學 性能大幅度改善, 應用范圍迅速擴大, 為充分發(fā)揮粉末冶金的技術優(yōu)勢創(chuàng)造了條件,。
    
    溫壓技術的致密化主要通過在溫壓溫度下鐵粉顆粒的加工硬化速率降低和程度減輕, 以及鐵粉顆粒塑性變形阻力減小來實現的,。此外,在成形過程中的顆粒重新排列, 也可以使密度提高 。目前已經制備出抗拉強度達1500 MPa 的燒結鐵基零件,。Ford 汽車公司已將質量達1.2kg的溫壓流體變速渦輪轂用在發(fā)動機上,。溫壓工藝的關鍵在于以較低的成本制造出高性能的鐵基粉末冶金零件,為汽車的零部件在性能與成本之間找到一個較佳的結合點。溫壓的優(yōu)勢在于: 壓坯密度和燒結密度高, 壓坯強度高, 脫模壓力低, 彈性后效小,。

    1. 2 　高速壓制
                
    瑞典開發(fā)了高速壓制的工藝,。這種工藝的開發(fā)使高密度和超過5kg的大型粉末冶金零件的開發(fā)成為可能, 它使粉末能在20ms以內被壓縮,而且在300ms內多次壓制還可以進一步提高密度。高速壓制作為大批量的生產方法可以突破目前粉末冶金的局限性,。傳統壓制成形要求高的成形壓力,而成形壓力又受到壓機噸位的限制, 高速壓制則不受此限制,。基于預合金化和擴散合金化的粉末密度可以達到7.4～7.7g/cm3,這種新型的制造技術最近引入到了粉末冶金行業(yè),。高速壓制的致密化主要通過由液壓控制的沖錘產生的強烈沖擊波來實現,沖錘的質量和壓制時的速度決定了沖擊功的大小和致密化程度,。由于采用液壓控制,安全性能較高。通過合適的工藝控制,可以避免非軸向的反彈引起壓坯的微觀缺陷,。對于高速壓制, 進行多次壓制是可能的,
而傳統壓機在第一次壓制后的重復壓制密度不會顯著增加,。因為4kJ的沖擊功與2次2kJ的沖擊功, 其壓制密度是相同的。因此, 可以采用中等壓機經多次壓制達到高密度,。多次沖擊壓制也可以快速完成,因為每次沖擊的間隔時間小于300ms,。這種壓機可以用計算機精確控制沖錘的行程和沖擊功,由其壓制的零件生產工藝與傳統的成形工藝大體一致,。
    
    傳統粉末壓坯的密度呈中間低、兩端高的分布, 這樣易造成燒結后中部收縮過大而影響零件的尺寸精度,。而高速壓制的零件,密度分布則較為均勻,。燒結后中部與端部尺寸相差將會較小, 這樣將改善零件尺寸的一致性。高速成形如果再與其他工藝相結合,則材料的性能將會大幅提高,。含碳0.4%的ASTALOY CrM 預合金化粉末經高速壓制后的壓坯密度達7.5g/cm3 ,經1250℃高溫燒結后抗拉強度達到1220 MPa , 經1120 ℃燒結硬化處理后抗拉強度為1380 MPa,。由此可見高速壓制的零件,其性能達到了一個較高的水平。高速壓制作為介于傳統粉末成形和粉末鍛造之間的工藝, 其優(yōu)勢是明顯的,。由于具有良好的性價比,應用范圍比較廣泛,。具體而言, 其優(yōu)勢有: 較高的且分布均勻的密度, 高生產率, 可以生產幾公斤的大零件, 較小的彈性后效和較高的精度,可以生產長徑比較大的零件(長徑比可達6. 0) 。
                
    高速壓制技術目前尚在不斷開發(fā)之中, 在開發(fā)的初期僅僅能成形沒有臺階的直桶類簡單零件,而現在已經開發(fā)出了能成形一個臺階的較復雜零件,。但是對于其他形狀更復雜的零件目前尚不能生產, 這也是高速壓制技術受到局限的重要原因,。
                
    1. 3 　燒結硬化
                
    燒結硬化是將粉末冶金的燒結與提高材料性能的淬火熱處理工序合二為一, 以降低成本。燒結硬化工藝可以省去燒結后熱處理工序, 同時可以獲得高強度和高硬度的性能, 從而降低生產成本,。此外, 淬火時會產生高的殘余內應力并且使零件發(fā)生變形, 給控制零件尺寸公差帶來困難,。燒結硬化工藝, 由于燒結后的冷卻速度遠低于淬火的冷卻速度,因而可以使變形減少到最小。因此燒結硬化工藝適用于難以處理的大型以及形狀復雜的零件,。
    
    燒結硬化鋼一般用來制造中高密度零件,。一般情況下,燒結硬化鐵粉的主要合金元素有鉬、錳,、鉻,、銅和鎳等。含有這些合金元素的材料具有足夠高的淬透性,在燒結冷卻期間能夠淬硬,。燒結硬化后合金金相組織多為馬氏體, 此外還有少量的細珠光體,、貝氏體和殘余奧氏體; 根據燒結溫度和時間的不同,可能還有少量的富鎳區(qū)。根據燒結的實際條件和零件的具體要求, 適當調配化學成分, 在冷卻后可以得到要求的硬度和性能,。據文獻報道,目前已經有大量的燒結硬化齒輪開始應用于汽車等傳動機構上,。與傳統的工藝相比, 它降低了生產成本,但是沒有降低任何使用性能。這些齒輪的尺寸精度高, 噪音低, 強度高,耐磨性和耐腐蝕好,。寧波東睦(NB TM) 公司的齒輪,通過燒結硬化, 密度大于7.0 g/cm3 , 經過回火處理后硬度大于HRC40 ,。與傳統方法相比成本降低10 %,且減小了淬火變形的危險。

    1. 4 　高溫燒結
                
    高溫燒結是提高強度的一項重要措施,。通過高溫燒結, 可以使一部分氧化物還原,、提高原子的擴散速率和增加成分均勻性,可以使孔隙充分球化和孔隙間距更大, 適合于新型粉末冶金材料例如高速鋼、不銹鋼和高溫合金等,。這樣, 可提高零件的密度,、機械性能、軸向/
旋轉彎曲疲勞強度,、耐蝕性和物理性能,。但是, 也存在一些弊端, 例如設備損耗加大,、能耗增加、爐子維護成本增加,、生產率降低、零件變形加大,、零件的同軸度降低,、低冷卻速率以及其他工藝問題。因此,粉末冶金零件高溫燒結, 將會增加一些額外的成本,。
              　
    對于鐵基材料而言, 高溫燒結適用于以下幾種情況: 材料需要高溫燒結, 如新型含硅的鐵基材料,、高性能不銹鋼;高溫燒結是最有效或唯一能達到要求的方法; 高溫燒結能減少工序或其他設備,如將二次壓制改為一次壓制; 預合金或預混粉燒結,此時由于一些氧化物被還原, 其合金化程度增加、硬化性能改善,、機械性能提高,。燒結齒輪性能不穩(wěn)定的一個重要原因是混合粉的偏析。通過高溫燒結,可以顯著減小或消除偏析的影響,。高溫燒結對于一些材料是必需的, 另一方面, 在較低溫度燒結時,現有的材料沒有完全發(fā)揮潛能,。要完全開發(fā)這些材料的潛能, 即要求它們具有高的表觀硬度、超常的耐沖擊性和抗拉強度,也必須使用高溫燒結,。具有這些性能的粉末冶金零件, 其競爭力將會很強; 盡管根據國外的分析, 高溫燒結將增加成本約10 %～15 %,。
                
    1. 5 　熔滲
              
    熔滲是在燒結過程中將其他材料(對于鐵基燒結件而言主要是銅) 熔化并在毛細管和重力的作用下滲入燒結坯內,以提高零件的密度和性能。一般情況下, 原材料費用較高, 熔滲時銅向骨架基體中擴散和生成大量液相, 尺寸變化較大,。寧波東睦公司的滲銅齒輪,其質量達到2 700 g ,、高度超過70 mm ; 燒結熔滲處理后, 齒輪的硬度為HRB85 , 總體密度為7. 3 g/ cm3 。