美国政府资助 TRW的一个研究项目阶段性报告的一部分。

最近，对粉末冶金工艺日益增长的兴趣集中于将粉末冶金预成形坯锻造成具有最终形状

和接近最终形状的高性能齿轮。工艺实质上是通用的，同时可应用于锻轧材料的锻件。制造

工艺是从将粉末冶金锻造作为一种费用可行的齿轮生产方法的观点来进行讨论的。

粉末冶金工艺的实施分为两个阶段：第一阶段是对带小毂的直径为95.25mm的28齿的

正齿轮进行锻造和对齿轮进行评价，第二阶段是锻造军用轻型装甲车辆的辅助装

置的齿轮和最终驱动输入小齿轮。

为了不用费用昂贵的逐次逼近法来设计适用的预成形坯和预成形模具，研制出了用于AISI 4600系

列粉末的计算机辅助设计程序。建立了可互换成套镶件与模冲的模具组件，从而可用同样的模架与脱

模系统来锻造直径小于150mm左右的一系列尺寸不同的齿轮。

齿轮检测适于在NASA-Lewis 齿轮试验设备上进行。AISI 4600钢粉和石墨的混合物制成的预成形

坯是在1334kN(150t)的压力下压制的。用硬脂酸锌作为润滑剂。

为得到所要求的最终齿轮尺寸，控制某些锻造

变量十分重要，其中包括预成形坯的预热温度、阴模温度、由烧结炉传送到模具的时间、润

滑和变形负荷。将烧结的预成形坯从1200℃(2200°F)下的分解氨气氛炉中于4s内传送到

锻模。零件在6225kN(700t)的曲柄压力机上用一次锻打进行锻造。将模具的预热温度保

持在180℃与220℃(335°F和385°F)之间。将水性石墨悬浮液－eltaforge 31 润滑剂喷

涂在上模冲、下模冲及预成形坯上。烧结30min(最少），作为锻造前的预热。

为了进行评价，生产了60个粉末冶金齿轮。将其中20个尺寸加大的4620锻件进行了

渗碳。然后磨削至最终齿的尺寸；另20个是具有最终形状的渗碳的4620锻件；还有20个

是具有最终形状的淬透的4640锻件。在生产中，用冷却模具来控制模具的工作温度。然而，

由于在这种生产应用中锻造的齿轮数量有限，所以，在模具内镶了4个筒式加热器，并用煤

气燃烧器增强加热。

NASA-Lewis 研究中心报道过，磨削的齿部渗碳的4620齿轮的B-10使用寿命为13X

105周次，具有最终形状的齿部渗碳的4620齿轮为5x106周次。写本文时，NASA 关于

4640锻件还没有得出结果。所有试验都是在1000r/min和1710MPa(248ksi)最大节距线

赫兹应力下进行的。

这些试验结果表明，可设计在中等至繁重负荷条件下工作的高度可靠的粉末冶金齿轮。

用粉末冶金锻造工艺生产的零件与成分相同的锻轧材料制造者性能相同。然而，具有最终形

状的锻件，其尺寸很小的变化都会引起某些偏差。对于轻或中等负荷的汽车级齿轮，具有最

终形状的锻造粉末冶金齿轮，在费用最低的条件下，其性能是令人满意的。对于高负荷的或

航空级齿轮，可能需要磨加工。

为了有助于实行粉末冶金工艺，将实际生产的齿轮进行了锻造，作为计划的第二阶段的

零件。选择了M-1 Abrams 坦克 AGT 1500发动机的6号辅助装置的齿轮和M-2/M-3战车的最终驱动输入

小齿轮作为原型。将这些齿轮设计成可与现有齿轮进行互换，同时它们的性能与现有的齿轮相同或更好。

发动机6号辅助装置的齿轮。是一个直径为114.2mm、61个齿、厚为25mm的正齿轮，它们原

来是由 AMS 6414(AISI 4340)钢制造的，同时热处理至淬透硬度为34~37HRC.由 AISI 4640钢制造的

和热处理至淬透硬度为34~37HRC的粉末冶金辅助装置齿轮，都是用与NASA试验齿轮相同的工艺烧结和锻造至最终形状的。

最终驱动输入小齿轮是一个直径为154mm、19个齿的正齿轮。它们的直径尺寸接近

所用模腔的最大值。齿轮厚114mm,包括一个整体轴和一个1.4~1.8mm的内花键。现在

对AISI 4320H、AISI 4815至AISI 4820H和AISI 9310H的材料要求是，表面渗碳淬硬层

的硬度为58~62HRC,渗碳层深度为1.397~1.778mm.在齿的中心线上的芯部硬度为

28~42HRC.

由AISI 4620制造的粉末冶金最终驱动输入小齿轮，它们都是用与其他齿轮相同的工艺

烧结和锻造的。将这些齿轮锻造至接近最终形状，并进行渗碳淬火，使表面硬度达到58~

62HRC.不是将花键锻至最终形状，而是锻成一个光滑的尺寸较小的孔，只有花键需要切削加工。

用锻造烧结的粉末冶金预成形坯制造的齿轮之类的零件，其性能可与锻轧材料相同。

末冶金齿轮与一般制造的齿轮之间的费用差别取决于零件的形状、尺寸公差、材料和使用要

求。若可将零件锻造成最终形状，则可省掉昂贵的切削加工费用。