粉末冶金齒輪是傳動(dòng)零件中的重要組成部分，是傳遞動(dòng)力的核心部件。所以粉末冶金齒輪必須具有高硬度、高強(qiáng)度、高密度等特點(diǎn)。如何用熱處理的方式提高粉末冶金齒輪的硬度和強(qiáng)度是粉末冶金齒輪生產(chǎn)加工中的必要環(huán)節(jié)。

粉末冶金齒輪和其他金屬材料一樣可以通過(guò)熱處理的方法改善其力學(xué)性能。應(yīng)用在粉末冶金齒輪中的熱處理方法有退火、正火、淬火、回火、以及滲碳、滲氮和碳氮共滲等。這些方法無(wú)疑可以大大的提高粉末齒輪的力學(xué)性能，但是由于粉末冶金齒輪的獨(dú)特性，在選擇熱處理的方法和工藝條件時(shí)，不能完全參照致密材料，必須要進(jìn)行合理的調(diào)整以適合粉末冶金齒輪的處理，否則會(huì)得不到熱處理的效果，甚至造成毀壞性的結(jié)果。采用熱處理改善粉末冶金齒輪性能的材料主要是鐵系合金（燒結(jié)鋼）。

粉末冶金齒輪燒結(jié)鋼在熱處理中要注意這幾點(diǎn)情況：

1.燒結(jié)鋼的空隙具有隔熱的作用，因此與致密鋼相比，燒結(jié)鋼導(dǎo)熱率低，熱量難于散失，導(dǎo)致淬透性差。

2.組織均勻性對(duì)奧氏體化的影響，燒結(jié)鋼組織均勻性因受到碳的分布不均勻等因素影響而變差。致使其奧氏體均勻化的溫度和時(shí)間要比致密鋼高得多，在相同的條件下，達(dá)到完全均勻化的時(shí)間要高出50％。如果燒結(jié)鋼中添加有合金元素則均勻化溫度更高，時(shí)間更長(zhǎng)。

3.空隙對(duì)碳含量的影響，由于燒結(jié)鋼中孔隙的存在，如采用與致密鋼相同的方法進(jìn)行處理，在處理過(guò)程中容易發(fā)生氧化和脫碳。所以對(duì)于含有6%孔隙的燒結(jié)鋼熱處理要在保護(hù)氣氛下或埋入固體填料（如分解氨、天然氣轉(zhuǎn)化氣體、木炭、鑄鐵屑等）中進(jìn)行。此外由于孔隙的存在以及密度不均勻，容易造成淬火裂紋和變形。

粉末冶金齒輪幾種常用的熱處理方法：

1.退火和正火，退火和正火是燒結(jié)鋼生產(chǎn)上應(yīng)用的預(yù)備熱處理工藝。退火和正火的目的是消除內(nèi)應(yīng)力，調(diào)節(jié)材料的組織結(jié)構(gòu)，從而調(diào)節(jié)鋼的力學(xué)性能和工藝性能，為下道工序做好組織和性能的準(zhǔn)備，如在復(fù)壓、整形、切削等加工前要經(jīng)過(guò)退火處理。對(duì)于使用要求不高的機(jī)械零件，退火和正火產(chǎn)品也可作為成品使用。

2.淬火，將燒結(jié)鋼加熱到臨界點(diǎn)以上的溫度，保溫以后以大于臨界的冷卻速度，快冷到馬氏體組織的熱處理工藝稱(chēng)為淬火。淬火是燒結(jié)鋼用的最多的熱處理方法，通過(guò)淬火得到的馬氏體組織以提高燒結(jié)鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性能。燒結(jié)鋼的淬火原理和工藝基本上與致密鋼相似。所不同的是燒結(jié)鋼淬火過(guò)程需要在中性或滲碳性氣氛中進(jìn)行，以防止孔隙表面氧化。由于燒結(jié)鋼的孔隙特征，通常是采用油淬，其淬火工藝包括加熱奧氏體化、淬火和回火。

3.回火，淬火之后必須回火。回火就是將淬火鋼加熱到780℃以上的溫度，保溫以后以適當(dāng)方式冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鸬哪康挠袃蓚€(gè)，一個(gè)是消除內(nèi)應(yīng)力，降低材料的脆性?；鼗鹩址譃椋蜏鼗鼗?、中溫回火和高溫回火。

粉末冶金齒輪的幾種表面硬化處理：

1.粉末冶金齒輪表面滲碳可以進(jìn)一步提高其表面的硬度。滲碳是用含碳的氣體、液體或固體作為滲碳劑，在高溫下使碳原子擴(kuò)散至零件的表面與鐵反應(yīng)，形成更多的滲碳體Fe3C。滲碳量越高，則形成滲碳體的量越多，滲碳層的深度和表面硬度也越高。滲碳所關(guān)心的問(wèn)題是滲碳層的深度和硬度。滲碳層的深度一般在0.5-2.5mm。粉末冶金齒輪零件滲碳主要存在的問(wèn)題是表面滲碳層的硬度。由于鐵基粉末零件存在孔隙的原因，碳原子有可能通過(guò)孔隙向零件的內(nèi)部擴(kuò)散，無(wú)法形成清晰的滲碳層，并且碳過(guò)多地向內(nèi)部擴(kuò)散會(huì)增加零件的脆性，無(wú)法發(fā)揮表面硬度高、內(nèi)部強(qiáng)、韌性高的特性。所以孔隙高的零件不適合滲碳。

滲碳一般在高于740℃的溫度下進(jìn)行。孔隙度小于10％的鐵基零件，其最佳滲碳溫度為920-940℃。滲碳溫度越低，零件的撓曲變形就越小。所以在精度要求高的情況下，應(yīng)采用860℃的低溫滲碳。滲碳處理后一般都要進(jìn)行淬火，以在表面得到更高硬度的馬氏體組織。滲碳淬火的淬火有兩種方式。一是直接淬火，即在冷卻到750-850℃直接進(jìn)行油淬，這種方法得到的組織較粗大，因?yàn)闈B碳中奧氏體晶粒已粗化，力學(xué)性能降低；另一種方法是先將滲碳齒輪冷卻，然后采用燒結(jié)鋼的淬火工藝，進(jìn)行淬火。這種方法可克服直接淬火的確定，得到更優(yōu)異性能的粉末冶金齒輪。

2.齒輪表面滲氮，滲氮即含氮?dú)怏w與燒結(jié)鋼接觸，氮原子擴(kuò)散至燒結(jié)鋼的表面，與鋼中的合金元素鉻、鋁、鉬、鎳、鎢反應(yīng)并形成氮化物的過(guò)程。經(jīng)過(guò)滲氮使零件表面硬度進(jìn)一步得到提高。滲氮可單獨(dú)進(jìn)行，也可碳氮共滲。滲氮的方法是將齒輪升到495-565℃的溫度，通入氨氣，由氨氣中分解出的具有很高活性的氮原子對(duì)零件表面進(jìn)行淡化。對(duì)于粉末冶金齒輪滲氮最大的難點(diǎn)也是孔隙?？紫哆^(guò)多無(wú)法形成滲氮層，在齒輪的內(nèi)部生成氮化物會(huì)使零件變脆。

3.碳氮共滲，即在粉末冶金齒輪表面同時(shí)深入碳和氮，進(jìn)一步提高零件表面的硬度和耐磨性。碳氮共滲的方法是在滲碳過(guò)程中加入氨，這樣再深入碳時(shí)也滲入氮。碳氮共滲的溫度要低于單獨(dú)滲碳的溫度（低55℃左右），時(shí)間也較短些。碳氮共滲的零件密度應(yīng)保持在6.85g/cm3，對(duì)于滲銅和高密度（7.2g/cm3）則非常有效。

4. 高頻淬火，粉末冶金齒輪高頻淬火是工件表面淬火的一種方法，即將工件置于線圈中，通入高頻電流，在高頻電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)作用下，工件的表面將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及渦旋電流。由于集膚效應(yīng)，感應(yīng)渦流主要集中在工件表面，使表面產(chǎn)生高溫。高頻淬火即是利用這種加熱原理，將工件表面快速加熱到高溫，然后淬火，以獲得表面淬火 組織。需要耐磨的粉末冶金齒輪 相當(dāng)一部分采用高頻淬火的熱處理方式。粉末冶金齒輪采用高頻淬火的熱處理方式時(shí)必須要注意齒輪的自身密度，密度要達(dá)到6.85g/cm3，這樣才會(huì)達(dá)到齒輪自身的強(qiáng)度，在局部加熱與未加熱之間產(chǎn)生應(yīng)力，不至于零件開(kāi)裂。