粉末冶金齒輪是傳動零件中的重要組成部分，是傳遞動力的核心部件。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。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特性，在選擇熱處理的方法和工藝條件時，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，時間更長。

3.空隙對碳含量的影響，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，在處理過程中容易發(fā)生氧化和脫碳。所以對于含有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)過退火處理。對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為淬火。淬火是燒結(jié)鋼用的最多的熱處理方法，通過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。回火的目的有兩個，一個是消除內(nèi)應(yīng)力，降低材料的脆性。回火又分為，低溫回火、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，碳原子有可能通過孔隙向零件的內(nèi)部擴(kuò)散，無法形成清晰的滲碳層，并且碳過多地向內(nèi)部擴(kuò)散會增加零件的脆性，無法發(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，因為滲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，滲氮即含氮氣體與燒結(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)并形成氮化物的過程。經(jīng)過滲氮使零件表面硬度進(jìn)一步得到提高。滲氮可單獨進(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零件表面進(jìn)行淡化。對于粉末冶金齒輪滲氮最大的難點也是孔隙。孔隙過多無法形成滲氮層，在齒輪的內(nèi)部生成氮化物會使零件變脆。

3.碳氮共滲，即在粉末冶金齒輪表面同時深入碳和氮，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程中加入氨，這樣再深入碳時也滲入氮。碳氮共滲的溫度要低于單獨滲碳的溫度（低55℃左右），時間也較短些。碳氮共滲的零件密度應(yīng)保持在6.85g/cm3，對于滲銅和高密度（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)生的交變磁場作用下，工件的表面將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及渦旋電流。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，不至于零件開裂。