HB006粉末冶金知识Word文档下载推荐.docx

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而粉末冶金材料通常不以单独的材料型式出现，因此，对粉末冶金材料性能的具体要求要结合实际零件及其制造工艺进行分析。

第一节粉末冶金工艺的特点

粉末冶金材料的基本工序是制粉、成型和烧结。

在成形前将制出的各种粉末按材料成分要求进行配料、混合。

成形是将混合料置于模腔中加上需要的压力得到一定形状的压坯。

烧结是将压坯置于有保护气氛的炉中加热到需要的温度，并保温一定的时间，以得到烧结零件所需要的物理一机械性能，。

如果对制品的形状、尺寸精度及使用性能有进一步的要求，还可进行各种后续处理，如精整、复压、熔渗其他低熔点材料、机械加工、表面处理及热处理等。

根据粉未冶金基本工序可知粉末冶金工艺具体如下特点。

一、能方便无级地调整材料成分含量

配料和混合是根据具体零件的要求而一批、一批单独进行，其批量可大可小。

因此，根据不同零件的使用性能要求和工艺条件的变化，要改变材料的成分和含量，可以在配料中随意改变，而不受材料标准中规定范围的约束。

这比选用钢材的牌号要方便的多。

粉末冶金材料标准中规定了中碳钢和高碳钢含量范围，如有必要，也可以跨界或超出标准中规定的碳含量进行选择。

二、能自由地调整制品的孔隙度

粉未冶金制品的孔隙度不同于铸造制品气孔和砂眼。

后者是一种缺陷，前者是粉末冶金制品的一种特性，有时表现为一种优良的特性，实际生产中，根据制品使用性能的要求而定。

控制方法在形成工序中通过压力或装粉量进行调整，压力高则孔隙度少。

调整的范围与成形方法有关：

高密度范围通过热挤压或热锻实现；

中高密度范围采用复压复烧或温压工艺达到；

中低密度范围则通过普通一次模压成形工艺实现。

多孔过滤材料则采用球形粉末松装烧结工艺，其孔隙度通过改变球径大小来调整。

三、能制取各种类型的“假合金”

用熔化冶炼的方法制取的各种合金，因受各种材料密度和熔点相差较大的限制，很难使合金化均匀，只能制取很有限的合金材料。

而粉末冶金材料各种成分的混合是通过固体粉末加上粘性物质在容器中搅拌达到均匀。

因此，它不受密度和熔点相差较大的限制，可以制取各种类型的“假合金”，而使之具有各种综合性能。

另外，通过熔渗的办法，将各种低熔点材料渗到孔隙中去，形成整体或部分“假合金”材料。

四、能制取高温、难熔金属材料

目前用熔炼法制造各种金属材料，冶炼温度最达2000℃，熔点高于1700℃的金属材料基本上用粉末冶金方法制造。

粉末冶金可以在远低于熔点温度下，将难熔金属氧化物还原成金属粉末，经压制且在远低于熔点温度下进行烧结，而制得难熔金属材料。

如硬质合金材料中基体材料钨的熔点为3300℃左右，而实际烧结温度为1500℃左右。

五、经济性好

粉末冶金是一种少无切削加工工艺，材料利用率高，节约大量原材料，采用高效率的压制、烧结生产方法取代铸造、锻造以及随后的车、铣、铇、磨等切削加工，节约大量加工工时，节省许多贵重切削机床及高级技术工人。

粉末冶金加工工艺与精密铸造、精密锻造相比，具有更高的尺寸精度及粗糙度。

粉末冶金制品的尺寸精度可达到6级精度，仅次于磨削加工，粗糙度可达到1.00。

六、粉末冶金制品通常有一定密度差

采用模压成形时，由于磨擦力的存在，制件各处存在规律性的密度差，进而存在相应的硬度差，这是粉末冶金制品较致密金属制品硬度值离散大的原因之一。

因此，在设计粉末冶金零件时，最好对局部使用部位的性能必要时进行特别标注，以在成形工艺中保证该部分密度满足使用要求。

七、粉末冶金工艺的局限性

1、不适于制造批量小的零件

一般粉末冶金压制模具用工具钢或硬质合金制成模具精度及粗糙度要求较高。

因此，如果批量少则不经济，一般对于批量低于5000件时，不值得制造模具。

2、制造大型零件尚有困难

一般粉末冶金制品均需压制成形，单位压力较大。

例如，铁基制品压制压力为4~8t/cm²

。

这样，大型粉末冶金制品的制造受到压机吨位的限制。

当前，国内粉末冶专用压机最大吨位为630t。

但是，随着大型粉末冶金压机的问世，以及粉末轧制、楔形压制、振动压制、等静压制、爆炸成形、温压和热压等成形工艺的生产化，这个矛盾正在解决之中。

3、制品形状复杂程度的限制

考虑到压制时压坯密度的均匀性及脱模的可能性，纵断面形状过于复杂的零件压制成形，目前尚有困难。

有些虽然可以通过后续机械加工来解决，但要考虑综合成本是否合适。

然而，粉末冶金工作者已找到了粉浆浇铸、松装烧结、挤压成形、注塑成形等新的成形方法，在一定程度上解决了这种限制。

第二节粉末冶金材料、零件及工艺的关系

粉末冶金材料与零件及工艺密切相关。

通常，粉末冶金材料与零件并存，材料性能也是随着零件的制造工艺和条件的变化而变化。

一、粉末冶金材料与零件并存

粉末冶金是直接将粉末料置于模腔成形，减少切削加工，以降低生产成本。

粉末冶金材料的性能是在零件的制造过程中逐步实现的，因此，通常不存在待加工的粉末冶金型材。

混料工序是粉末冶金制品生产的第一道工序。

在此工序中，将粉末冶金材料所需要的各种合金成分及含量，按要求进行配料，然后，再添加适量附加成分进行混合。

混合料的均匀程度决定材料性能的稳定性，这是决定材料性能的关键工序。

成形是粉末冶金制品生产的第二道工序。

在此工序中基本实现制品的形状和尺寸，同时达到材料所需的密度及其分布均匀程度。

压坯密度的高低及均匀性决定制品材料性能的高低和离散程度。

烧结工序是保证材料力学性能的重要工序，材料烧结后力学性能基本上得到确定。

制品的尺寸经烧结后发生稍许的变化，其形状因胀缩而发生一定的变形。

浸油工序对减摩材料来说除了防锈和整形工序润滑用之外，还可提高材料的减摩性能。

由上可以看出，粉末冶金材料和零件是同时产生和形成的。

因此，在本篇后面各章谈到的材料和零件，在某种含义上可以相互通用。

二、材料性能与零件加工工艺密切相关

成形与烧结是粉末冶金的基本工序，也是最重要的工序，其工艺方法和参数决定粉末冶金材料的性能。

成形有很多方法，不同的成形方法获得不同的材料密度和均匀性。

运用很普通的模压成形本身还有十多种压制方式。

不同的压制方式造成零件的密度分布趋势及均匀程度不一样，从而造成零件的性能（如硬度）分布趋势及均匀程度发生的相应的变化。

生产者常根据零件的不形状和尺寸而选用合适的压制方式，以尽量保证零件成形及材料的密度分布趋于均匀。

因此，成分相同的材料对不同形状和尺寸的零件所表现的性能分布各不相同，而这种差异对同一种零件呈现出规律性。

烧结工序工艺参数对材料性能的影响十分显著。

烧结温度及其分布均匀性、保温时间长短、保护气氛的质量都明显地影响材料的性能，随着这些参数的变化，材料的性能将随之波动。

因此，粉末冶金材料性有的波动范围通常比钢件宽。

三、粉末冶金材料标准与零件性能

粉末冶金材料标准所规定的性能是在按照指定的形状和尺寸在指定的工艺条件下制造的试样上测定出来的。

它与用同种材料制造的零件的性能有两种差别：

（1）由于试样形状简单，密度分布容易均匀，而零件形状变化多样，密度分布往往不均匀。

（2）测定抗拉强度、延伸率、冲击韧性的试样很难做到与零件在同一工艺条件下制造，因此，不同于致密金属型材那样可直接代表零件的性能。

选用粉末冶金材料标准中某一牌号制造某种零件时，制造厂一方面必须保证零件性能要求，另一方面考虑到零件与试样的差别，在零件性能试验、验收内容和验收方法应视具体情况按使用要求由制造厂与订货单位分别商定。

同时，由于粉末冶金材料成分及含量调整方便，因此，在保证使用性能的前提下，允许制造厂与订货单位根据零件的特点进行协商，可适当调整材料成分及含量。

第二章粉末冶金材料

粉末冶金材料繁多，如：

硬质合金、高温金属陶瓷、稀有高熔点金属、磁性材料、磨擦材料、多孔减摩材料、多孔冷却材料、多孔过滤材料、结构材料、铁基材料、铜基材料等。

第一节粉末冶金材料的特点

粉末冶金材料的特点很多，不同类型的材料所表现出的特点各有差异，下面只就一些共性部分进行讨论。

一、孔隙度是材料的重要特点之一

粉末冶金材料的孔隙绝大多数是较为均匀的通孔隙，对某些材料它可以作为材料的重要组成部分。

当孔隙小到一定程度时，可以作为金属过滤器；

当孔隙大到一定范围可以作为气体和液体过滤，并提高材料的冷却性能。

这些连通孔隙可以渗入其他物质。

当渗入润滑油时，材料本身具有良好的自润滑性，这些零件广泛用于防止污染的食品机械、纺织机械和其他机械上；

当渗入低熔点金属铜时，则提高了材料本身的强度；

当渗入塑料或其他固体润滑剂时，则显著降低材料的磨擦系数；

当渗蒸发潜热大的易熔金属或化合物，可以提高材料短时超高温性能。

由于孔隙的存在，粉末冶金的硬度与致密金属材料的硬度所表现的特点不一样。

同一种成分致密金属材料，当其组织状态一样时，其硬度基本一样；

而粉末冶金材料不同，其硬度还随着的孔隙度的增加（或密度的减少）而降低，这种硬度称粉末冶金材料表现的硬度。

应当指出，同一成分的粉末冶金材料与致密金属材料的组织硬度是相等的。

因此，比较粉末冶材料与同成分的致密金属材料的耐磨性时不能以表观硬度的高低来判断。

当材料密度发生变化时，其表观硬度相应发生变化，其硬度变化关系可参考下述经验公式估算。

HBS`=（2.56γ-1.56）HBS

HRC`=（2.1γ-1.1）HRC

式中，γ为相应的密度/%；

HBS、HRC为致密金属材料硬度；

HBS`、HRC`为粉末冶金材料硬度。

另外，粉末冶金材料由于孔隙的存在，各种硬度的换算关系也不同于致密金属，当查硬度换算表时，可参考下述经验公式进行修正。

由HRB查布氏硬度HBS时按下式减去△HBS：

△HBS=81.5（1-γ）

由HRA查HRC时按下式减去△HRC：

△HRC=35.5（1-γ）

由HRA查HRC时修正值为零。

二、综合性能好

粉末冶金可将各种材料随意组合成所需的材料，因此，可以制成具有各种综合性能的材料。

粉末冶金磨擦材料组分包括基体、固体润滑剂和磨擦剂，较之单纯用石棉、合成树脂等非金属材料和铸铁、青铜等金属材料制作的磨擦材料具有更多的优点。

它具有磨擦系数大而稳定、耐磨性高、导热性好、强度足够、磨平性好、抗卡住能力高、抗蚀性高和保证均匀制动等综合性能。

烧结金属轴承是指用粉末冶金法制造的金属和金属或金属和非金属复合材料的滑动轴承，以及钢背—烧结合金双金属轴承。

烧结金属含油轴承具有自润滑性能，这是铸造合金轴承无法实现的。

与青铜相比，烧结铁基轴承材料耐磨性好，负荷能力高。

粉末冶金烧结材料的耐磨性往往优于普通金属材料，主要是由于：

（1）材料内存在大量孔隙，这些孔隙一则含油，具有一定的自润滑功能；

二则磨损过程中小颗粒易于藏于孔隙中而不划伤表面。

（2）材料表观硬度虽然较低，但组织硬度高，仍具有较高的耐磨性。

即使用普通结构材料（如Fe-C-S）制成的机油泵齿轮,表观硬度为HBS70-100,也比用45#钢制成的机油泵齿轮泵油特性好,不但磨损小,而且齿形精度在使用过程中有所提高。

这是由于粉末冶金材料多孔而具有刚柔兼顾的综合特性。

第二节粉末冶金材料热处理

粉末冶金烧结材料同普通材料一样可以进行各种热处理，如渗碳、渗氮、渗铬、渗硫、渗硼、退火、正火、淬火、回火和时效硬化等。

与钢件热处理不同的是粉末冶金材料热处理、增加了材料密度影响因素。

由于密度的变化造成粉末冶金材料热处理的特殊性。

一、温度和时间

钢件进行化学热处理时，只能从表面开始，然后通过固相逐步向内部扩散。

粉末冶金材料由于连通孔隙的存在，被渗原子通过气体可直接进入材料内部，造成材料表面与内部同时进行。

孔隙愈多，内