一、燒結(jié)基本原理

1、第 9 頁 共 9 頁一、燒 結(jié)（1）、燒結(jié)基本原理燒結(jié)是粉末冶金生產(chǎn)過程中最基本的工序之一。燒結(jié)對最終產(chǎn)品的性能起著決定性作用，因為由燒結(jié)造成的廢品是無法通過以后的工序挽救的；相反，燒結(jié)前的工序中的某些缺陷，在一定的范圍內(nèi)可以通過燒結(jié)工藝的調(diào)整，例如適當(dāng)改變溫度，調(diào)節(jié)升降溫時間與速度等而加以糾正。燒結(jié)是粉末或粉末壓坯，加熱到低于其中基本成分的熔點溫度，然后以一定的方法和速度冷卻到室溫的過程。燒結(jié)的結(jié)果是粉末顆粒之間發(fā)生粘結(jié)，燒結(jié)體的強度增加。在燒結(jié)過程中發(fā)生一系列物理和化學(xué)的變化，把粉末顆粒的聚集體變成為晶粒的聚結(jié)體，從而獲得具有所需物理，機械性能的制品或材料。燒結(jié)時，除了粉末顆粒聯(lián)結(jié)外，還

2、可能發(fā)生致密化，合金化，熱處理，聯(lián)接等作用。人們一般還把金屬粉末燒結(jié)過程分類為：1、單相粉末（純金屬、古熔體或金屬化合物）燒結(jié)；2、多相粉末（金屬金屬或金屬非金屬）固相燒結(jié)；3、多相粉末液相燒結(jié)；4、熔浸。通常在目前PORITE微小軸承所接觸的和需要了解的為前三類燒結(jié)。通常在燒結(jié)過程中粉末顆粒常發(fā)生有以下幾個階段的變化：1、顆粒間開始聯(lián)結(jié)；2、顆粒間粘結(jié)頸長大；3、孔隙通道的封閉；4、孔隙球化；5、孔隙收縮；6、孔隙粗化。上述燒結(jié)過程中的種種變化都與物質(zhì)的運動和遷移密切相關(guān)。理論上機理為：1、蒸發(fā)凝聚；2、體積擴散；3、表面擴散；4、晶間擴散；5、粘性流動；6、塑性流動。 （2）、燒結(jié)工藝2-

3、1、燒結(jié)的過程 粉末冶金的燒結(jié)過程大致可以分成四個溫度階段：1、低溫預(yù)燒階段，在此階段主要發(fā)生金屬的回復(fù)及吸附氣體和水分的揮發(fā)，壓坯內(nèi)成形劑的分解和排除等。在PORITE微小銅、鐵系軸承中，用R、B、O（Rapid Burning Off）來代替低溫預(yù)燒階段，且銅、鐵系產(chǎn)品經(jīng)過R、B、O后會氧化，但在本體中可以被還原，同時還可以促進燒結(jié)。2、中溫升溫?zé)Y(jié)階段，在此階段開始出現(xiàn)再結(jié)晶，首先在顆粒內(nèi)，變形的晶粒得以恢復(fù)，改組為新晶粒，同時顆粒表面氧化物被完全還原，顆粒界面形成燒結(jié)頸。3、高溫保溫完成燒結(jié)階段，此階段是燒結(jié)得主要過程，如擴散和流動充分地進行和接近完成，形成大量閉孔，并繼續(xù)縮小，使得孔

4、隙尺寸和孔隙總數(shù)均有減少，燒結(jié)體密度明顯增加4、冷卻階段：實際的燒結(jié)過程，都是連續(xù)燒結(jié)，所以從燒結(jié)溫度緩慢冷卻一段時間然后快冷，到出爐量達到室溫的過程，也是奧氏體分解和最終組織逐步形成階段。通常所說的溫度，是指最高燒結(jié)溫度，即保溫的溫度，一般是絕對熔點溫度的1/24/5溫度指數(shù)a=0.670.80，其低限略高于再結(jié)晶溫度，其上限主要從經(jīng)濟及技術(shù)上考慮，而且與燒結(jié)時間同時選擇。2-2、影響燒結(jié)過程的因素：1、材料的性質(zhì)，包括各種界面能與自由能：擴散系數(shù)；粘性系數(shù)；臨界剪切應(yīng)力，蒸氣壓和蒸發(fā)速率，點陣類型與結(jié)晶形態(tài)；異晶轉(zhuǎn)變新生態(tài)等。2、粉末的性質(zhì)：包括顆粒大小；顆粒的形狀與形貌；顆粒的結(jié)構(gòu)；顆粒

5、的化學(xué)組成。3、壓坯的物理性能：包括壓制密度，壓制殘余應(yīng)力，顆粒表面氧化膜的變形或破壞以及壓坯孔隙中氣體等。4、燒結(jié)工藝參數(shù)：包括保溫時間，加熱及冷卻速度，燒結(jié)氣氛等。2-3、燒結(jié)時壓坯的尺寸與密度的變化 在生產(chǎn)中對制品的尺寸與形狀精度要求都非常高，因此，在燒結(jié)過程中控制壓坯的密度和尺寸的變化是一個極為重要的問題。影響燒結(jié)零件密度和尺寸變化的因素有：1、孔隙的收縮與清除：燒結(jié)會導(dǎo)致孔隙的收縮與清除，也就是使燒結(jié)體體積減小。2、包裹的氣體：壓制成形時，可能在壓坯中形成許多封閉的孤立孔隙，加熱壓坯量，這些孤立孔隙中的空氣會發(fā)生膨脹。3、化學(xué)反應(yīng)：壓坯內(nèi)和燒結(jié)氣氛中某些化學(xué)元素與壓坯原料中含有一定量

6、的氧發(fā)生反應(yīng)，生成氣體或揮發(fā)或殘留在壓坯中，使得壓坯收縮或脹大。4、合金化：兩種或多種元素粉末間的合金化，一元素溶解于另一元素中形成固溶體時，基本點陣可能發(fā)生脹大或收縮。5、潤滑劑：當(dāng)金屬粉末中混有一定量潤滑劑和將其壓制成壓坯時，在一定的溫度下，混入的潤滑劑被燒除使壓坯產(chǎn)生收縮，可是若分解產(chǎn)生的氣體物質(zhì)不能到達燒結(jié)體表面時，則可能引起壓坯脹大。6、壓制方向：在燒結(jié)時，壓坯的尺寸變化，在垂直或平行于壓制方向上是不等的，一般說，垂直方向（徑向）尺寸變化率較大，平行方向（軸向）尺寸變化率較小。2-4、燒結(jié)前的準(zhǔn)備工作核對燒結(jié)制品與燒結(jié)溫度及網(wǎng)帶速度是否合適，檢查待燒結(jié)的制品，把不合格的壓坯剔出，一般

7、情況按工藝圖紙的要求來檢查，通常檢查幾何尺寸及偏差制品的單重即壓坯的密度和壓坯外觀是否掉邊缺角，分層裂紋，嚴(yán)重拉毛等。根據(jù)壓坯的形狀和尺寸確定其燒結(jié)方式（如站立、平躺以及排料等）。再用氣壓噴嘴吹出殘留在制品表面的粉塵。特殊情況還要排高鋁板燒結(jié)。2-5、燒結(jié)后的整理工作 在燒結(jié)完成后首先要對制品進行檢查，把燒結(jié)不合格的零件剔出。然后按產(chǎn)品的分類浸油并堆放整齊。特殊情況下，產(chǎn)品要放在共摺機（滾桶）中去毛刺和把粘在一起的零件分開。2-6、燒結(jié)爐廢次品分析 燒結(jié)廢次品包括工藝上無法挽救的廢品和通過重新處理可以轉(zhuǎn)變?yōu)楹细癞a(chǎn)品的“返燒品”。1、變化與翹曲；2、起泡與裂紋；3、麻點；4、尺寸超差；5、過燒與

8、欠燒；6、氧化與脫膜；7、金相組織缺陷（3）燒結(jié)爐的基本結(jié)構(gòu)及網(wǎng)帶式燒結(jié)爐簡介為大量生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)價廉的粉末冶金產(chǎn)品，燒結(jié)時必須嚴(yán)格控制升溫速度，燒結(jié)的溫度與時間，冷卻速度與時間，冷卻速度及爐內(nèi)氣氛等因素。因此選擇合適的燒結(jié)爐是粉末冶金生產(chǎn)中重要的一環(huán)。3-1、燒結(jié)爐的分類按加熱方式：可分為燃料加熱式與電加熱式；按生產(chǎn)方式：可分為間歇式與連續(xù)式；按燒結(jié)產(chǎn)品的傳送方式連續(xù)燒結(jié)爐又分為網(wǎng)帶式、輥床式、推舟式及步進梁式。揚州PORITE軸承燒結(jié)爐是電加熱、連續(xù)網(wǎng)帶式。3-2、連續(xù)式燒結(jié)爐的結(jié)構(gòu)粉末冶金工藝對燒結(jié)爐的結(jié)構(gòu)有如下要求：1、 有密封的爐殼或馬弗套的保持爐內(nèi)的還原氣氛，并防止空氣進入；2、 有平穩(wěn)

9、可靠的物料傳送機構(gòu)；3、 有預(yù)熱帶，用以排除壓坯內(nèi)潤滑劑及吸附的氣體；4、 有足夠功率的高溫?zé)Y(jié)帶，使制品有充分的燒結(jié)保溫過程；5、 有防止氧化和形成最終金相組織的水套冷卻帶；6、 有調(diào)節(jié)控制加熱速度，燒結(jié)溫度和保溫時間，冷卻速度等的裝置；7、 有嚴(yán)格的溫度控制系統(tǒng)；8、 爐腔截面的溫度分布均勻；9、 加熱元件需滿足燒結(jié)溫度條件的要求；10、 電爐的開啟和關(guān)閉，進料和出料時，不發(fā)生空氣倒流入爐，爐內(nèi)不應(yīng)有水蒸氣附著。粉末冶金燒結(jié)電爐一般由預(yù)熱帶、燒結(jié)帶、冷卻帶三個部份組成。整個爐體結(jié)構(gòu)縱向通常用馬弗套將其貫通連成一個整體，爐管內(nèi)通以保護氣體(如圖所示)。燒結(jié)爐中三個帶的作用如下：1、預(yù)熱帶：預(yù)

10、熱粉末壓坯與燒除潤滑劑；2、燒結(jié)帶：以使壓坯在規(guī)定溫度下保溫足夠長的時間，從而獲得 燒結(jié)零件所需的物理-機械性能；3、冷卻帶：包括預(yù)冷帶和水套冷卻帶。以使壓坯從高溫緩慢冷卻到再結(jié)晶溫度，然后快速冷卻以得到產(chǎn)品的最終組織結(jié)構(gòu)。3-4、網(wǎng)帶式燒結(jié)爐簡介網(wǎng)帶式燒結(jié)爐是燒結(jié)鐵基與銅基制品最常用的燒結(jié)爐。網(wǎng)帶是用耐熱合金制成，一般情況最高燒結(jié)溫度1150，網(wǎng)帶的寬度和爐膛的尺寸按照產(chǎn)品的大小和多少來選擇，網(wǎng)帶由傳動裝置使環(huán)狀網(wǎng)帶在爐膛內(nèi)作連續(xù)的循環(huán)運動來達到物料傳送的目的。產(chǎn)品可裝在鐵網(wǎng)中也可直接放在網(wǎng)帶上，隨網(wǎng)帶移動，使壓坯進行預(yù)熱、燒結(jié)、冷卻最后由出口處出爐。其具體操作過程如300MM燒結(jié)爐操作作業(yè)

11、標(biāo)準(zhǔn)新近應(yīng)用的R.B.O.裝置，就是用煤氣或液化石油氣直接燃燒加速脫臘的方法，采用RBO方式可縮短預(yù)熱帶的長度，節(jié)省了設(shè)備占地面積，而且有利于排出潤滑劑蒸汽，大量節(jié)約保護氣，同時大幅度提高爐子的產(chǎn)量。其具體操作過程如R.B.O操作程序標(biāo)準(zhǔn)。（4）燒結(jié)氣氛4-1、燒結(jié)氣氛的作用使用燒氣氛的目的在于防止燒結(jié)制品氧化，控制碳勢，排除雜質(zhì)，凈化爐氣。選擇制品燒結(jié)氣氛的原則是：1、燒結(jié)后制品的組分不蛻變。即不氧化不脫碳。2、能還原粉末顆粒表面氧化膜。3、對燒結(jié)爐的加熱元件、傳送帶、耐火材料腐蝕性小。4、使用安全。5、原料豐富，容易制取，成本低廉。4-2、燒結(jié)氣氛的種類燒結(jié)氣氛可分為還原性、真空及中性（惰

12、性）、氧化性、滲碳性（或脫碳性），氮化性等類型。1、還原性氣氛：這是最普通的燒結(jié)氣氛。工業(yè)使用的有H2、75%H2+25%N2（分解氨），煤氣放熱型轉(zhuǎn)化氣氛和吸熱型轉(zhuǎn)化氣氛。2、真空及中性（惰性）氣氛：這類燒結(jié)氣氛多用于原料對氣氛有一定的溶解度或氣氛可能發(fā)生有害的化學(xué)反應(yīng)情況時。真空燒結(jié)時，壓坯中有有效成份的蒸汽壓都必須很低。3、氧化性氣氛：包括空氣、氧氣或氧氣中摻有空氣的弱氧化性氣氛。適用于燒結(jié)那些不活潑金屬或以金屬氧化物為原料的鐵氧體、金屬陶瓷等。鐵、銅基零件在空氣中預(yù)氧化燒結(jié)也是采用氧化性氣氛。4、氮基氣氛：純氮基氣氛不能還原粉末表面氧化薄膜，容易造成燒結(jié)制品的氧化脫碳。因此工業(yè)上采用的氮基氣氛中常為N2>90%；碳氫化合物氣體0.255%；H25%；CO0.55%。分解氨氣氛：分解氨是由液氨氣化在催化劑作用下加熱，