粉末冶金的燒結技術

粉末冶金的燒結技術作者：本站整理文章來源：本站搜集點擊數(shù)：466更新時間：2008-3-1716:03:201燒結的方法不同的產(chǎn)品、不同的性能燒結方法不一樣。⑴按原料組成不同分類?？梢詫Y分為單元系燒結、多元系固相燒結及多元系液相燒結。單元系燒結是純金屬（如難焰金屬和純鐵軟磁材料）或化合物（AI2O3、B4C、BeO、MoSi2等）焰點以下的溫度進行固相燒結。多元系固相燒結是由兩種或兩種以上的組元構成的燒結體系，在其中低焰成分的焰點溫度以下進行的固相燒結。粉末燒結合金多屬于這一類。女口Cu-Ni、Fe-Ni、Cu-Au、W-Mo、Ag-Au、Fe-Cu、W-Ni、Fe-C、Cu-C、Cu-W、Ag-W等。多元系液相燒結以超過系統(tǒng)中低焰成分焰點的溫度進行的燒結。女口W-Cu-Ni、W-Cu、WC-Co、TiC-Ni、Fe-Cu（Cu>10%、Fe-Ni-Al、Cu-Pb、Cu-Sn、Fe-Cu（Cu<10%）等⑵按進料方式不同分類。分為為連續(xù)燒結和間歇燒結。連續(xù)燒結燒結爐具有脫蠟、預燒、燒結、制冷各功能區(qū)段，燒結時燒結材料連續(xù)地或平穩(wěn)、分段地完成各階段的燒結。連續(xù)燒結生產(chǎn)效率高，適用于大批量生產(chǎn)。常用的進料方式有推桿式、輥道式和網(wǎng)帶傳送式等。間歇燒結零件置于爐內(nèi)靜止不動，通過控溫設備，對燒結爐進行需要的預熱、加熱及冷卻循環(huán)操作，完成燒結材料的燒結過程。間歇燒結可依據(jù)爐內(nèi)燒結材料的性能確定合適的燒結制度，但生產(chǎn)效率低，適用于單件、小批量生產(chǎn)，常用的燒結爐有鐘罩式爐、箱式爐等。除上述分類方法外。按燒結溫度下是否有液相分為固相燒結和液相燒結；按燒結溫度分為中溫燒結和高溫燒結(11001700C)，按燒結氣氛的不同分為空氣燒結，氫氣保護燒結(如鑰絲爐、不銹鋼管和氫氣爐等)和真空燒結。另外還有超高壓燒結、活化熱壓燒結等新的燒結技術。2.影響粉末制品燒結質量的因素影響燒結體性能的因素很多，主要是粉末體的性狀、成形條件和燒結的條件。燒結條件的因素包括加熱速度、燒結溫度和時間、冷卻速度、燒結氣氛及燒結加壓狀況等。⑴燒結溫度和時間燒結溫度的高低和時間的長短影響到燒結體的孔隙率、致密度、強度和硬度等。燒結溫度過高和時間過長，將降低產(chǎn)品性能，甚至出現(xiàn)制品過燒缺陷；燒結溫度過低或時間過短，制品會因欠燒而引起性能下降。⑵燒結氣氛粉末冶金常用的燒結氣氛有還原氣氛、真空、氫氣氛等。燒結氣氛也直接影響到燒結體的性能。在還原氣氛下燒結防止壓坯燒損并可使表面氧化物還原。如鐵基、銅基制品常采用發(fā)生爐煤氣或分解氨，硬質合金、不銹鋼常采用純氫。活性金屬或難焰金屬（如鈹、鈦、鋯、鉭）、含TiC的硬質合金及不銹鋼等可采用真空燒結。真空燒結能避免氣氛中的有害成分（H2O、02、H2）等的不利影響，還可降低燒結溫度（一般可降低100150C）。粉末冶金基礎知識作者：本站整理文章來源：本站搜集點擊數(shù)：404更新時間：2008-3-1716:25:00署（一）粉末的化學成分及性能尺寸小于1mm的離散顆粒的集合體通常稱為粉末，其計量單位一般是以微米（Pm）或納米（nm）。1?粉末的化學成分常用的金屬粉末有鐵、銅、鋁等及其合金的粉末，要求其雜質和氣體含量不超過1%2%,否則會影響制品的質量。2?粉末的物理性能⑴粒度及粒度分布粉料中能分開并獨立存在的最小實體為單顆粒。實際的粉末往往是團聚了的顆粒，即二次顆粒。實際的粉末顆粒體中不同尺寸所占的百分比即為粒度分布。⑵顆粒形狀即粉末顆粒的外觀幾何形狀。常見的有球狀、柱狀、針狀、板狀和片狀等，可以通過顯微鏡的觀察確定。⑶比表面積即單位質量粉末的總表面積，可通過實際測定。比表面積大小影響著粉末的表面能、表面吸附及凝聚等表面特性。3.粉末的工藝性能粉末的工藝性能包括流動性、填充特性、壓縮性及成形性等。⑴填充特性指在沒有外界條件下，粉末自由堆積時的松緊程度。常以松裝密度或堆積密度表示。粉末的填充特性與顆粒的大小、形狀及表面性質有關。⑵流動性指粉末的流動能力，常用50克粉末從標準漏斗流出所需的時間表示。流動性受顆粒粘附作用的影響。⑶壓縮性表示粉末在壓制過程中被壓緊的能力，用規(guī)定的單位壓力下所達到的壓坯密度表示，在標準模具中，規(guī)定的潤滑條件下測定。影響粉末壓縮性的因素有顆粒的塑性或顯微硬度，塑性金屬粉末比硬、脆材料的壓縮性好；顆粒的形狀和結構也影響粉末的壓縮性。⑷成形性指粉末壓制后，壓坯保持既定形狀的能力，用粉末能夠成形的最小單位壓制壓力表示，或用壓坯的強度來衡量。成形性受顆粒形狀和結構的影響。（二）粉末冶金的機理壓制的機理壓制就是在外力作用下，將模具或其它容器中的粉末緊密壓實成預定形狀和尺寸壓坯的工藝過程。鋼模冷壓成形過程如圖7.1.2所示。粉末裝入陰模，通過上下模沖對其施壓。在壓縮過程中，隨著粉末的移動和變形，較大的空隙被填充，顆粒表面的氧化膜破碎，顆粒間接觸面積增大，使原子間產(chǎn)生吸引力且顆粒間的機械楔合作用增強，從而形成具有定密度和強度的壓坯。等靜壓制壓力直接作用在粉末體或彈性模套上，使粉末體在同一時間內(nèi)各個方向上均衡受壓而獲得密度分布均勻和強度較高的壓坯的過程。按其特性分為冷等靜壓制和熱等靜壓制兩大類。⑴冷等靜壓制即在室溫下等靜壓制，液體為壓力傳遞媒介。將粉末體裝入彈性模具內(nèi)，置于鋼體密封容器內(nèi)，用高壓泵將液體壓入容器，利用液體均勻傳遞壓力的特性，使彈性模具內(nèi)的粉末體均勻受壓。因此，冷等靜壓制壓坯密度高，較均勻，力學性能較好，尺寸大且形狀復雜，已用于棒材、管材和大型制品的生產(chǎn)。⑵熱等靜壓制把粉末壓坯或裝入特制容器內(nèi)的粉末體置入熱等靜壓機高壓容器中，施以高溫和高壓，使這些粉末體被壓制和燒結成致密的零件或材料的過程。在高溫下的等靜壓制，可以激活擴散和蠕變現(xiàn)象的發(fā)生，促進粉末的原子擴散和再結晶及以極緩慢的速率進行塑性變形，氣體為壓力傳遞媒介。粉末體在等靜壓高壓容器內(nèi)同一時間經(jīng)受高溫和高壓的聯(lián)合作用，強化了壓制與燒結過程，制品的壓制壓力和燒結溫度均低于冷等靜壓制，制品的致密度和強度高，且均勻一致，晶粒細小，力學性能高，消除了材料內(nèi)部顆粒間的缺陷和孔隙，形狀和尺寸不受限制。但熱等靜壓機價格高，投資大。熱等靜壓制已用于粉末高速鋼、難焰金屬、高溫合金和金屬陶瓷等制品的生產(chǎn)。粉末軋制將粉末通過漏斗喂入一對旋轉軋輥之間使其壓實成連續(xù)帶坯的方法。將金屬粉末通過一個特制的漏斗喂入轉動的軋輥縫中，可軋出具有一定厚度、長度連續(xù)、強度適宜的板帶坯料。這些坯體經(jīng)預燒結、燒結，再軋制加工及熱處理等工序，就可制成具有一定孔隙度的、致密的粉末冶金板帶材。粉末軋制制品的密度比較高，制品的長度原則上不受限制，軋制制品的厚度和寬度會受到軋輥的限制；成材率高為80%90%,熔鑄軋制的僅為60%或更低。粉末軋制適用于生產(chǎn)多孔材料、摩擦材料、復合材料和硬質合金等的板材及帶材。粉漿澆注是金屬粉末在不施加外力的情況下成形的，即將粉末加水或其它液體及懸浮劑調(diào)制成粉漿，再注入石膏模內(nèi)，利用石膏模吸取水分使之干燥后成形。常用的懸浮劑有聚乙烯醇、甘油、藻骯酸鈉等，作用是防止成形顆粒聚集，改善潤濕條件。為保證形成穩(wěn)定的膠態(tài)懸浮液，顆粒尺寸不大于5舛10舛，粉末在懸浮液中的質量含量為40%70%。粉漿成形工藝參見本書6.2.2。擠壓成形將置于擠壓筒內(nèi)的粉末、壓坯或燒結體通過規(guī)定的?？讐撼觥０凑諗D壓條件不同，分為）令擠壓和熱擠壓。冷擠壓是把金屬粉末與一定量的有機粘結劑混合在較低溫度下（40C200C）擠壓成坯塊；粉末熱擠壓是指金屬粉末壓坯或粉末裝入包套內(nèi)加熱到較高溫度下壓擠，熱擠壓法能夠制取形狀復雜、性能優(yōu)良的制品和材料。擠壓成形設備簡單，生產(chǎn)率高，可獲得長度方向密度均勻的制品。擠壓成形能擠壓出壁很薄直經(jīng)很小的微形小管，如厚度僅0.01mm，直徑1mm的粉末冶金制品；可擠壓形狀復雜、物理力學性能優(yōu)良的致密粉末材料，如燒結鋁合金及高溫合金。擠壓制品的橫向密度均勻，生產(chǎn)連續(xù)性高，因此，多用于截面較簡單的條、棒和螺旋形條、棒（如麻花鉆等）。松裝燒結成形粉末未經(jīng)壓制而直接進行燒結，如將粉末裝入模具中振實，再連同模具一起入爐燒結成形，用于多孔材料的生產(chǎn)；或將粉末均勻松裝于芯板上，再連同芯板一起入爐燒結成形，再經(jīng)復壓或軋制達到所需密度，用于制動摩擦片及雙金屬材料的生產(chǎn)。將置于擠壓筒內(nèi)的粉末、壓坯或燒結體通過規(guī)定的模孔壓出。按照擠壓條件不同，分為）令擠壓和熱擠壓。冷擠壓是把金屬粉末與一定量的有機粘結劑混合在較低溫度下（40C200C）擠壓成坯塊；粉末熱擠壓是指金屬粉末壓坯或粉末裝入包套內(nèi)加熱到較高溫度下壓擠，熱擠壓法能夠制取形狀復雜、性能優(yōu)良的制品和材料。擠壓成形設備簡單，生產(chǎn)率高，可獲得長度方向密度均勻的制品。7爆炸成形借助于爆炸波的高能量使粉末固結的成形方法。爆炸成形的特點是爆炸時產(chǎn)生壓力很高，施于粉末體上的壓力速度極快。如炸藥爆炸后，在幾微秒時間內(nèi)產(chǎn)生的沖擊壓力可達106MPa（相當于107個大氣壓），比壓力機上壓制粉末的單位壓力要高幾百倍至幾千倍。爆炸成形壓制壓坯的相對密度極高，強度極佳。如用炸藥爆炸壓制電解鐵粉，壓坯的密度接近純鐵體的理論密度值。爆炸成形可加工普通壓制和燒結工藝難以成形的材料，如難焰金屬、高合金材料等，還可壓制普通壓力無法壓制的大型壓坯。除上述方法外，還有注射成形及熱等靜壓制新技術等新的成形方法。粉末冶金的后處理作者：本站整理文章來源：本站搜集點擊數(shù)：345更新時間：2008-3-1715:53:51指壓坯燒結后的進一步處理，根據(jù)產(chǎn)品具體要求決定是否需要后處理。常用的后處理方法有復壓、浸漬、熱處理、表面處理和切削加工等。1復壓為提高燒結體物理和力學性能而進行的施加壓力處理，包括精整和整形等。精整是為達到所需尺寸而進行的復壓，通過精整模對燒結體施壓以提高精度。整形是為達到特定的表面形狀而進行的復壓，通過整形模對制品施壓以校正變形且降低表面粗糙度值。復壓適用于要求較高且塑性較好的制品，如鐵基、銅基制品。2?浸漬用非金屬物質（如油、石蠟和樹脂等）填充燒結體孔隙的方法。常用的浸漬方法有浸油、浸塑料、浸焰融金屬等。浸油即在燒結體內(nèi)浸入潤滑油，改善其自潤滑性能并防銹，常用于鐵、銅基含油軸承。浸塑料是采用聚四氟乙烯分散液，經(jīng)固化后，實現(xiàn)無油潤滑，常用于金屬塑料減摩零件。浸焰融金屬可提高強度及耐磨性，鐵基材料常采用浸銅或鉛。3?熱處理對燒結體加熱到一定溫度，再通過控制冷卻方法等處理，以改善制品性能的方法。常用的熱處理方法有淬火、化學熱處理、熱機械處理等，工藝方法一般與致密材料相似。對于不受沖擊而要求耐磨的鐵基制件可采用整體淬火，由于孔隙的存在能減少內(nèi)應力，一般可以不回火。而要求外硬內(nèi)韌的鐵基制件可采用淬火或滲碳淬火。熱鍛是獲得致密制件常用的方法，熱鍛造的制品晶粒細小，且強度和韌性高。4表面處理常用的表面處理方法有蒸汽處理、電鍍、浸鋅等。蒸汽處理是工件在500560C的熱蒸汽中加熱并保持一定時間，使其表面及孔隙形成一層致密氧化膜的表面工藝，用于要求防銹、耐磨或防高壓滲透的鐵基制件。電鍍應用電化學原理在制品表面沉積出牢固覆晨其工藝方法同致密材料。電鍍用于要求防銹、耐磨及裝飾的制件。此外，還可通過鍛壓、焊接、切削加工、特種加工等方法進一步改變燒結體的形狀或提高精度，以滿足零件的最終要求。電火花加工、電子束加工、激光加工等特種加工方法以及離子氮化、離子注入、氣相沉積、熱噴涂等表面工程技術已用于粉末冶金制品的后處理，進一步提高了生產(chǎn)效率和制品質量。粉末冶金零件結構的工藝性作者：本站整理文章來源：本站搜集點擊數(shù)：372更新時間：2008-3-1715:55:21王粉末冶金材料常用的成形方法是在剛性封閉模具中將金屬粉末壓縮成形，模具成本較高；由于粉末流動性較差，且又受到摩擦力的影響，壓坯密度一般較低且分布不均勻，強度不高，薄壁、細長形和沿壓制方向呈變截面的制品還難以成形。因此，采用壓制成形的零件結構的設計應注意下列問題。⑴盡量采用簡單、對稱的形狀，避免截面變化過大以及窄槽、球面等，以利于制模和壓實。⑵避免局部薄壁，以便裝粉壓實和防止出現(xiàn)裂紋。⑶避免側壁上的溝槽和凹孔，以利于壓實或減少余塊。⑷避免沿壓制方向截面積漸增，以利于壓實。各壁的交接處應采用圓角或倒角過渡，避免出現(xiàn)尖角，以利于壓實及防止模具或壓坯產(chǎn)生應力集中。粉末冶金術語（燒結）遵I更慢I迦厘I更1、燒結sintering粉末或壓坯在低于主要組分焰點的溫度下的熱處理，目的在于通過顆粒間的冶金結合以提高其強度。2、流體透過性fluidpermeability在規(guī)定條件下測定的在單位時間內(nèi)液體或氣體通過多孔體的數(shù)量。3、預燒presintering在低于最終燒結溫度的溫度下對壓坯的加熱處理。4、加壓燒結pressure在燒結同時施加單軸向壓力的燒結工藝。5、松裝燒結loose-powdersintering,gravitysintering粉末未經(jīng)壓制直接進行的燒結。6、液相燒結liquid-phasesintering至少具有兩種組分的粉末或壓坯在形成一種液相的狀態(tài)下燒結。7、過燒oversintering燒結溫度過高和（或）燒結時間過長致使產(chǎn)品最終性能惡化的燒結。8、欠燒undersintering燒結溫度過低和（或）燒結時間過短致使產(chǎn)品未達到所需性能的燒結。9、焰滲infiltration用焰點比制品焰點低的金屬或合金在熔融狀態(tài)下充填未燒結的或燒結的制品內(nèi)的孔隙的工藝方法。10、脫蠟dewaxing,burn-off用加熱排出壓坯中的有機添加劑（粘結劑或潤滑劑）。11、網(wǎng)帶爐meshbeltfurnace一般由馬弗保護的網(wǎng)帶將零件實現(xiàn)爐內(nèi)連續(xù)輸送的燒結爐。12、步進梁式爐walking-beamfurnace通過步進梁系統(tǒng)將放置于燒結盤中的零件在爐內(nèi)進行傳送的燒結爐。13、推桿式爐pusherfurnace將零件裝入燒舟中，通過推進系統(tǒng)將零件在爐內(nèi)進行傳送的燒結爐。14、燒結頸形成neckformation燒結時在顆粒間形成頸狀的聯(lián)結。15、起泡blistering由于氣體劇烈排出，在燒結件表面形成鼓泡的現(xiàn)象。16、發(fā)汗sweating壓坯加熱處理時液相滲出的現(xiàn)象。17、燒結殼sinterskin燒結時，燒結件上形成的一種表面層，其性能不同于產(chǎn)品內(nèi)部。18、相對密度relativedensity多孔體的密度與無孔狀態(tài)下同一成分材料的密度之比，以百分率表示。19、徑向壓潰密度radialcrushingstrength通過施加徑向壓力測定的燒結圓筒試樣的破裂強度。20、孔隙度porosity多孔體中所有孔隙的體積與總體積之比。21、擴散孔隙diffusionporosity由于柯肯達爾效應導致的一種組元物質擴散到另一組元中形成的孔隙。22、孔徑分布poresizedistribution材料中存在的各級孔徑按數(shù)量或體積計算的百分率。23、表觀硬