粉末冶金知識(shí)講義

粉末冶金簡(jiǎn)介粉末冶金——制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬與非金屬粉末)作為原料，經(jīng)成型、燒結(jié)，制取金屬?gòu)?fù)合材料及各種制品的工藝技術(shù)。與陶瓷生產(chǎn)相似，又稱(chēng)為金屬陶瓷；

一、發(fā)展歷史公元前3000年，古埃及人用C還原氧化鐵制成海綿狀的鐵，經(jīng)高溫鍛造成致密塊狀的Fe,再制出鐵器；本世紀(jì)初，電燈W絲問(wèn)世(愛(ài)迪生發(fā)明)，使粉末冶金得以迅速發(fā)展；

粉末冶金發(fā)展中的三個(gè)重要標(biāo)志1、克服難熔金屬(W、Mo)熔鑄過(guò)程的困難；電燈的W絲(W粉－成型－燒結(jié)－鍛造－拉絲)硬質(zhì)合金刀具的制造，比工具鋼壽命↑幾十倍；2、20世紀(jì)30年代以后，用粉末冶金法制造多孔含油軸承，隨后發(fā)展了鐵基機(jī)械零件，發(fā)揮了其無(wú)切削、少切削工藝特點(diǎn)；3、20世紀(jì)40年代之后到現(xiàn)在，發(fā)展金屬陶瓷、彌散強(qiáng)化材料、粉末高速鋼、粉末超合金；粉末冶金－工藝過(guò)程：制取粉末－成型－燒結(jié)－燒后處理－制成品；二、制取粉末方法：兩大類(lèi)－物理化學(xué)法、機(jī)械制粉法；1、還原制粉法：金屬氧化物或鹽，經(jīng)過(guò)還原反應(yīng)，制取金屬粉末；廣泛用于制?。篎e、Cu、Co、W、Mo粉末；如：直接利用鐵礦石、或軋鋼中的鐵磷(冶金廢料)還原鐵粉：FexOy＋C＝Fe粉―碳還原法古老的生產(chǎn)海綿鐵的方法；WO3＋H＝W粉――氣體還原法；Ca還原TiO2＝TiMg、Na還原TiCl4、ZrCl4等―金屬熱還原法；2、電解法制粉：如：從硫酸銅中電解制取Cu粉，當(dāng)電解的電流大到一定程度時(shí)，在陰極析出Cu粉末，若電流小時(shí)得到電鍍層，而得不到粉末；3、霧化法制粉：屬于機(jī)械制粉法－適合熔點(diǎn)較低的金屬及合金霧化法－只要克服液態(tài)金屬或合金，原子間的鍵合力，就能使之分散成為粉末，能量消耗小，二流霧化法－用高速氣流或高壓水流，擊碎金屬液流，①平行噴射氣流～液態(tài)金屬流平行；1－66；②垂直噴射氣流或水流～液態(tài)金屬流垂直；1-67如粒度較粗的Zn、Al粉、硅酸鋁耐火纖維；③互成角度的噴射－應(yīng)用最多V型噴射1－68錐型噴射1－69旋渦環(huán)形噴射超細(xì)粉末：常采用氣動(dòng)法－用高速氣流吹散熔融金屬流，金屬流在氣動(dòng)作用下分散成許多細(xì)小的微粒，同時(shí)冷卻、凝固；高速氣流：亞音速(接近273m/s)，超音速－1.8馬赫；離心霧化法－利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)的離心力，將金屬液流擊碎；旋轉(zhuǎn)電極法：

要霧化的金屬或合金制成自耗電極，在電弧作用下熔化，在1～2.5萬(wàn)轉(zhuǎn)/min旋轉(zhuǎn)的離心力下→破碎；1－87旋轉(zhuǎn)電極法：旋轉(zhuǎn)坩堝法：1－884、機(jī)械粉碎法－較適合于脆性材料，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最多；建材行業(yè)－水泥、玻璃、陶瓷；選煤廠、發(fā)電廠－磨煤機(jī)；選礦廠－磨礦機(jī)等；分類(lèi)：壓碎－碾碎、輥軋、鱷式破碎擊碎－錘磨擊碎＋磨削－球磨機(jī)、棒磨機(jī)等球磨機(jī)－磨球＋物料＋滾筒(旋轉(zhuǎn))①低速時(shí)：磨球自然瀉落，物料的破碎靠摩擦作用；②合適轉(zhuǎn)速時(shí)：磨球拋落，沖擊＋摩擦作用，效果最好；③臨界轉(zhuǎn)速及以上：沒(méi)有破碎作用；

影響因素：轉(zhuǎn)速－工作轉(zhuǎn)速/臨界轉(zhuǎn)速＝0.7~0.75磨球拋落，適于較粗較脆的物料；＝0.6磨球滾動(dòng)，用于研磨較細(xì)的物料；裝球量－裝球體積/滾筒體積＝裝填系數(shù)一般取0.4～0.5；球料比－裝料量應(yīng)以填滿(mǎn)磨球的間隙，并稍微掩蓋住球體表面為原則；球的大?。话闶谴笮∧デ蚺浜鲜褂?，磨球直徑≤(1/18～1/24)滾筒直徑；研磨介質(zhì)－空氣－干磨；液態(tài)－水、酒精、丙酮、汽油等－濕磨；5、粉末性能及測(cè)定成分－金屬粉末、合金粉末、金屬化合物粉末；聚集狀態(tài)單顆粒、二次顆粒；2－1外形－球形、多角形、樹(shù)枝形2－4；粒度：粗粉－150～500微米；中粉－40～150微米，細(xì)粉－10～40微米；極細(xì)粉－0.5～10微米超細(xì)粉－0.5微米以下；納米粉－100納米及以下；粒度測(cè)定：篩分法－40微米以上粉末常用，標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)：采用泰勒(Tyler)篩制－國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；習(xí)慣上采用網(wǎng)目數(shù)表示

目數(shù)－篩網(wǎng)1英寸(25.4mm)上的網(wǎng)孔數(shù)，目數(shù)↑，粒度↓；目數(shù)m＝25.4/(a+d)a－網(wǎng)孔尺寸，d－絲的直徑；

目數(shù)366080100120180240280320尺寸微米400～500250～315160～200125～160100~12563~8050~6340~5028~40三、成型液體受壓其個(gè)向受力均勻，粉末在模具內(nèi)受力是不均勻的，粉末顆粒間彼此摩擦、相互楔住，壓力的傳遞，垂直方向大、橫向??；壓坯的密度分布：密度分布、硬度分布3－28單向壓制雙向壓制3-30特殊成型：等靜壓成型－高壓泵將介質(zhì)壓入高壓容器，粉末裝入彈性模套內(nèi)粉末在同一時(shí)刻在各個(gè)方向均勻受壓制成壓塊；4－1熱等靜壓成型－同時(shí)施加高壓＋高溫使粉體的壓制、燒結(jié)一次完成，強(qiáng)化壓制和燒結(jié)過(guò)程，顯著提高致密度提高力學(xué)性能；4－17四、燒結(jié)

概念－粉末壓坯，在適當(dāng)?shù)臏囟群蜌夥罩?，所發(fā)生的物理化學(xué)變化，由粉末顆粒的聚集體→晶粒的聚集體；顆粒之間發(fā)生粘結(jié)、強(qiáng)度↑，多數(shù)情況下密度也↑粉末有自動(dòng)粘結(jié)的傾向(比表面積大，能量高)，特別是極細(xì)粉末；燒結(jié)是制品達(dá)到所要求的性能－關(guān)鍵；

燒結(jié)的熱力學(xué)過(guò)程－5－1①燒結(jié)初期：顆粒之間接觸點(diǎn)或面→晶體結(jié)合，經(jīng)過(guò)形核長(zhǎng)大→燒結(jié)頸；即顆粒界面→晶粒界面，燒結(jié)體不收縮，密度↑極小，強(qiáng)度、導(dǎo)電性明顯↑②燒結(jié)頸長(zhǎng)大：原子向結(jié)合面遷移→燒結(jié)頸擴(kuò)大→顆粒間距↓，燒結(jié)體收縮，強(qiáng)度、密度↑；③閉孔球化和縮?。寒?dāng)相對(duì)密度達(dá)到90%時(shí)，多數(shù)孔隙完全被分隔，閉孔數(shù)量↑↑，孔的形狀→趨于球形并縮小，體積仍在收縮；三個(gè)階段的界線(xiàn)不十分明顯；燒結(jié)機(jī)制－燒結(jié)中，粘結(jié)面變化、孔隙球化和縮小－發(fā)生物質(zhì)的遷移，燒結(jié)機(jī)制是研究：物質(zhì)遷移方式和速率；具體－表面擴(kuò)散、晶格擴(kuò)散(空位和間隙原子運(yùn)動(dòng))、晶界擴(kuò)散、蒸發(fā)與凝聚、塑性流動(dòng)、晶界滑動(dòng)等。燒結(jié)方法固相燒結(jié)－燒結(jié)溫度比所含金屬及合金的熔點(diǎn)都低；多元液相燒結(jié)－燒結(jié)溫度：低于高熔點(diǎn)組分的熔點(diǎn)、高于低熔點(diǎn)組分；五、燒后處理整型、浸油、機(jī)加工、熱處理、電鍍、軋制、鍛造；六、應(yīng)用舉例1、硬質(zhì)合金應(yīng)用——調(diào)質(zhì)鋼、貝氏體鋼、塑料模具鋼機(jī)加工,采煤機(jī)截齒、鑿巖機(jī)釬頭、切削工具刃口都鑲焊著硬質(zhì)合金。特點(diǎn)——硬度和耐磨性比任何種類(lèi)的鋼都高。紅硬性高；不需熱處理，也不能夠熱處理?？梢员苊獬煞制?，組織均勻；主要成分－WC(1730HV)－TiC(2850~3200HV)，－TaC(1547HV)，鉭(tan)－NbC(2055HV)，－用高韌性的鈷粉作粘接材料，分類(lèi)和牌號(hào)YG類(lèi)（鎢鈷類(lèi)）—Y、G：硬、鈷，其后數(shù)字代表鈷含量。牌號(hào)后面的“C”表示為粗晶粒合金，“X”表示細(xì)晶粒合金。YT類(lèi)（鈦鎢類(lèi)）－除WC、Co外，還有硬度比WC更高的TiC粉末。耐磨性高但強(qiáng)度和韌性低。YW類(lèi)－新發(fā)展起來(lái)的硬質(zhì)合金，含有TaC，紅硬性提高。用來(lái)切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、高速鋼等切削性能差的鋼材。

硬質(zhì)合金的牌號(hào)、成分、性能

類(lèi)型牌號(hào)成分(％)性能(≥)WCCoTiCTaCTS(Mpa)HRA鎢鈷YG3973110091YG3X973100092YG6946140089.5YG6X946135091YG6C946－88.5YG8928150089鎢鈷鈦YT58596130089.5YT1579615115091YT306643090092.5鎢鈷鈦鉭YW184664125092YW282864150091YW378679150092YW47861151300922、多孔材料含油軸承：Fe粉＋石墨粉＋硬脂酸鋅＝混合、壓制、燒結(jié)、浸油；孔隙度15～35％，具有自潤(rùn)滑性；應(yīng)用－飛機(jī)、汽車(chē)、冶金礦山機(jī)械、農(nóng)機(jī)、家電可消除潤(rùn)滑油的污染，用于食品紡織機(jī)械；其他應(yīng)用－過(guò)濾器、消聲元件利用比表面積大的特點(diǎn)－多孔電極和催化劑；利用毛細(xì)管效應(yīng)－散熱裝置，熱交