粉末冶金材料的熱處理工藝

粉末冶金材料的熱處理工藝粉末冶金材料的熱處理工藝粉末冶金材料的熱處理工藝V:1.0精細(xì)整理，僅供參考粉末冶金材料的熱處理工藝日期：20xx年X月粉末冶金材料的熱處理工藝【摘要】粉末冶金材料在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣，在取代鍛鋼件的高密度和高精度的復(fù)雜零件的應(yīng)用中，隨著粉末冶金技術(shù)的不斷進(jìn)步也取得了快速發(fā)展。但是由于后續(xù)處理工藝的差異，其物理性能和力學(xué)性能還存在著一些缺陷，本文就針對粉末冶金材料的熱處理工藝進(jìn)行簡要闡述分析，并分析其影響因素，提出改善工藝的策略?！娟P(guān)鍵詞】粉末冶金材料熱處理密度強(qiáng)度淬透性碳氮共滲一.前言粉末冶金材料在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，特別是汽車工業(yè)、生活用品、機(jī)械設(shè)備等的應(yīng)用中，粉末冶金材料已經(jīng)占有很大的比重。它們在取代低密度、低硬度和強(qiáng)度的鑄鐵材料方面已經(jīng)具有明顯優(yōu)勢，在高硬度、高精度和強(qiáng)度的精密復(fù)雜零件的應(yīng)用中也在逐漸推廣，這要?dú)w功于粉末冶金技術(shù)的快速發(fā)展。全致密鋼的熱處理工藝已經(jīng)取得了成功，但是粉末冶金材料的熱處理，由于粉末冶金材料的物理性能差異和熱處理工藝的差異，還存在著一些缺陷。各鑄造冶煉企業(yè)在粉末冶金材料的技術(shù)研究中，熱鍛、粉末注射成型、熱等靜壓、液相燒結(jié)、組合燒結(jié)等熱處理和后續(xù)處理工藝，在粉末冶金材料的物理性能與力學(xué)性能缺陷的改善中，取得了一定效果，提高了粉末冶金材料的強(qiáng)度和耐磨性，將大大擴(kuò)展粉末冶金的應(yīng)用范圍。二.粉末冶金材料的熱處理工藝粉末冶金材料的熱處理要根據(jù)其化學(xué)成分和晶粒度確定，其中的孔隙存在是一個重要因素，粉末冶金材料在壓制和燒結(jié)過程中，形成的孔隙貫穿整個零件中，孔隙的存在影響熱處理的方式和效果。粉末冶金材料的熱處理有淬火、化學(xué)熱處理、蒸汽處理和特殊熱處理幾種形式：1.淬火熱處理工藝粉末冶金材料由于孔隙的存在，在傳熱速度方面要低于致密材料，因此在淬火時，淬透性相對較差。另外淬火時，粉末材料的燒結(jié)密度和材料的導(dǎo)熱性是成正比關(guān)系的；粉末冶金材料因?yàn)闊Y(jié)工藝與致密材料的差異，內(nèi)部組織均勻性要優(yōu)于致密材料，但存在較小的微觀區(qū)域的不均勻性，所以，完全奧氏體化時間比相應(yīng)鍛件長50%，在添加合金元素時，完全奧氏體化溫度會更高、時間會更長。比如，以不同化合碳含量的燒結(jié)碳鋼為例，淬火溫度如表1所示，在粉末冶金材料的熱處理中，為了提高淬透性，通常加入一些合金元素如：鎳、鉬、錳、鉻、釩等，它們的作用跟在致密材料中的作用機(jī)理相同，可明顯細(xì)化晶粒，當(dāng)其溶于奧氏體后會增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，保證淬火時的奧氏體轉(zhuǎn)變，使淬火后材料的表面硬度增加，淬硬深度也增加。另外，粉末冶金材料淬火后都要進(jìn)行回火處理，回火處理的溫度控制對粉末冶金材料的的性能影響較大，因此要根據(jù)不同材料的特性確定回火溫度，降低回火脆性的影響，一般的材料可在175-250℃下空氣或油中回火。2.化學(xué)熱處理工藝化學(xué)熱處理一般都包括分解、吸收、擴(kuò)散三個基本過程，比如，滲碳熱處理的反應(yīng)如下：2CO≒[C]+CO2（放熱反應(yīng)）CH4≒[C]+2H2（吸熱反應(yīng)）碳分解出后被金屬表面吸收并逐漸向內(nèi)部擴(kuò)散，在材料的表面獲得足夠的碳濃度后再進(jìn)行淬火和回火處理，會提高粉末冶金材料的表面硬度和淬硬深度。由于粉末冶金材料的孔隙存在，使得活性炭原子從表面滲入內(nèi)部，完成化學(xué)熱處理的過程。但是，材料密度越高，孔隙效應(yīng)就越弱，化學(xué)熱處理的效果就越不明顯，因此，要采用碳勢較高的還原性氣氛保護(hù)。根據(jù)粉末冶金材料的孔隙特點(diǎn)，其加熱和冷卻速度要低于致密材料，所以加熱時要延長保溫時間，提高加熱溫度。粉末冶金材料的化學(xué)熱處理包括滲碳、滲氮、滲硫和多元共滲等幾種形式，在化學(xué)熱處理中，淬硬深度主要與材料的密度有關(guān)。因此，可以在熱處理工藝上采取相應(yīng)措施，比如：滲碳時，在材料密度大于7g/cm3時適當(dāng)延長時間。通過化學(xué)熱處理可提高材料的耐磨性，粉末冶金材料的不均勻奧氏體滲碳工藝，使處理后的材料滲層表面的含碳量可達(dá)2%以上，碳化物均勻分布于滲層表面，能夠很好地提高硬度和耐磨性能。3.蒸汽處理蒸汽處理是把材料通過加熱蒸汽使其表面氧化，在材料表層形成氧化膜，從而改善粉末冶金材料的性能。特別是對于粉末冶金材料的表面的防腐，其有效期比發(fā)藍(lán)處理效果明顯，處理后的材料硬度和耐磨性明顯增加。4.特殊熱處理工藝特殊熱處理工藝是近些年來科技發(fā)展的產(chǎn)物，包括感應(yīng)加熱淬火、激光表面硬化等。感應(yīng)加熱淬火是在高頻電磁感應(yīng)渦流的影響下，加熱溫度提升快，對于表面硬度的增加有顯著效果，但是容易出現(xiàn)軟點(diǎn)，一般可以采取間斷加熱法延長奧氏體化時間；激光表面硬化工藝是以激光為熱源使金屬表面快速升溫和冷卻，使奧氏體晶粒內(nèi)部的亞結(jié)構(gòu)來不及回復(fù)再結(jié)晶而獲得超細(xì)結(jié)構(gòu)。三.粉末冶金材料熱處理的影響因素分析粉末冶金材料在燒結(jié)過程中生成的孔隙是其固有特點(diǎn)，也給熱處理帶來了很大影響，特別是孔隙率的變化與熱處理的關(guān)系，為了改善致密性和晶粒度，加入的合金元素也對熱處理有一定影響：1.孔隙對熱處理過程的影響粉末冶金材料在熱處理時，通過快速冷卻抑制奧氏體擴(kuò)散轉(zhuǎn)變成其他組織，從而獲得馬氏體，而孔隙的存在對材料的散熱性影響較大。通過導(dǎo)熱率公式：導(dǎo)熱率=金屬理論導(dǎo)熱率×（1-2×孔隙率）/100可以看出，淬透性隨著孔隙率的增加而下降。另一方面，孔隙還影響材料的密度，對材料熱處理后表面硬度和淬硬深度的效果又因密度影響而有關(guān)聯(lián)，降低了材料表面硬度。而且，因?yàn)榭紫兜拇嬖?，淬火時不能用鹽水作為介質(zhì)，以免因鹽分殘留造成腐蝕，所以，一般熱處理是在真空或氣體介質(zhì)中進(jìn)行的。2.孔隙率對熱處理時表面淬硬深度的影響粉末冶金材料的熱處理效果與材料的密度、滲（淬）透性、導(dǎo)熱性和電阻性有關(guān)，孔隙率是造成這些因素的最大原因，孔隙率超過8%時，氣體就會通過空隙迅速滲透，在進(jìn)行滲碳硬化時，增加滲碳深度，表面硬化的效果就會降低。而且，如果滲碳?xì)怏w滲入速度過快，在淬火中會產(chǎn)生軟點(diǎn)，降低表面硬度，使材料脆變和變形。3.合金含量和類型對粉末冶金熱處理的影響合金元素中常見的是銅和鎳，它們的含量與類型都會對熱處理效果產(chǎn)生影響。熱處理硬化深度隨銅含量、碳含量的增加而逐漸增高達(dá)到一定含量時又逐漸降低；鎳合金的剛度要大于銅合金，但是鎳含量的不均勻性會導(dǎo)致奧氏體組織不均勻；4.高溫?zé)Y(jié)的影響高溫?zé)Y(jié)雖然可以獲得最佳的合金化效果和促進(jìn)致密化，但是，燒結(jié)溫度的不同，特別是溫度較低時，會導(dǎo)致熱處理的敏感性下降（固溶體中的合金減少）和機(jī)械性能下降。因此，采用高溫?zé)Y(jié)，輔助以充分的還原氣氛，可以獲得較好的熱處理效果。四、結(jié)語粉末冶金材料的熱處理工藝是一個復(fù)雜的過程，它與孔隙率、合金類型、合金元素含量、燒結(jié)溫度有關(guān)系，同致密材料相比，內(nèi)部的均勻性較差，要想獲得較高的淬透性，要提高完全奧氏體化溫度并延長時間，不均勻奧氏體滲碳可得到不受奧氏體飽和碳濃度限制的高碳濃度。另外，加入合金元素也可提高淬透性。蒸汽處理可顯