粉末冶金燒結培訓

關于粉末冶金燒結培訓第1頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五1.燒結原理就是將粉末壓坯在低于其主要成分熔點的溫度下進行加熱保溫，然后以一定的方式和速度進行冷卻，從而獲得所需要的強度和各種物理機械性能的一種過程。

輸入燒結過程輸出粉末顆粒的聚集體晶粒的聚結體溫度、速度氣氛、流量第2頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五2.1燒結的過程A粘結階段燒結初期,顆粒間的原始接觸點或面轉變成晶體結合，即通過成核、結晶長大等原子過程形成燒結頸。B燒結頸長大階段原子向顆粒結合面的大量遷移使燒結頸擴大，顆粒間距離縮小，形成連續(xù)的孔隙網(wǎng)絡；同時由于晶粒長大，晶界越過孔隙移動，而被晶界掃過的地方，孔隙大量消失。燒結體收縮，密度和強度增加是這個階段的主要特征；C閉孔隙球化和縮小階段當燒結體密度達到90%多數(shù)孔隙被完全分隔,閉孔數(shù)量大為增加，孔隙形狀趨近球形并不斷縮小。在這個階段，整個燒結體仍可緩慢收縮，但主要是靠小孔的消失和孔隙數(shù)量的減少來實現(xiàn)。第3頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五2.1燒結的過程生坯912度1083度1120度燒結頸第4頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五2.2各元素在燒結過程的作用

2.2.1CuA從生坯到910度以下此狀態(tài)下，生坯為鐵粉+Cu粉及粉末顆粒間的縫隙構成。600度附近開始發(fā)生燒結現(xiàn)象。開始有微量收縮。溫度越高燒結越大。但此時未發(fā)生合金化。B在910度到Cu的熔點1083以下因為燒結溫度較高，鐵粉和銅粉雖然在固態(tài)下有合金化反應，但燒結體此時組成大體和生坯相同狀態(tài)C1083以上到1150燒結溫度高于1083度，燒結產品內的Cu顆粒進行融化，形成液相，流入鐵粉顆粒間。當銅粉顆粒融化和流出后在原顆粒的位置形成流出孔隙。這就是含油軸承孔隙組織中的“儲油孔隙”。隨著溫度的升高。液相Cu逐步擴散到γ鐵中形成鐵銅合金，致使燒結品體積膨脹和總孔隙度再次增大。在此階段可認為基本形成了由“毛細狀孔隙”與由Cu粉流出的儲油孔隙組成含油軸承所需要的孔隙結構D1150度保溫0-120min

此溫度下保溫時間增長，孔隙逐步減小，產品產生收縮，強度徐徐增高。第5頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五2.2各元素在燒結過程的作用

2.2.2CA碳含量影響材料的顯微組織中各相的含量，從而嚴重影響材料的力學性能。B隨著碳含量的增加，抗拉強度先增后減。在0.8%時候最高，而延展率隨碳含量的增加而呈下降趨勢。軸向膨脹率隨碳含量的增加而減少。第6頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五2.2各元素在燒結過程的作用

2.2.2CC碳在鐵中通過擴散形成奧氏體，擴散得很快，10-20分鐘內就溶解完全。D當鐵粉全部轉變?yōu)閵W氏體后，碳在其中的濃度分布仍不均勻。溫度低，燒結后將殘留大量游離石墨，甚至不發(fā)生碳向奧氏體的溶解；E燒結充分保溫后冷卻，奧氏體分解，形成以珠光體為主要組織組成物的多相結構。珠光體的數(shù)量和形態(tài)取決于冷卻速度，冷卻愈快，珠光體彌散度愈大，硬度與強度也愈高。如果緩慢冷卻，由于孔隙與殘留石墨的作用，有可能加速石墨化過程。第7頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五2.2各元素在燒結過程的作用

第8頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五2.2各元素在燒結過程的作用

2.2.3Ni、MoANi粉在燒結時不能完全擴散，燒結狀態(tài)下其組織為淺色富Ni奧氏體區(qū)，針狀馬氏體或貝氏體圍繞在該區(qū)邊緣。熱處理狀態(tài)下富Ni區(qū)為淺色，芯部為奧氏體，周圍為針狀馬氏體。B富含Cu和Mo的顆粒邊界，形成馬氏體和下貝氏體。第9頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五2.2各元素在燒結過程的作用

2.2.3Ni、Mo富Ni區(qū)形成奧氏體珠光體鐵素體富含Cu和Mo的顆粒邊界，形成馬氏體和下貝氏體第10頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五3.

燒結爐的分類按加熱絲方式：分為燃料加熱和電加熱按生產方式：間歇式和連續(xù)式按傳遞方式：網(wǎng)帶式、推舟式及步進梁第11頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五4.連續(xù)燒結爐的特征和用途優(yōu)點：工件在運輸過程中加熱均勻，不受沖擊震動，變形量小缺點：網(wǎng)帶是由耐熱合金制成，一般情況最高溫度＜1150℃，網(wǎng)帶受耐熱溫度的限制，網(wǎng)帶反復加熱和冷卻，壽命較短，熱損失比較大

網(wǎng)帶式燒結爐是在直通式爐膛中裝輸送帶，連續(xù)地將放在其上的工件送入爐內，工件相對靜止，平穩(wěn)地通過爐膛加熱，加熱時間由無級調整網(wǎng)帶來控制工件在爐內進行預熱、燒結、冷卻，最后由出爐口出爐。第12頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五5.網(wǎng)帶式連續(xù)燒結爐的基本構造介紹

預熱階段型式

高溫保溫階段型式冷卻段第13頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五5.1預熱階段型式①5.1.1RBO（RapidBurnOff）原理：就是用液化石油氣直接燃燒加速脫蠟a空氣/瓦斯C3H8+5（O2+4N2）3CO2+4H2O+20N2

1

：25空氣量太多，表面脫碳無金屬光澤空氣量太少，燃燒不完全表面積碳不干凈b使用溫度650~750℃溫度高：去除材質內潤滑劑效果好，表面燃燒脫碳的傾向增加第14頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五5.1.2

爐芯管的預熱帶

a特點表面脫碳的傾向相對小，主要問題是比較會有爆米花現(xiàn)象預熱速度比較慢，相對預熱時間長，增加了預熱帶的爐體長度，設備占地面積大b“爆米花”形成原因壓坯在預熱階段，由于壓坯內潤滑劑（硬脂酸鋅）的分解，分解后的氣體產物從粉末壓坯中迅速逸出，隨爐內氣氛排向爐口燃燒。如果在此階段升溫速度過快，由于分解氣體從壓坯中逸出過猛，會形成壓坯表面氣泡和變形

預熱階段型式②第15頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五c、預熱階段作用預熱粉末壓壞和燒除潤滑劑預熱階段型式③第16頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五5.2高溫保溫階段型式①5.2.1有爐芯管的高溫區(qū)（muffle馬弗）優(yōu)點：爐子密封性好，耗氣量少，電熱元件及爐襯

不受爐氣氣氛的影響，爐內露點易維持缺點：爐芯管的成本高，壽命不長第17頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五高溫保溫階段型式②使壓坯在規(guī)定溫度下保溫足夠長的時間，從而獲得燒結零件所需的物理機械性能c、高溫保溫階段作用5.2.2

SIC砌磚型式的高溫區(qū)（brickwork）優(yōu)點：爐芯使用周期長，成本低缺點：爐內干燥時間長，停爐磚容易吸收水份，對爐子密封性要求高第18頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五5.3冷卻階段型式①

5.3.1普通水套冷卻

通過夾套內冷卻水的作用，對產品進行間接冷熱交換

一般來講，水套中冷卻水流方向與產品運行方向相反

水套冷卻帶中溫度必須略高于爐內氣氛露點溫度第19頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五冷卻階段型式②5.3.2快速冷卻裝置（RapidCooling）工作原理：利用風扇循環(huán)爐內氣體，并通過水冷熱交換器將氣體冷卻下來，冷卻后的氣體噴向料舟和產品，通過前后風門的開度調節(jié)，從而控制循環(huán)氣流量，這樣就可以在一定的范圍以內控制冷卻速率和產品組織轉變，以形成不同特定微觀結構。冷卻階段作用使壓坯從高溫緩慢冷卻到再結晶溫度，然后快速冷卻以得到產品的最終組織結構

第20頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五6.高溫燒結爐簡單介紹①a.溫度使用范圍0—1350℃b.高溫燒結爐常見型式：推舟式和步進梁式

c.高溫燒結的目的

提高粉末冶金零件的力學性能第21頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五6.高溫燒結爐簡單介紹②d.高溫燒結Fe-Mo-Cr-Cu合金零件的優(yōu)點①

金成分更均勻②

高的密度③

內部空隙更?、?/p>

更高的屈服強度⑤

極限抗拉強度提高⑥硬度提高第22頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五7.燒結氣氛一、燒結氣氛的作用①防止燒結制品氧化②控制碳勢③排除爐內雜質④凈化爐氣

第23頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五①燒結后產品的組分不變即不氧化不脫碳②能還原粉末顆粒表面氧化③對燒結爐的加熱文件、傳送帶、耐火材料腐蝕性?、苁褂冒踩菰县S富、容易制取、成本低廉

二、選擇燒結氣氛的原則第24頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五燒結氣氛可分為還原性、真空及中性（惰性）、氧化性、滲碳性（或脫碳性）、氮化性等類型根據(jù)制備氣氛的原樣不同分類：

a.放熱式氣氛

b.吸熱式氣氛

c.防熱—吸熱式氣氛

d.有機液體裂解氣氛

e.氨分解氣氛

f.氮基氣氛

g.木炭制備氣氛

h.氫氣三、燒結氣氛的分類第25頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五氨分解氣氛是以液氨為原料，在催化劑的作用下分解反應溫度850~900℃獲得的氣氛、分解氨含氫量高、含氧量極微，少量水氣容易干燥除去，是一種高純度的還原性氣氛。

2NH3 3H2+N21。原理四、氨分解氣氛①第26頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五四、氨分解氣氛②液氨瓶（槽） 氣化分解爐冷卻器干燥凈化系統(tǒng)

入爐

2。制備分解氨的流程3。氨分解氣氛管理指標殘NH3量

NH3%要求0.1%以下

露點DP值

一般使用要求-35℃以下

第27頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五四、氨分解氣氛②表1、露點與水分含有量的對應關系露點溫度水分含有量℃mg/lvol%4051.07.293539.75.563030.54.262523.13.132017.32.311512.91.69109.461.2156.830.86004.880.602-53.410.416-102.350.282-151.610.186-201.080.124-250.7080.0799-300.4550.0502-350.2870.0310-400.1770.0188-450.1060.0109-500.06250.0063-600.01970.0020-700.00570.0006第28頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五氮基氣氛指的是以空氣分離氮（液氮、分子篩制氮等）分別與一定量的氫氣，燃料氣有機液體以及含有一定比例氧化性介質（H2O、CO2、空氣）的燃料氣混合，直接通入工作爐內所生成的氣氛。五、氮基氣氛第29頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五吸熱式氣氛是將燃料氣（天然氣、丙烷等）按一定比例空氣混合（完全燃燒程式20~40%）后，送入有外部供熱（反應溫度1000~1050℃）的反應管中，在催化劑（一般用NI基）的作用下進行裂解和不完全燃燒反應，所組成的氣氛經迅速冷卻而制成。

2C3H8+3O2+3×3.76N26CO+8H2+3×3.76N2

丙烷

空氣23%31%46%1。原理六、吸熱式氣氛①第30頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五①爐外裂解裝置（例如：RX燒結爐）②爐內裂解裝置（例如：意得滲碳爐）③內置式發(fā)生裝置（例如：揚保滲碳爐）

3。吸熱式氣氛的制備流程

2。吸熱式氣氛的制備方法六、吸熱式氣氛②第31頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五燃料要求：①價格低廉②裂解轉化完全，不易積碳黑③硫含量低（＜180mg/m3④便于運輸和儲存⑤成分穩(wěn)定

4。制備可控氣氛燃料要求六、吸熱式氣氛③第32頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五國內外燃料要求對比

國別成分中國日本（液化石油氣標準JISK2240）C3H8或C4H10＞95%＞98%稀烴量＜5%--C5以上重烴＜3%--S%＜0.187g/m3＜0.01%六、吸熱式氣氛④第33頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五1碳勢

就是在工藝要求溫度下把爐氣調整到與某種鋼的碳含量相平衡或者工件表面碳含量達到工藝要求

2露點（DEWPOINT）

當溫度下降到足以使氣氛中的水蒸汽達到完全飽和（凝結成霧狀）時，我們把此時的溫度稱為露點溫度七、爐氣碳勢控制原理①第34頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五3爐氣控制

3.1吸熱式氣氛中主要成分性質

CO、H2、CH4

還原性氣體

CO2、H2O 氧化性氣體N2 中性氣體氧化與還原：Fe+H2OFeO+H2

Fe+CO2FeO+CO增碳與脫碳：CO2+