粉末冶金燒結(jié)培訓(xùn)

關(guān)于粉末冶金燒結(jié)培訓(xùn)第1頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五1.燒結(jié)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(jié)過程輸出粉末顆粒的聚集體晶粒的聚結(jié)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(jié)的過程A粘結(jié)階段燒結(jié)初期,顆粒間的原始接觸點或面轉(zhuǎn)變成晶體結(jié)合，即通過成核、結(jié)晶長大等原子過程形成燒結(jié)頸。B燒結(jié)頸長大階段原子向顆粒結(jié)合面的大量遷移使燒結(jié)頸擴大，顆粒間距離縮小，形成連續(xù)的孔隙網(wǎng)絡(luò)；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(jié)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(dāng)燒結(jié)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(jié)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(jié)的過程生坯912度1083度1120度燒結(jié)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(jié)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(gòu)成。600度附近開始發(fā)生燒結(jié)現(xiàn)象。開始有微量收縮。溫度越高燒結(jié)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(jié)溫度較高，鐵粉和銅粉雖然在固態(tài)下有合金化反應(yīng)，但燒結(jié)體此時組成大體和生坯相同狀態(tài)C1083以上到1150燒結(jié)溫度高于1083度，燒結(jié)產(chǎn)品內(nèi)的Cu顆粒進行融化，形成液相，流入鐵粉顆粒間。當(dāng)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(jié)品體積膨脹和總孔隙度再次增大。在此階段可認(rèn)為基本形成了由“毛細(xì)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(jié)構(gòu)D1150度保溫0-120min

此溫度下保溫時間增長，孔隙逐步減小，產(chǎn)品產(chǎn)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(jié)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(yán)重影響材料的力學(xué)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(jié)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(nèi)就溶解完全。D當(dāng)鐵粉全部轉(zhuǎn)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(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)。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(jié)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(jié)過程的作用

2.2.3Ni、MoANi粉在燒結(jié)時不能完全擴散，燒結(jié)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(jié)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(jié)爐的分類按加熱絲方式：分為燃料加熱和電加熱按生產(chǎn)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(jié)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(fù)加熱和冷卻，壽命較短，熱損失比較大

網(wǎng)帶式燒結(jié)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(nèi)，工件相對靜止，平穩(wěn)地通過爐膛加熱，加熱時間由無級調(diào)整網(wǎng)帶來控制工件在爐內(nèi)進行預(yù)熱、燒結(jié)、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(jié)爐的基本構(gòu)造介紹

預(yù)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(yù)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(zhì)內(nèi)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(yù)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(yù)熱速度比較慢，相對預(yù)熱時間長，增加了預(yù)熱帶的爐體長度，設(shè)備占地面積大b“爆米花”形成原因壓坯在預(yù)熱階段，由于壓坯內(nèi)潤滑劑（硬脂酸鋅）的分解，分解后的氣體產(chǎn)物從粉末壓坯中迅速逸出，隨爐內(nèi)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(yù)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(yù)熱階段作用預(yù)熱粉末壓壞和燒除潤滑劑預(yù)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(nèi)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(jié)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(nèi)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(nèi)冷卻水的作用，對產(chǎn)品進行間接冷熱交換

一般來講，水套中冷卻水流方向與產(chǎn)品運行方向相反

水套冷卻帶中溫度必須略高于爐內(nèi)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(fēng)扇循環(huán)爐內(nèi)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(chǎn)品，通過前后風(fēng)門的開度調(diào)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(nèi)控制冷卻速率和產(chǎn)品組織轉(zhuǎn)變，以形成不同特定微觀結(jié)構(gòu)。冷卻階段作用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)

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

c.高溫?zé)Y(jié)的目的

提高粉末冶金零件的力學(xué)性能第21頁，共41頁，2022年，5月20日，15點31分，星期五6.高溫?zé)Y(jié)爐簡單介紹②d.高溫?zé)Y(jié)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(nèi)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(jié)氣氛一、燒結(jié)氣氛的作用①防止燒結(jié)制品氧化②控制碳勢③排除爐內(nèi)雜質(zhì)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(jié)后產(chǎn)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(jié)爐的加熱文件、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

二、選擇燒結(jié)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(jié)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(jié)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(yīng)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(biāo)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(yīng)關(guān)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(zhì)（H2O、CO2、空氣）的燃料氣混合，直接通入工作爐內(nèi)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(yīng)溫度1000~1050℃）的反應(yīng)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(yīng)，所組成的氣氛經(jīng)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(jié)爐）②爐內(nèi)裂解裝置（例如：意得滲碳爐）③內(nèi)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(zhuǎn)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(nèi)外燃料要求對比

國別成分中國日本（液化石油氣標(biāo)準(zhǔn)JISK2240）C3H8或C4H10＞95%＞98%稀烴量＜5%--C5以上重?zé)N＜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(diào)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(dāng)溫度下降到足以使氣氛中的水蒸汽達到完全飽和（凝結(jié)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(zhì)

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+