粉末冶金工藝基本知識(shí)

粉末冶金工藝基本知識(shí)粉末冶金工藝基本知識(shí)粉末冶金工藝基本知識(shí)xxx公司粉末冶金工藝基本知識(shí)文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度粉末冶金工藝基本知識(shí)粉末冶金成形

粉末冶金工藝及材料

粉末冶金是制取金屬粉末并通過成形和燒結(jié)等工藝將金屬粉末或與非金屬粉末的混合物制成制品的加工方法，既可制取用普通熔煉方法難以制取的特殊材料，又可制造各種精密的機(jī)械零件，省工省料。但其模具和金屬粉末成本較高，批量小或制品尺寸過大時(shí)不宜采用。粉末冶金材料和工藝與傳統(tǒng)材料工藝相比，具有以下特點(diǎn)：

1．粉末冶金工藝是在低于基體金屬的熔點(diǎn)下進(jìn)行的，因此可以獲得熔點(diǎn)、密度相差懸殊的多種金屬、金屬與陶瓷、金屬與塑料等多相不均質(zhì)的特殊功能復(fù)合材料和制品。

2．提高材料性能。用特殊方法制取的細(xì)小金屬或合金粉末，凝固速度極快、晶粒細(xì)小均勻，保證了材料的組織均勻，性能穩(wěn)定，以及良好的冷、熱加工性能，且粉末顆粒不受合金元素和含量的限制，可提高強(qiáng)化相含量，從而發(fā)展新的材料體系。

3．利用各種成形工藝，可以將粉末原料直接成形為少余量、無余量的毛坯或凈形零件，大量減少機(jī)加工量。提高材料利用率，降低成本。

粉末冶金的品種繁多，主要有：鎢等難熔金屬及合金制品；用Co、Ni等作粘結(jié)劑的碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）等硬質(zhì)合金，用于制造切削刀具和耐磨刀具中的鉆頭、車刀、銑刀，還可制造模具等；Cu合金、不銹鋼及Ni等多孔材料，用于制造燒結(jié)含油軸承、燒結(jié)金屬過濾器及紡織環(huán)等。隨著粉末冶金生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，粉末冶金及其制品將在更加廣泛的應(yīng)用。

1粉末冶金基礎(chǔ)知識(shí)

⒈1粉末的化學(xué)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(jì)量單位一般是以微米（μm）或納米（nm）。

1.粉末的化學(xué)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(zhì)和氣體含量不超過1%～2%，否則會(huì)影響制品的質(zhì)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(dú)立存在的最小實(shí)體為單顆粒。實(shí)際的粉末往往是團(tuán)聚了的顆粒，即二次顆粒。圖描繪了由若干一次顆粒聚集成二次顆粒的情形。實(shí)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(zhì)量粉末的總表面積，可通過實(shí)際測(cè)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(dòng)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(shí)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(zhì)有關(guān)。

⑵流動(dòng)性

指粉末的流動(dòng)能力，常用50克粉末從標(biāo)準(zhǔn)漏斗流出所需的時(shí)間表示。流動(dòng)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(dá)到的壓坯密度表示，在標(biāo)準(zhǔn)模具中,規(guī)定的潤滑條件下測(cè)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(jié)構(gòu)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(qiáng)度來衡量。成形性受顆粒形狀和結(jié)構(gòu)的影響。

粉末冶金的機(jī)理

1.壓制的機(jī)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(shí)成預(yù)定形狀和尺寸壓坯的工藝過程。鋼模冷壓成形過程如圖所示。粉末裝入陰模,通過上下模沖對(duì)其施壓。在壓縮過程中，隨著粉末的移動(dòng)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(jī)械楔合作用增強(qiáng)，從而形成具有一定密度和強(qiáng)度的壓坯。

2.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(shí)間內(nèi)各個(gè)方向上均衡受壓而獲得密度分布均勻和強(qiáng)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(xué)性能較好，尺寸大且形狀復(fù)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(jī)高壓容器中，施以高溫和高壓，使這些粉末體被壓制和燒結(jié)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(kuò)散和蠕變現(xiàn)象的發(fā)生，促進(jìn)粉末的原子擴(kuò)散和再結(jié)晶及以極緩慢的速率進(jìn)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(shí)間經(jīng)受高溫和高壓的聯(lián)合作用，強(qiáng)化了壓制與燒結(jié)過程，制品的壓制壓力和燒結(jié)溫度均低于冷等靜壓制，制品的致密度和強(qiáng)度高，且均勻一致，晶粒細(xì)小，力學(xué)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(jī)價(jià)格高，投資大。熱等靜壓制已用于粉末高速鋼、難熔金屬、高溫合金和金屬陶瓷等制品的生產(chǎn)。

3.粉末軋制

將粉末通過漏斗喂入一對(duì)旋轉(zhuǎn)軋輥之間使其壓實(shí)成連續(xù)帶坯的方法。將金屬粉末通過一個(gè)特制的漏斗喂入轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥縫中，可軋出具有一定厚度、長度連續(xù)、強(qiáng)度適宜的板帶坯料。這些坯體經(jīng)預(yù)燒結(jié)、燒結(jié)，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(huì)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(fù)合材料和硬質(zhì)合金等的板材及帶材。

4.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5μm～10μm，粉末在懸浮液中的質(zhì)量含量為40%～70%。粉漿成形工藝參見本書。

5.擠壓成形

將置于擠壓筒內(nèi)的粉末、壓坯或燒結(jié)體通過規(guī)定的?？讐撼?。按照擠壓條件不同，分為冷擠壓和熱擠壓。冷擠壓是把金屬粉末與一定量的有機(jī)粘結(jié)劑混合在較低溫度下（40℃～200℃）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(fù)雜、性能優(yōu)良的制品和材料。擠壓成形設(shè)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，直徑1mm的粉末冶金制品；可擠壓形狀復(fù)雜、物理力學(xué)性能優(yōu)良的致密粉末材料，如燒結(jié)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）。

6.松裝燒結(jié)成形

粉末未經(jīng)壓制而直接進(jìn)行燒結(jié)，如將粉末裝入模具中振實(shí)，再連同模具一起入爐燒結(jié)成形，用于多孔材料的生產(chǎn)；或?qū)⒎勰┚鶆蛩裳b于芯板上，再連同芯板一起入爐燒結(jié)成形，再經(jīng)復(fù)壓或軋制達(dá)到所需密度，用于制動(dòng)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(jié)體通過規(guī)定的?？讐撼?。按照擠壓條件不同，分為冷擠壓和熱擠壓。冷擠壓是把金屬粉末與一定量的有機(jī)粘結(jié)劑混合在較低溫度下（40℃～200℃）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(fù)雜、性能優(yōu)良的制品和材料。擠壓成形設(shè)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(jié)的成形方法。爆炸成形的特點(diǎn)是爆炸時(shí)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(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的沖擊壓力可達(dá)106MPa（相當(dāng)于107個(gè)大氣壓），比壓力機(jī)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(duì)密度極高，強(qiáng)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(jié)工藝難以成形的材料，如難熔金屬、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(shù)等新的成形方法。

2.燒結(jié)的機(jī)理

燒結(jié)是粉末或壓坯在低于其主要組分熔點(diǎn)溫度以下的熱處理過程，目的是通過顆粒間的冶金結(jié)合以提高其強(qiáng)度。隨著溫度升高，粉末或壓坯中產(chǎn)生一系列的物理、化學(xué)變化：水和有機(jī)物的蒸發(fā)或揮發(fā)、吸附氣體的排除、應(yīng)力消除以及粉末顆粒表面氧化物的還原等，接著粉末表層原子間的相互擴(kuò)散和塑性流動(dòng)。隨著顆粒間接觸面的增大，會(huì)產(chǎn)生再結(jié)晶和晶粒長大，有時(shí)出現(xiàn)固相的熔化和重結(jié)晶。以上各過程常常會(huì)相互重疊，相互影響，使燒結(jié)過程變得十分復(fù)雜。燒結(jié)過程中制品顯微組織的變化如圖所示。

2粉末冶金工藝

粉末制備

金屬粉末的制備方法分為兩大類：機(jī)械法和物理化學(xué)法。還有新研制的機(jī)械合金化法，汞齊法、蒸發(fā)法、超聲粉碎法等超微粉末制造技術(shù)。制備方法決定著粉末的顆粒大小、形狀、松裝密度、化學(xué)成分、壓制性、燒結(jié)性等。

粉末的預(yù)處理

粉末的預(yù)處理包括粉末退火、分級(jí)、混合、制粒、加潤滑劑等。

1.退火

粉末的預(yù)先退火可以使氧化物還原，降低碳和其它雜質(zhì)的含量，提高粉末的純度；同時(shí)，還能消除粉末的加工硬化、穩(wěn)定粉末的晶體結(jié)構(gòu)。退火溫度根據(jù)金屬粉末的種類而不同，通常為金屬熔點(diǎn)的～。通常，電解銅粉的退火溫度約為300，電解鐵粉或電解鎳粉的約為700℃，不能超過900℃。退火一般用還原性氣氛，有時(shí)也用真空或惰性氣氛。

2.分級(jí)

將粉末按粒度大小分成若干級(jí)的過程。分級(jí)使配料時(shí)易于控制粉末的粒度和粒度分布，以適應(yīng)成形工藝要求，常用標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)篩分進(jìn)行分級(jí)。

3.混合

指將兩種或兩種以上不同成分的粉末均勻化的過程?；旌匣旧嫌袃煞N方法：機(jī)械法和化學(xué)法，廣泛應(yīng)用的是機(jī)械法，將粉末或混合料機(jī)械的摻和均勻而不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。機(jī)械法混料又可分為干混和濕混，鐵基等制品生產(chǎn)中廣泛采用干混；制備硬質(zhì)合金混合料則常使用濕混。濕混時(shí)常用的液體介質(zhì)為酒精、汽油、丙酮、水等。化學(xué)法混料是將金屬或化合物粉末與添加金屬的鹽溶液均勻混合；或者是各組元全部以某種鹽的溶液形式混合，然后經(jīng)沉淀、干燥和還原等處理而得到均勻分布的混合物。

常需加入的添加劑，用于提高壓坯強(qiáng)度或防止粉末成分偏析的增塑劑（汽油、橡膠溶液、石蠟等），用于減少顆粒間及壓坯與模壁間摩擦的潤滑劑（硬質(zhì)酸鋅、二硫化鉬等）。

4.制粒

將小顆粒的粉末制成大顆?；驁F(tuán)粒的工序，常用來改善粉末的流動(dòng)性。常用的制粒設(shè)備有振動(dòng)篩、滾筒制粒機(jī)、圓盤制粒機(jī)等。

成形

成形是將粉末轉(zhuǎn)變成具有所需形狀的凝聚體的過程。常用的成形方法有模壓、軋制、擠壓、等靜壓、松裝燒結(jié)成形、粉漿澆注和爆炸成形等。

1.模壓

即粉末料在壓模內(nèi)壓制。室溫壓制時(shí)一般需要約1噸/厘米2以上的壓力，壓制壓力過大時(shí)，影響加壓工具；并且有時(shí)坯體發(fā)生層狀裂紋、傷痕和缺陷等。壓制壓力的最大限度為12—15噸／厘米2。超過極限強(qiáng)度后，粉末顆粒發(fā)生粉碎性破壞。

圖常用的模壓方法

1、8—固定模沖2、6—固定陰模3—粉末

4、5、7、10—運(yùn)動(dòng)模沖

9—浮動(dòng)陰模

常用的模壓方法有單向壓制、雙向壓制、浮動(dòng)模壓制等。⑴單向壓制

即固定陰模中的粉末在一個(gè)運(yùn)動(dòng)模沖和一個(gè)固定模沖之間進(jìn)行壓制的方法，如圖所示。單向壓制模具簡單，操作方便，生產(chǎn)效率高，但壓制時(shí)受摩擦力的影響，制品密度不均勻，適宜壓制高度或厚度較小的制品。

⑵雙向壓制

陰模中粉末在相向運(yùn)動(dòng)的模沖之間進(jìn)行壓制的方法，如圖所示。雙向壓制比較適宜高度或厚度較大的制品。雙向壓制壓坯的密度較單向壓制均勻，但雙向同時(shí)加壓時(shí)，壓坯厚度的中間部分密度較低。

⑶浮動(dòng)壓制（一覽冶金英才網(wǎng)）

浮動(dòng)陰模中的粉末在一個(gè)運(yùn)動(dòng)模沖和一個(gè)固定模沖之間進(jìn)行壓制，如圖。陰模由彈簧支承，處于浮動(dòng)狀態(tài)，開始加壓時(shí)，由于粉末與陰模壁間摩擦力小于彈簧支承力，只有上模沖向下移動(dòng)；隨著壓力增大，當(dāng)二者的摩擦力大于彈簧支承力時(shí)，陰模與上模沖一起下行，與下模沖間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，使單向壓制轉(zhuǎn)變?yōu)閴号鞯碾p向受壓，而且壓坯雙向不同時(shí)受壓，這樣壓坯的密度更均勻。

燒結(jié)

1.燒結(jié)的方法

不同的產(chǎn)品、不同的性能燒結(jié)方法不一樣。

⑴按原料組成不同分類?？梢詫Y(jié)分為單元系燒結(jié)、多元系固相燒結(jié)及多元系液相燒結(jié)。單元系燒結(jié)是純金屬（如難熔金屬和純鐵軟磁材料）或化合物(Al2O3、B4C、BeO、MoSi2等)熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行固相燒結(jié)。多元系固相燒結(jié)是由兩種或兩種以上的組元構(gòu)成的燒結(jié)體系，在其中低熔成分的熔點(diǎn)溫度以下進(jìn)行的固相燒結(jié)。粉末燒結(jié)合金多屬于這一類。如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(jié)以超過系統(tǒng)中低熔成分熔點(diǎn)的溫度進(jìn)行的燒結(jié)。如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(jìn)料方式不同分類。分為為連續(xù)燒結(jié)和間歇燒結(jié)。

連續(xù)燒結(jié)

燒結(jié)爐具有脫蠟、預(yù)燒、燒結(jié)、制冷各功能區(qū)段，燒結(jié)時(shí)燒結(jié)材料連續(xù)地或平穩(wěn)、分段地完成各階段的燒結(jié)。連續(xù)燒結(jié)生產(chǎn)效率高，適用于大批量生產(chǎn)。常用的進(jìn)料方式有推桿式、輥道式和網(wǎng)帶傳送式等。

間歇燒結(jié)

零件置于爐內(nèi)靜止不動(dòng)，通過控溫設(shè)備，對(duì)燒結(jié)爐進(jìn)行需要的預(yù)熱、加熱及冷卻循環(huán)操作，完成燒結(jié)材料的燒結(jié)過程。間歇燒結(jié)可依據(jù)爐內(nèi)燒結(jié)材料的性能確定合適的燒結(jié)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(jié)爐有鐘罩式爐、箱式爐等。

除上述分類方法外。按燒結(jié)溫度下是否有液相分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)；按燒結(jié)溫度分為中溫?zé)Y(jié)和高溫?zé)Y(jié)（1100～1700℃），按燒結(jié)氣氛的不同分為空氣燒結(jié)，氫氣保護(hù)燒結(jié)（如鉬絲爐、不銹鋼管和氫氣爐等）和真空燒結(jié)。另外還有超高壓燒結(jié)、活化熱壓燒結(jié)等新的燒結(jié)技術(shù)。

2.影響粉末制品燒結(jié)質(zhì)量的因素

影響燒結(jié)體性能的因素很多，主要是粉末體的性狀、成形條件和燒結(jié)的條件。燒結(jié)條件的因素包括加熱速度、燒結(jié)溫度和時(shí)間、冷卻速度、燒結(jié)氣氛及燒結(jié)加壓狀況等。

⑴燒結(jié)溫度和時(shí)間

燒結(jié)溫度的高低和時(shí)間的長短影響到燒結(jié)體的孔隙率、致密度、強(qiáng)度和硬度等。燒結(jié)溫度過高和時(shí)間過長，將降低產(chǎn)品性能，甚至出現(xiàn)制品過燒缺陷；燒結(jié)溫度過低或時(shí)間過短，制品會(huì)因欠燒而引起性能下降。

⑵燒結(jié)氣氛

粉末冶金常用的燒結(jié)氣氛有還原氣氛、真空、氫氣氛等。燒結(jié)氣氛也直接影響到燒結(jié)體的性能。在還原氣氛下燒結(jié)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(zhì)合金、不銹鋼常采用純氫?；钚越饘倩螂y熔金屬（如鈹、鈦、鋯、鉭）、含TiC的硬質(zhì)合金及不銹鋼等可采用真空燒結(jié)。真空燒結(jié)能避免氣氛中的有害成分（H2O、O2、H2）等的不利影響，還可降低燒結(jié)溫度（一般可降低100～150℃）。

后處理

指壓坯燒結(jié)后的進(jìn)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(fù)壓、浸漬、熱處理、表面處理和切削加工等。

1.復(fù)壓

為提高燒結(jié)體物理和力學(xué)性能而進(jìn)行的施加壓力處理，包括精整和整形等。精整是為達(dá)到所需尺寸而進(jìn)行的復(fù)壓，通過精整模對(duì)燒結(jié)體施壓以提高精度。整形是為達(dá)到特定的表面形狀而進(jìn)行的復(fù)壓，通過整形模對(duì)制品施壓以校正變形且降低表面粗糙度值。復(fù)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(zhì)（如油、石蠟和樹脂等）填充燒結(jié)體孔隙的方法。常用的浸漬方法有浸油、浸塑料、浸熔融金屬等。浸油即在燒結(jié)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(shí)現(xiàn)無油潤滑，常用于金屬塑料減摩零件。浸熔融金屬可提高強(qiáng)度及耐磨性，鐵基材料常采用浸銅或鉛。

3.熱處理

對(duì)燒結(jié)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(xué)熱處理、熱機(jī)械處理等，工藝方法一般與致密材料相似。對(duì)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(yīng)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(xì)小，且強(qiáng)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500～560℃的熱蒸汽中加熱并保持一定時(shí)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(yīng)用電化學(xué)原理在制品表面沉積出牢固覆層，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(jìn)一步改變燒結(jié)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(shù)已用于粉末冶金制品的后處理，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率和制品質(zhì)量。

3粉末冶金零件結(jié)構(gòu)的工藝性

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(dòng)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(qiáng)度不高，薄壁、細(xì)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)注意下列問題。

⑴盡量采用簡單、對(duì)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(shí)，如圖所示。

⑵避免局部薄壁，以便裝粉壓實(shí)和防止出現(xiàn)裂紋,如圖所示。

⑶避免側(cè)壁上的溝槽和凹孔，以利于壓實(shí)或減少余塊。

⑷避免沿壓制方向截面積漸增，以利于壓實(shí)。各壁的交接處應(yīng)采用圓角或倒角過渡，避免出現(xiàn)尖角，以利于壓實(shí)及防止模具或壓坯產(chǎn)生應(yīng)力集中。

4:粉末冶金材料

粉末冶金是一項(xiàng)很有發(fā)展的新技術(shù)、新工藝，已廣泛應(yīng)用在農(nóng)機(jī)、汽車、機(jī)床、冶金、化工、輕工、地質(zhì)勘探、交通運(yùn)輸?shù)雀鞣矫妗７勰┮苯鸩牧嫌泄ぞ卟牧霞皺C(jī)械零件和結(jié)構(gòu)材料。工具材料大致有粉末高速鋼、硬質(zhì)合金、超硬材料、陶瓷工具材料及復(fù)合材料等。機(jī)械零件和結(jié)構(gòu)材料有粉末減摩材料，包括多孔減摩材料和致密減摩材料；粉末冶金鐵基零件及粉末冶金非鐵金屬零件等。

1.硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金由硬質(zhì)基體（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%～97%）和粘結(jié)金屬兩部分組成。硬質(zhì)基體是難熔金屬的碳化物，如碳化鎢及碳化鈦等；粘結(jié)金屬為鐵族金屬及合金，以鈷為主。

⑴硬質(zhì)合金的種類和牌號(hào)

硬質(zhì)合金為一種優(yōu)良的工具材料，主要用作切削刀具、金屬成形工具、礦山工具、表面耐磨材料及高剛性結(jié)構(gòu)部件。類型有含鎢硬質(zhì)合金，鋼結(jié)硬質(zhì)合金，涂層硬質(zhì)合金，細(xì)晶粒硬質(zhì)合金等。鋼結(jié)硬質(zhì)合金是一種新型的工模具材料，性能介于高速工具鋼和硬質(zhì)合金之間，是以一種或幾種碳化物（如WC、TiC）為硬化相，以碳鋼或合金鋼（如高速工具鋼、鉻鉬鋼等）粉末為粘結(jié)劑，經(jīng)配料、壓制、燒結(jié)而制成的粉末冶金材料。退火處理后，可進(jìn)行切削加工；淬火、回火處理后，有相當(dāng)于硬質(zhì)合金的高硬度和耐磨性，一定的耐熱、耐蝕和抗氧化性。適于制造麻花鉆、銑刀等形狀復(fù)雜的刀具、模具和耐磨件。

含鎢硬質(zhì)合金按其成分和性能特點(diǎn)分為鎢鈷類（WC-Co系）、鎢鈦鈷類（WC-TiC-Co系）、鎢鈦鉭（鈮）類[WC-TiC-TaC(NbC)-Co系、WC–TaC(NbC)-Co系]。鎢鈷類硬質(zhì)合金的主要化學(xué)成分是碳化鎢（WC）及鈷。牌號(hào)為“YG+數(shù)字”（YG為“硬鈷”漢語拼音字首），數(shù)字表示鈷平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。如YG6表示鈷平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%，余量為碳化鎢的鎢鈷類硬質(zhì)合金。該類合金的抗彎強(qiáng)度高，能承受較大的沖擊，磨削加工性較好，但熱硬性較低（800～900℃），耐磨性較差，主要用于加工鑄鐵和非鐵金屬的刃具。

鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金的主要化學(xué)成分是碳化鎢、碳化鈦（TiC）及鈷。牌號(hào)為“YT+數(shù)字”（YT為“硬鈦”漢語拼音字首），數(shù)字表示碳化鈦平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。如YT15表示TiC為15%，其余為WC和Co的硬質(zhì)合金。該類硬質(zhì)合金的熱硬性高（900～1100℃），耐磨性好，但抗彎強(qiáng)度較低，不能承受較大的沖擊，磨削加工性較差，主要用于加工鋼材。

鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金又稱為通用硬質(zhì)合金或萬能硬質(zhì)合金。它是由碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭（TaC）或碳化鈮（NbC）和鈷組成。牌號(hào)為“YW+順序號(hào)”（YW表示“硬萬”漢語拼音字首），如YW1表示萬能硬質(zhì)合金。該類硬質(zhì)合金是在上述硬質(zhì)合金中添加TaC或NbC，它的熱硬性高（>1000℃），其它性能介于鎢鈷類與鎢鈦鈷類之間，它既能加工鋼材，又能加工非鐵金屬。

⑵硬質(zhì)合金的性能及應(yīng)用

1)性能

硬質(zhì)合金的硬度高，室溫下達(dá)到86～93HRA，耐磨性好，切削速度比高速工具鋼高4～7倍，刀具壽命高5～80倍，可切削50HRC左右的硬質(zhì)材料；抗彎強(qiáng)度高，達(dá)6000MPa，但抗彎強(qiáng)度較低，約為高速工具鋼的1/3～1/2，韌性差，約為淬火鋼的30%～50%；耐蝕性和抗氧化性良好；線膨脹系數(shù)小，但導(dǎo)熱性差。

2)應(yīng)用

硬質(zhì)合金主要用于制造高速切削或加工高硬度材料的切削刀具，如車刀、銑刀等；也用作模具材料（如冷拉模、冷沖模、冷擠模等）及量具和耐磨材料。根據(jù)GB2075—87規(guī)定，切削加工用硬質(zhì)合金按切削排出形式和加工對(duì)象范圍不同，分為P、M、K三個(gè)類別，同時(shí)又依據(jù)加工材質(zhì)和加工條件不同，按用途進(jìn)行分組，在類別后面加一組數(shù)字組成代號(hào)。如P01、P10、P20……，每一類別中，數(shù)字越大，韌性越好，耐磨性越低。

2.粉末高速鋼

高速鋼的合金元素含量高，采用熔鑄工藝時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的偏析使力學(xué)性能降低。金屬的損耗也大，高達(dá)鋼錠重量的30%～50%。粉末高速鋼可減少或消除偏析，獲得均勻分布的細(xì)小碳化物，具有較大的抗彎強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度；韌性提高50%，磨削性也大大提高；熱處理時(shí)畸變量約為熔煉高速鋼的十分之一，工具壽命提高1～2倍。

采用粉末冶金方法還可進(jìn)一步提高合金元素的含量以生產(chǎn)某些特殊成分的鋼。如成份為的A32高速鋼，切削性能是熔煉高速鋼的1～4倍。

常用高速鋼牌號(hào)為W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2，含有%～%C，及>10%的鎢、鉻、鉬、釩等合金元素。其中碳保證高速鋼具有高硬度和高耐磨性，鎢和鉬提高鋼的熱硬性，鉻提高鋼的淬透性，而釩則提高鋼的耐磨性。

3.鐵和鐵合金的粉末冶金

在粉末冶金生產(chǎn)中，鐵粉的用量比其金屬粉末大得多。鐵粉的60%～70%用于制造粉末冶金零件。主要類型有鐵基材料、鐵鎳合金、鐵銅合金及鐵合金和鋼。粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)零件具有精度較高，表面粗糙值小，不需或只需少量切削加工，節(jié)省材料，生產(chǎn)率高，制品多孔，可浸潤滑油，減摩、減振、消聲等特點(diǎn)。廣泛用于制造機(jī)械零件，如機(jī)床上的調(diào)整墊圈、調(diào)整環(huán)、端蓋、滑塊、底座、偏心輪，汽車中的油泵齒輪、活塞環(huán)，拖拉機(jī)上的傳動(dòng)齒輪、活塞環(huán)，以及接頭、隔套、油泵轉(zhuǎn)子、擋套、滾子等。

粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)材料的牌號(hào)用“粉”、“鐵”、“構(gòu)”三字的漢語拼音字首“FTG”，加化合碳含量的萬分?jǐn)?shù)、主加合金元素的符號(hào)及其含量的百分?jǐn)?shù)、輔加合金元素的符號(hào)及其含量的百分?jǐn)?shù)和抗拉強(qiáng)度組成。如FTG60-20，表示化合碳量%～%,抗拉強(qiáng)度200MPa的粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)材料；FTG60Cu3Mo-40，表示化合碳量%～%，合金元素含量Cu2%～4%、%～%，抗拉強(qiáng)度400MPa的粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)材料；FTG60Cu3Mo-40（55R），表示該燒結(jié)銅鉬鋼熱處理后的抗拉強(qiáng)度為550MPa。

4.摩擦材料和減摩材料

粉末冶金摩擦材料是一種復(fù)合材料,它由高摩擦系數(shù)組元、高耐磨組元和高機(jī)械強(qiáng)度的組元所組成，用作離合器和制動(dòng)器材料；粉末冶金減摩材料能夠控制材料的孔隙，而這些孔隙中可以浸滲油，也能以固體潤滑劑分布在金屬里的復(fù)合材料的形式來制造，其中自潤滑軸承在粉末冶金制品中占有重要的地位。摩擦材料和減摩材料是粉末冶金的特殊制品。

粉末冶金摩擦材料根據(jù)基體金屬不同分為鐵基材料和銅基材料，其輔助組元為潤滑組元和摩擦組元。潤滑組元有石墨和鉛，占摩擦材料的5%～25%，改善材料的抗粘、抗卡性，提高耐磨性；摩擦組元有SiO2、SiC、Al2O3等，提高材料的摩擦系數(shù)，改善耐磨性，防止焊合。據(jù)工作條件不同，分為干式和濕式材料，濕式材料宜在油中工作。其牌號(hào)由“粉摩”兩字的漢語拼音字首“FM”，加基體金屬骨架組元序號(hào)（銅基為1，鐵基為2）、順序號(hào)和工作條件漢語拼音字首“S”或“G”組成。如FM101S，表示順序號(hào)為01的銅基、濕式粉末冶金摩擦材料；FG203G，表示順序號(hào)為03的鐵基、干式粉末冶金摩擦材料。

粉末冶金減摩材料分為鐵基材料和銅基材料，具有多孔性，主要用來制造滑動(dòng)軸承。這種軸承材料壓制成軸承后，放在潤滑油中因毛細(xì)現(xiàn)象可吸附潤滑油（一般含油率12%～30%），故稱含油軸承。軸承在工作時(shí)，由于發(fā)熱膨脹使孔隙變?。惠S旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)軸承間隙中的空氣層，降低了摩擦表面的靜壓力，在粉末空隙內(nèi)外形成壓力差，使?jié)櫥捅怀榈焦ぷ鞅砻妗ＭＶ构ぷ鲿r(shí)，潤滑油又滲入孔隙中，故含油軸承可自動(dòng)潤滑。

粉末冶金減摩材料的牌號(hào)由粉末冶金滑動(dòng)軸承的“粉”、“軸”兩字漢語拼音字首“FZ”，加上基體主加組元序號(hào)（鐵基為1，銅基為2）、輔加組元序號(hào)和含油密度組成。如FZ1360，表示輔加組元為碳、銅，含油密度為～cm3的鐵基粉末滑動(dòng)軸承用減摩材料。

5.粉末冶金非鐵金屬機(jī)械零件

燒結(jié)金屬非鐵金屬材料應(yīng)用較多的是銅及其合金，另外還有鋁燒結(jié)制品、燒結(jié)鈦及鈦合金。

⑴燒結(jié)銅及銅合金

燒結(jié)純銅應(yīng)用較少，只用于要求高導(dǎo)電性和無磁性零件。常用的燒結(jié)銅基合金有青銅（銅-錫）和黃銅（銅-鋅），還有銅-鎳-鋅、銅-鎳、銅-鋁等合金系。銅基材料具有耐腐蝕的特點(diǎn)，有一定的強(qiáng)度和韌性，較容易進(jìn)行加工，采用一般的壓制燒結(jié)工藝即可生產(chǎn)。

燒結(jié)銅基合金多用于制造含油軸承、摩擦材料、電器接點(diǎn)材料及發(fā)汗材料的滲透金屬，作為高密度機(jī)械零件常用于制作小型齒輪、凸輪、墊圈、螺母等，也可用粉末軋制的方法生產(chǎn)帶材。

⑵鋁燒結(jié)制品

鋁基材料與鐵基、銅基材料的性能相近，但質(zhì)量輕，節(jié)約能源。鋁燒結(jié)制品與其壓鑄件相比尺寸精度高、組織均勻，粉末鍛造鋁基材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均高于普通鋁鍛件。鋁燒結(jié)材料可用做精密機(jī)械零件、多孔含油軸承材料和過濾材料，在交通運(yùn)輸、儀器儀表、家庭用具、宇宙飛行等方面均有應(yīng)用。

燒結(jié)鋁制件幾乎可以用所有的粉末冶金工藝生產(chǎn)。成形工藝有模壓、等靜壓、軋制、擠壓等。燒結(jié)在低露點(diǎn)（-40℃）的惰性或還原性氣氛中進(jìn)行，也可在真空中進(jìn)行燒結(jié)。通過復(fù)壓、冷鍛或熱鍛進(jìn)一步提高燒結(jié)件的密度和強(qiáng)度。為獲得美觀的表面可進(jìn)行機(jī)械拋光、化學(xué)處理和電化處理。鋁與銅合金性能的比較分別如表。

⑶燒結(jié)鈦及鈦合金

粉末冶金燒結(jié)

2006-11-2812:21

（一）燒結(jié)概念

燒結(jié)是粉末或粉末壓胚，加熱到低于其中基本成分的熔點(diǎn)溫度下保溫，然后以一定的方式和速度冷卻至室溫。

（二）燒結(jié)的結(jié)果是粉末顆粒之間發(fā)生黏結(jié)，燒結(jié)體的強(qiáng)度增加。

（三）燒結(jié)爐的基本結(jié)構(gòu)

1、粉末冶金工藝對(duì)燒結(jié)爐的結(jié)構(gòu)有如下要求：

（1）有密封的爐殼或馬弗套，爐內(nèi)通以還原氣氛以防止空氣進(jìn)入。

（2）有平穩(wěn)可靠的物料傳送機(jī)構(gòu)。

（3）有預(yù)熱帶，用以排除壓胚內(nèi)潤滑劑及吸附的氣體。

（4）有足夠功率的高溫?zé)Y(jié)帶，使制品有充分的燒結(jié)保溫過程。

（5）有防止氧化和形成最終金相組織的水套冷卻帶。

（6）有調(diào)節(jié)控制加熱速度，燒結(jié)速度和保溫時(shí)間，冷卻速度等的裝置。

（7）有嚴(yán)格的溫度控制系統(tǒng)。

（8）爐膛截面的溫度分布均勻。

（9）加熱元件需要滿足燒結(jié)溫度條件的要求。

（四）結(jié)爐主要構(gòu)成部分介紹

粉末冶金連續(xù)燒結(jié)電爐一般有預(yù)熱帶，燒結(jié)，冷卻帶三個(gè)部分組成。整個(gè)

爐體結(jié)構(gòu)縱向通常用馬套將其貫穿連成一個(gè)整體，爐管內(nèi)通入保護(hù)氣體。

1、RBO裝置

主要用丙烷，空氣以一定的比例混合為燃?xì)猓?jīng)噴嘴混合燃燒產(chǎn)生的熱氣流直接脫蠟燒結(jié)件，以求達(dá)到快速脫蠟的目的。

該裝置主要由丙烷和空氣的供氣系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和燃燒噴嘴組成。

RBO裝置的優(yōu)點(diǎn)：

（1）熱氣流對(duì)胚料的加熱比電加熱均勻，胚料不易開裂。加熱速度可以明顯提高。

（2）熱體的有機(jī)氣體容易被燃?xì)鈳ё?，脫蠟帶的長度可以明顯縮短。RBO溫度一般設(shè)定650～750℃之間，溫度設(shè)定高去除潤滑劑的效果好，但表面燃燒導(dǎo)致產(chǎn)品表面流失的碳也相對(duì)的多。

①預(yù)熱帶

預(yù)熱粉末壓胚與燒除潤滑劑。

②燒結(jié)帶

以使壓胚在規(guī)定溫度下保溫足夠長的時(shí)間，從而獲得燒結(jié)零件所需的物理—機(jī)械性能。

i.冷卻帶

包括急冷帶和水套冷卻帶。以使壓胚從高溫快速冷卻以得到產(chǎn)品所需的金相組織結(jié)構(gòu)。

ii.電加熱元件

NI—Cr合金加熱溫度≤1000℃

Fe—Cr—Al合金加熱溫度≤1150℃

硅碳棒鉬絲加熱溫度≥1200℃

2、高溫?zé)Y(jié)設(shè)備介紹

（1）高溫?zé)Y(jié)作為一個(gè)提高粉末冶金零部件力學(xué)性能的工藝方法，目前受到廣泛的應(yīng)用。在1250～1350℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)不但會(huì)加速合金元素的均勻化，而且允許使用像Mn,V,和Cr等對(duì)氧很敏感的合金元素

（2）高溫?zé)Y(jié)爐的類型

推舟式和步進(jìn)梁式

（3）高溫?zé)Y(jié)的優(yōu)點(diǎn)

①合金成分更均勻

②更高的密度

③內(nèi)部孔隙更小

④更高的屈服強(qiáng)度

⑤極限抗拉強(qiáng)度提高

⑥硬度提高

3、設(shè)備制造發(fā)展方向

高溫?zé)Y(jié)設(shè)備代表了燒結(jié)設(shè)備發(fā)展的先進(jìn)水平，由于其獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，無論是從燒結(jié)溫度，產(chǎn)量，氣體消耗還是自動(dòng)化程度來說，都具有傳統(tǒng)網(wǎng)帶爐不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

粉末冶金基本知識(shí)

2006-11-0819:28

粉末冶金是制取金屬粉末，及采用成形和燒結(jié)工藝將金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）制成材料和制品的工藝技術(shù)。它是冶金和材料科學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科。

粉末冶金制品的應(yīng)用范圍十分廣泛，從普通機(jī)械制造到精密儀器；從五金工具到大型機(jī)械；從電子工業(yè)到電機(jī)制造；從民用工業(yè)到軍事工業(yè)；從一般技術(shù)到尖端高技術(shù)，均能見到粉末冶金工藝的身影。

粉末冶金發(fā)展歷史：

粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造鐵的第一個(gè)方法實(shí)質(zhì)上采用的就是粉末冶金方法。而現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)的發(fā)展中共有三個(gè)重要標(biāo)志：

1、克服了難熔金屬熔鑄過程中產(chǎn)生的困難。1909年制造電燈鎢絲，推動(dòng)了粉末冶金的發(fā)展；1923年粉末冶金硬質(zhì)合金的出現(xiàn)被譽(yù)為機(jī)械加工中的革命。

2、三十年代成功制取多孔含油軸承；繼而粉末冶金鐵基機(jī)械零件的發(fā)展，充分發(fā)揮了粉末冶金少切削甚至無切削的優(yōu)點(diǎn)。

3、向更高級(jí)的新材料、新工藝發(fā)展。四十年代，出現(xiàn)金屬陶瓷、彌散強(qiáng)化等材料，六十年代末至七十年代初，粉末高速鋼、粉末高溫合金相繼出現(xiàn)；利用粉末冶金鍛造及熱等靜壓已能制造高強(qiáng)度的零件。

粉末冶金工藝的優(yōu)點(diǎn)：

1、絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法來制造。

2、由于粉末冶金方法能壓制成最終尺寸的壓坯，而不需要或很少需要隨后的機(jī)械加工，故能大大節(jié)約金屬，降低產(chǎn)品成本。用粉末冶金方法制造產(chǎn)品時(shí)，金屬的損耗只有1-5%，而用一般熔鑄方法生產(chǎn)時(shí)，金屬的損耗可能會(huì)達(dá)到80%。

3、由于粉末冶金工藝在材料生產(chǎn)過程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩堝和脫氧劑等帶來的雜質(zhì)，而燒結(jié)一般在真空和還原氣氛中進(jìn)行，不怕氧化，也不會(huì)給材料任何污染，故有可能制取高純度的材料。

4、粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。

5、粉末冶金適宜于生產(chǎn)同一形狀而數(shù)量多的產(chǎn)品，特別是齒輪等加工費(fèi)用高的產(chǎn)品，用粉末冶金法制造能大大降低生產(chǎn)成本。

粉末冶金工藝的基本工序是：

1、原料粉末的制備?，F(xiàn)有的制粉方法大體可分為兩類：機(jī)械法和物理化學(xué)法。而機(jī)械法可分為：機(jī)械粉碎及霧化法；物理化學(xué)法又分為：電化腐蝕法、還原法、化合法、還原-化合法、氣相沉積法、液相沉積法以及電解法。其中應(yīng)用最為廣泛的是還原法、霧化法和電解法。

2、粉末成型為所需形狀的坯塊。成型的目的是制得一定形狀和尺寸的壓坯，并使其具有一定的密度和強(qiáng)度。成型的方法基本上分為加壓成型和無壓成型。加壓成型中應(yīng)用最多的是模壓成型。

3、坯塊的燒結(jié)。燒結(jié)是粉末冶金工藝中的關(guān)鍵性工序。成型后的壓坯通過燒結(jié)使其得到所要求的最終物理機(jī)械性能。燒結(jié)又分為單元系燒結(jié)和多元系燒結(jié)。對(duì)于單元系和多元系的固相燒結(jié)，燒結(jié)溫度比所用的金屬及合金的熔點(diǎn)低；對(duì)于多元系的液相燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般比其中難熔成分的熔點(diǎn)低，而高于易熔成分的熔點(diǎn)。除普通燒結(jié)外，還有松裝燒結(jié)、熔浸法、熱壓法等特殊的燒結(jié)工藝。

4、產(chǎn)品的后序處理。燒結(jié)后的處理，可以根據(jù)產(chǎn)品要求的不同，采取多種方式。如精整、浸油、機(jī)加工、熱處理及電鍍。此外，近年來一些新工藝如軋制、鍛造也應(yīng)用于粉末冶金材料燒結(jié)后的加工，取得較理想的效果。

粉末冶金材料和制品的今后發(fā)展方向：

1、有代表性的鐵基合金，將向大體積的精密制品，高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)零部件發(fā)展。

2、制造具有均勻顯微組織結(jié)構(gòu)的、加工困難而完全致密的高性能合金。

3、用增強(qiáng)致密化過程來制造一般含有混合相組成的特殊合金。

4、制造非均勻材料、非晶態(tài)、微晶或者亞穩(wěn)合金。

5、加工獨(dú)特的和非一般形態(tài)或成分的復(fù)合零部件

粉末冶金工藝過程

2008-12-0313:12

粉末冶金材料是指不經(jīng)熔煉和鑄造，直接用幾種金屬粉末或金屬粉末與非金屬粉末，通過配制、壓制成型，燒結(jié)和后處理等制成的材料。粉末冶金是金屬冶金工藝與陶瓷燒結(jié)工藝的結(jié)合，它通常要經(jīng)過以下幾個(gè)工藝過程：

一、粉料制備與壓制成型

常用機(jī)械粉碎、霧化、物理化學(xué)法制取粉末。制取的粉末經(jīng)過篩分與混合，混料均勻并加入適當(dāng)?shù)脑鏊軇龠M(jìn)行壓制成型，粉粒間的原子通過固相擴(kuò)散和機(jī)械咬合作用，使制件結(jié)合為具有一定強(qiáng)度的整體。壓力越大則制件密度越大，強(qiáng)度相應(yīng)增加。有時(shí)為減小壓力合增加制件密度，也可采用熱等靜壓成型的方法。（一覽冶金英才網(wǎng)）

二、燒結(jié)

將壓制成型的制件放置在采用還原性氣氛的閉式爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度約為基體金屬熔點(diǎn)的2/3～3/4倍。由于高溫下不同種類原子的擴(kuò)散，粉末表面氧化物的被還原以及變形粉末的再結(jié)晶，使粉末顆粒相互結(jié)合，提高了粉末冶金制品的強(qiáng)度，并獲得與一般合金相似的組織。經(jīng)燒結(jié)后的制件中，仍然存在一些微小的孔隙，屬于多孔性材料。

三、后處理

一般情況下，燒結(jié)好的制件能夠達(dá)到所需性能，可直接使用。但有時(shí)還需進(jìn)行必要的后處理。如精壓處理，可提高制件的密度和尺寸形狀精度；對(duì)鐵基粉末冶金制件進(jìn)行淬火、表面淬火等處理可改善其機(jī)械性能；為達(dá)到潤滑或耐蝕目的而進(jìn)行浸油或浸漬其它液態(tài)潤滑劑；將低熔點(diǎn)金屬滲入制件孔隙中去的熔滲處理，可提高制件的強(qiáng)度、硬度、可塑性或沖擊韌性等。

粉末冶金工藝的優(yōu)點(diǎn)

1、絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法來制造。2、由于粉末冶金方法能壓制成最終尺寸的壓坯，而不需要或很少需要隨后的機(jī)械加工，故能大大節(jié)約金屬，降低產(chǎn)品成本。用粉末冶金方法制造產(chǎn)品時(shí)，金屬的損耗只有1-5%，而用一般熔鑄方法生產(chǎn)時(shí)，金屬的損耗可能會(huì)達(dá)到80%。3、由于粉末冶金工藝在材料生產(chǎn)過程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩堝和脫氧劑等帶來的雜質(zhì)，而燒結(jié)一般在真空和還原氣氛中進(jìn)行，不怕氧化，也不會(huì)給材料任何污染，故有可能制取高純度的材料。

4、粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。5、粉末冶金適宜于生產(chǎn)同一形狀而數(shù)量多的產(chǎn)品，特別是齒輪等加工費(fèi)用高的產(chǎn)品，用粉末冶金法制造能大大降低生產(chǎn)成．(林里粉末)

粉末冶金是制取金屬粉末，及采用成形和燒結(jié)工藝將金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）制成材料和制品的工藝技術(shù)。它是冶金和材料科學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科。

粉末冶金制品的應(yīng)用范圍十分廣泛，從普通機(jī)械制造到精密儀器；從五金工具到大型機(jī)械；從電子工業(yè)到電機(jī)制造；從民用工業(yè)到軍事工業(yè)；從一般技術(shù)到尖端高技術(shù)，均能見到粉末冶金工藝的身影。

粉末冶金發(fā)展歷史：

粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造鐵的第一個(gè)方法實(shí)質(zhì)上采用的就是粉末冶金方法。而現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)的發(fā)展中共有三個(gè)重要標(biāo)志：

1、克服了難熔金屬熔鑄過程中產(chǎn)生的困難。1909年制造電燈鎢絲，推動(dòng)了粉末冶金的發(fā)展；1923年粉末冶金硬質(zhì)合金的出現(xiàn)被譽(yù)為機(jī)械加工中的革命。

2、三十年代成功制取多孔含油軸承；繼而粉末冶金鐵基機(jī)械零件的發(fā)展，充分發(fā)揮了粉末冶金少切削甚至無切削的優(yōu)點(diǎn)。

3、向更高級(jí)的新材料、新工藝發(fā)展。四十年代，出現(xiàn)金屬陶瓷、彌散強(qiáng)化等材料，六十年代末至七十年代初，粉末高速鋼、粉末高溫合金相繼出現(xiàn)；利用粉末冶金鍛造及熱等靜壓已能制造高強(qiáng)度的零件。

粉末冶金工藝的優(yōu)點(diǎn)：

1、絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法來制造。

2、由于粉末冶金方法能壓制成最終尺寸的壓坯，而不需要或很少需要隨后的機(jī)械加工，故能大大節(jié)約金屬，降低產(chǎn)品成本。用粉末冶金方法制造產(chǎn)品時(shí)，金屬的損耗只有1-5%，而用一般熔鑄方法生產(chǎn)時(shí)，金屬的損耗可能會(huì)達(dá)到80%。

3、由于粉末冶金工藝在材料生產(chǎn)過程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩堝和脫氧劑等帶來的雜質(zhì)，而燒結(jié)一般在真空和還原氣氛中進(jìn)行，不怕氧化，也不會(huì)給材料任何污染，故有可能制取高純度的材料。

4、粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。

5、粉末冶金適宜于生產(chǎn)同一形狀而數(shù)量多的產(chǎn)品，特別是齒輪等加工費(fèi)用高的產(chǎn)品，用粉末冶金法制造能大大降低生產(chǎn)成本。

粉末冶金工藝的基本工序是：

1、原料粉末的制備?，F(xiàn)有的制粉方法大體可分為兩類：機(jī)械法和物理化學(xué)法。而機(jī)械法可分為：機(jī)械粉碎及霧化法；物理化學(xué)法又分為：電化腐蝕法、還原法、化合法、還原-化合法、氣相沉積法、液相沉積法以及電解法。其中應(yīng)用最為廣泛的是還原法、霧化法和電解法。

2、粉末成型為所需形狀的坯塊。成型的目的是制得一定形狀和尺寸的壓坯，并使其具有一定的密度和強(qiáng)度。成型的方法基本上分為加壓成型和無壓成型。加壓成型中應(yīng)用最多的是模壓成型。

3、坯塊的燒結(jié)。燒結(jié)是粉末冶金工藝中的關(guān)鍵性工序。成型后的壓坯通過燒結(jié)使其得到所要求的最終物理機(jī)械性能。燒結(jié)又分為單元系燒結(jié)和多元系燒結(jié)。對(duì)于單元系和多元系的固相燒結(jié)，燒結(jié)溫度比所用的金屬及合金的熔點(diǎn)低；對(duì)于多元系的液相燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般比其中難熔成分的熔點(diǎn)低，而高于易熔成分的熔點(diǎn)。除普通燒結(jié)外，還有松裝燒結(jié)、熔浸法、熱壓法等特殊的燒結(jié)工藝。

4、產(chǎn)品的后序處理。燒結(jié)后的處理，可以根據(jù)產(chǎn)品要求的不同，采取多種方式。如精整、浸油、機(jī)加工、熱處理及電鍍。此外，近年來一些新工藝如軋制、鍛造也應(yīng)用于粉末冶金材料燒結(jié)后的加工，取得較理想的效果。

粉末冶金材料和制品的今后發(fā)展方向：

1、有代表性的鐵基合金，將向大體積的精密制品，高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)零部件發(fā)展。

2、制造具有均勻顯微組織結(jié)構(gòu)的、加工困難而完全致密的高性能合金。

3、用增強(qiáng)致密化過程來制造一般含有混合相組成的特殊合金。

4、制造非均勻材料、非晶態(tài)、微晶或者亞穩(wěn)合金。

5、加工獨(dú)特的和非一般形態(tài)或成分的復(fù)合零部件。

1、燒結(jié)sintering

粉末或壓坯在低于主要組分熔點(diǎn)的溫度下的熱處理，目的在于通過顆粒間的冶金結(jié)合以提高其強(qiáng)度。2、流體透過性fluidpermeability

在規(guī)定條件下測(cè)定的在單位時(shí)間內(nèi)液體或氣體通過多孔體的數(shù)量。

3、預(yù)燒presintering

在低于最終燒結(jié)溫度的溫度下對(duì)壓坯的加熱處理。

4、加壓燒結(jié)pressure

在燒結(jié)同時(shí)施加單軸向壓力的燒結(jié)工藝。

5、松裝燒結(jié)loose-powdersintering,gravitysintering

粉末未經(jīng)壓制直接進(jìn)行的燒結(jié)。

6、液相燒結(jié)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(jié)。

7、過燒oversintering

燒結(jié)溫度過高和（或）燒結(jié)時(shí)間過長致使產(chǎn)品最終性能惡化的燒結(jié)。

8、欠燒undersintering（一覽冶金英才網(wǎng)）

燒結(jié)溫度過低和（或）燒結(jié)時(shí)間過短致使產(chǎn)品未達(dá)到所需性能的燒結(jié)。

9、熔滲infiltration

用熔點(diǎn)比制品熔點(diǎn)低的金屬或合金在熔融狀態(tài)下充填未燒結(jié)的或燒結(jié)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(jī)添加劑（粘結(jié)劑或潤滑劑）。

11、網(wǎng)帶爐meshbeltfurnace

一般由馬弗保護(hù)的網(wǎng)帶將零件實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)連續(xù)輸送的燒結(jié)爐。

12、步進(jìn)梁式爐walking-beamfurnace

通過步進(jìn)梁系統(tǒng)將放置于燒結(jié)盤中的零件在爐內(nèi)進(jìn)行傳送的燒結(jié)爐。

13、推桿式爐pusherfurnace

將零件裝入燒舟中，通過推進(jìn)系統(tǒng)將零件在爐內(nèi)進(jìn)行傳送的燒結(jié)爐。

14、燒結(jié)頸形成neckformation

燒結(jié)時(shí)在顆粒間形成頸狀的聯(lián)結(jié)。

15、起泡blistering

由于氣體劇烈排出，在燒結(jié)件表面形成鼓泡的現(xiàn)象。

16、發(fā)汗sweating

壓坯加熱處理時(shí)液相滲出的現(xiàn)象。

17、燒結(jié)殼sinterskin

燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)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(duì)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(cè)定的燒結(jié)圓筒試樣的破裂強(qiáng)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(kuò)散孔隙diffusionporosity

由于柯肯達(dá)爾效應(yīng)導(dǎo)致的一種組元物質(zhì)擴(kuò)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(jí)孔徑按數(shù)量或體積計(jì)算的百分率。

23、表觀硬度apparenthardness

在規(guī)定條件下測(cè)定的燒結(jié)材料的硬度，它包括了孔隙的影響。

24、實(shí)體硬度solidhardness

在規(guī)定條件下測(cè)定的燒結(jié)材料的某一相或顆?；蚰骋粎^(qū)域的硬度，它排除了孔隙的影響。

25、起泡壓力bubble-pointpressure

迫使氣體通過液體浸漬的制品產(chǎn)生第一氣泡所需的最小的壓力。

26、重合金heavymetal

密度不低于cm3的燒結(jié)材料。如：含鎳和銅的鎢合金。

27、金屬陶瓷cermet

由至少一種金屬相和至少一種通常具有陶瓷性質(zhì)的非金屬相組成的燒結(jié)材料。

28、燒結(jié)零件sinteredpart

由粉末成形并經(jīng)燒結(jié)強(qiáng)化的燒結(jié)制品，零件通常都具有精密的公差和便于安裝的特點(diǎn)。

29、燒結(jié)結(jié)構(gòu)零件sinteredstructuralpart

通常用于機(jī)械制造的燒結(jié)零件，不包括軸承、過濾器和摩擦材料。

30、含油軸承oiling-retainingbearing

其中的開孔浸漬以潤滑油的燒結(jié)軸承。

31、燒結(jié)金屬過濾器sinteredmetalfilter

通常用于固液或固氣分離的透過性燒結(jié)金屬零件。

32、燒結(jié)磁性零件sinteredmagneticpart

可滿足磁性要求的燒結(jié)零件。

33、燒結(jié)摩擦材料sinteredfrictionmaterial

這種燒結(jié)材料是由一種金屬基與金屬的或非金屬的添加劑組成的復(fù)合材料，添加劑用于改變材料的摩擦與磨損特性。

34、燒結(jié)電觸頭材料sinteredelectricalcontactmaterial

具有高電導(dǎo)率和抗弧腐蝕的燒結(jié)材料，例如：鎢－銅，鎢－銀，銀－石墨和銀－氧化鎘復(fù)合材料。

粉末冶金術(shù)語（燒結(jié)后處理）

1、復(fù)壓re-pressing

為了提高物理和（或）力學(xué)性能，通常對(duì)燒結(jié)制品施加壓力。

2、精整sizing

為了達(dá)到所需尺寸而進(jìn)行的復(fù)壓。

3、整形coining

為了達(dá)到特定的表面形貌而進(jìn)行的復(fù)壓。

4、粉末鍛造powderforging

由粉末制造的未燒結(jié)的、預(yù)燒結(jié)的或燒結(jié)的預(yù)成形坯用鍛造進(jìn)行熱致密化，同時(shí)伴隨著形狀的改變。

5、浸漬impregnation

用非金屬物質(zhì)（如油、石蠟或樹脂）填充燒結(jié)件的連通開孔孔隙的方法。

6、水蒸汽處理steamtreatment

將燒結(jié)鐵基制品在過熱水蒸汽中加熱，使表層形成四氧化三鐵保護(hù)膜，從而提高某些