粉末冶金原理第七章課件

第7章粉體材料燒結(jié)致密化原理與技術(shù)7.1概述

7.2燒結(jié)過(guò)程的熱力學(xué)基礎(chǔ)

7.3燒結(jié)理論與物質(zhì)遷移第7章粉體材料燒結(jié)致密化原理與技術(shù)7.1概述

7.2燒7.1概述(1)單元系燒結(jié)純金屬(如難熔金屬和純鐵軟磁材料)或穩(wěn)定成分化合物(Al2O3，B4C，BeO，MoSi2等)，在其熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行固相燒結(jié)過(guò)程。

(2)多元系固相燒結(jié)由兩種或兩種以上的組分構(gòu)成的燒結(jié)體系，在其低熔組分的熔點(diǎn)以下溫度所進(jìn)行的固相燒結(jié)過(guò)程。

(3)多元系液相燒結(jié)以超過(guò)系統(tǒng)中低熔組分熔點(diǎn)的溫度所進(jìn)行的燒結(jié)過(guò)程。7.1概述(1)單元系燒結(jié)純金屬(如難熔金屬和純鐵軟磁材7.2燒結(jié)過(guò)程的熱力學(xué)基礎(chǔ)7.2.1燒結(jié)的基本過(guò)程

7.2.2燒結(jié)的熱力學(xué)問(wèn)題

7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算7.2燒結(jié)過(guò)程的熱力學(xué)基礎(chǔ)7.2.1燒結(jié)的基本過(guò)程

7.7.2燒結(jié)過(guò)程的熱力學(xué)基礎(chǔ)圖7-1燒結(jié)球之間形成燒結(jié)頸的掃描

電子顯微照片7.2燒結(jié)過(guò)程的熱力學(xué)基礎(chǔ)圖7-1燒結(jié)球之間形成燒結(jié)頸的7.2.1燒結(jié)的基本過(guò)程(1)黏結(jié)階段燒結(jié)初期，顆粒間的原始接觸點(diǎn)或面轉(zhuǎn)變成晶體結(jié)合，即通過(guò)成核、結(jié)晶長(zhǎng)大等原子過(guò)程形成燒結(jié)頸。

(2)燒結(jié)頸長(zhǎng)大階段原子向顆粒結(jié)合面大量遷移，使燒結(jié)頸擴(kuò)大，顆粒間的距離縮小，形成連續(xù)的孔隙網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)由于晶粒長(zhǎng)大，晶界越過(guò)孔隙移動(dòng)，而被晶界掃過(guò)的地方，孔隙大量消失。

(3)閉孔隙球化和縮小階段當(dāng)燒結(jié)體密度達(dá)到90％以后，多數(shù)孔隙被完全分隔，閉孔數(shù)量增加，孔隙形狀趨近球形并不斷縮小。7.2.1燒結(jié)的基本過(guò)程(1)黏結(jié)階段燒結(jié)初期，顆粒間的7.2.1燒結(jié)的基本過(guò)程圖7-2球形顆粒的燒結(jié)模型

a)燒結(jié)前顆粒的原始接觸b)燒結(jié)早期的燒結(jié)頸長(zhǎng)大c)、d)燒結(jié)后期的孔隙球化7.2.1燒結(jié)的基本過(guò)程圖7-2球形顆粒的燒結(jié)模型

a)7.2.2燒結(jié)的熱力學(xué)問(wèn)題1)由于顆粒結(jié)合面(燒結(jié)頸)的增大和顆粒表面的平直化，粉末體的總比表面積和總表面自由能減小。

2)燒結(jié)體內(nèi)孔隙總體積和總表面積減小。

3)粉末顆粒內(nèi)晶格畸變逐漸消除。7.2.2燒結(jié)的熱力學(xué)問(wèn)題1)由于顆粒結(jié)合面(燒結(jié)頸)的增7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-3燒結(jié)頸模型7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-3燒結(jié)頸模型7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-4兩球模型7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-4兩球模型7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-6頸部直徑為X的兩球形

顆粒的燒結(jié)剖視圖7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-6頸部直徑為X的兩球形

7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-7不同溫度下燒結(jié)時(shí)間對(duì)燒結(jié)頸大小、表面積減小率、

收縮率和致密化的影響7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-7不同溫度下燒結(jié)時(shí)間對(duì)燒7.3燒結(jié)理論與物質(zhì)遷移7.3.1燒結(jié)的基本概念

7.3.2物質(zhì)遷移機(jī)理7.3燒結(jié)理論與物質(zhì)遷移7.3.1燒結(jié)的基本概念

7.37.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-8兩球燒結(jié)模型

a)初始點(diǎn)接觸b)早期燒結(jié)頸長(zhǎng)大

c)后期燒結(jié)頸長(zhǎng)大d)完成合并或球體，燒結(jié)完成7.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-8兩球燒結(jié)模型

a)初始點(diǎn)7.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-9實(shí)際燒結(jié)行為的顯微照片

a)燒結(jié)初期b)燒結(jié)中期c)燒結(jié)中后期d)燒結(jié)末期7.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-9實(shí)際燒結(jié)行為的顯微照片

7.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-10根據(jù)曲面上的兩個(gè)主曲率

半徑點(diǎn)得到的曲率7.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-10根據(jù)曲面上的兩個(gè)主曲率7.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-11顆粒間燒結(jié)黏結(jié)的原子級(jí)觀(guān)察7.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-11顆粒間燒結(jié)黏結(jié)的原子級(jí)7.3.2物質(zhì)遷移機(jī)理1.黏性流動(dòng)

2.蒸發(fā)和凝聚

3.體積擴(kuò)散

4.表面擴(kuò)散

5.晶界擴(kuò)散

6.塑性流動(dòng)7.3.2物質(zhì)遷移機(jī)理1.黏性流動(dòng)

2.蒸發(fā)和凝聚

3.體7.3.2物質(zhì)遷移機(jī)理表7-1燒結(jié)時(shí)物質(zhì)遷移的各種可能過(guò)程7.3.2物質(zhì)遷移機(jī)理表7-1燒結(jié)時(shí)物質(zhì)遷移的各種可能過(guò)7.3.2物質(zhì)遷移機(jī)理圖7-12兩球幾何模

a)ρ≈/2ab)ρ≈/4a7.3.2物質(zhì)遷移機(jī)理圖7-12兩球幾何模

a)ρ≈/1.黏性流動(dòng)圖7-13弗倫克爾球—球模型1.黏性流動(dòng)圖7-13弗倫克爾球—球模型1.黏性流動(dòng)圖7-15玻璃球—平板燒結(jié)實(shí)驗(yàn)

1—750℃，直線(xiàn)斜率=2.1

2—725℃，直線(xiàn)斜率=2.11.黏性流動(dòng)圖7-15玻璃球—平板燒結(jié)實(shí)驗(yàn)

1—750℃，2.蒸發(fā)和凝聚圖7-16氯化鈉小球燒結(jié)實(shí)驗(yàn)

1—750℃，直線(xiàn)斜率=3.3

2—725℃，直線(xiàn)斜率=3.4

3—700℃，直線(xiàn)斜率=2.82.蒸發(fā)和凝聚圖7-16氯化鈉小球燒結(jié)實(shí)驗(yàn)

1—750℃，3.體積擴(kuò)散圖7-17燒結(jié)時(shí)空位擴(kuò)散途徑3.體積擴(kuò)散圖7-17燒結(jié)時(shí)空位擴(kuò)散途徑4.表面擴(kuò)散圖7-18燒結(jié)銅粉的自擴(kuò)散系數(shù)與

溫度的關(guān)系

1—40～50μm2—2～30μm

3—10～15μm4—3～5μm4.表面擴(kuò)散圖7-18燒結(jié)銅粉的自擴(kuò)散系數(shù)與

溫度的關(guān)系

5.晶界擴(kuò)散圖7-19空位從顆粒接觸面向顆粒表面

或晶界擴(kuò)散的模型

a)無(wú)晶界b)有晶界5.晶界擴(kuò)散圖7-19空位從顆粒接觸面向顆粒表面

或晶界擴(kuò)6.塑性流動(dòng)表7-2＝F(T)t的不同表達(dá)式6.塑性流動(dòng)表7-2＝F(T)t的不同表達(dá)式6.塑性流動(dòng)圖7-21運(yùn)用于兩球形燒結(jié)模型的

燒結(jié)機(jī)理的分類(lèi)6.塑性流動(dòng)圖7-21運(yùn)用于兩球形燒結(jié)模型的

燒結(jié)機(jī)理的分7.3.3燒結(jié)初期表7-3燒結(jié)初期方程：(X/D＝Bt/7.3.3燒結(jié)初期表7-3燒結(jié)初期方程：(X/D＝Bt7.3.4燒結(jié)中期圖7-22燒結(jié)中期位于晶界邊緣的圓柱孔7.3.4燒結(jié)中期圖7-22燒結(jié)中期位于晶界邊緣的圓柱孔7.3.5燒結(jié)末期圖7-23燒結(jié)末期孔隙的微觀(guān)結(jié)構(gòu)7.3.5燒結(jié)末期圖7-23燒結(jié)末期孔隙的微觀(guān)結(jié)構(gòu)7.3.5燒結(jié)末期圖7-25二氧化鈾在1400℃燒結(jié)時(shí)，開(kāi)孔

和閉孔的變化與總的孔隙率之間的關(guān)系7.3.5燒結(jié)末期圖7-25二氧化鈾在1400℃燒結(jié)時(shí)，7.3.5燒結(jié)末期圖7-26燒結(jié)時(shí)間與孔隙率、孔徑、晶粒之間的關(guān)系。7.3.5燒結(jié)末期圖7-26燒結(jié)時(shí)間與孔隙率、孔徑、晶粒7.3.6數(shù)據(jù)分析圖7-27球形銀粉顆粒在800℃下通過(guò)

晶格擴(kuò)散主導(dǎo)的燒結(jié)數(shù)據(jù)7.3.6數(shù)據(jù)分析圖7-27球形銀粉顆粒在800℃下通過(guò)7.3.6數(shù)據(jù)分析圖7-28鉬粉在不同溫度下燒結(jié)的收縮率的

對(duì)數(shù)與熱力學(xué)溫度倒數(shù)的關(guān)系7.3.6數(shù)據(jù)分析圖7-28鉬粉在不同溫度下燒結(jié)的收縮率7.3.7燒結(jié)圖圖7-304μm鎢粉的燒結(jié)圖7.3.7燒結(jié)圖圖7-304μm鎢粉的燒結(jié)圖7.4燒結(jié)孔隙結(jié)構(gòu)的變化7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)

7.4.2燒結(jié)中的壓制壓力效應(yīng)7.4燒結(jié)孔隙結(jié)構(gòu)的變化7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)

7.47.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-31燒結(jié)時(shí)的孔隙結(jié)構(gòu)變化示意圖(其變化從顆粒間的接觸點(diǎn)開(kāi)始)7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-31燒結(jié)時(shí)的孔隙結(jié)構(gòu)變化示7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-32微結(jié)構(gòu)隨燒結(jié)溫度不同而改變

a)774℃下燒結(jié)的微觀(guān)圖b)950℃下燒結(jié)的微觀(guān)圖c)1400℃下燒結(jié)的微觀(guān)圖7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-32微結(jié)構(gòu)隨燒結(jié)溫度不同而7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-33燒結(jié)后階段孔隙孤立和球狀化過(guò)程圖

a)孔隙在晶界呈現(xiàn)平衡的固-氣晶界溝b)、c)隨著孔隙的拖曳晶界增長(zhǎng)

d)孔隙由于晶界的脫離而孤立7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-33燒結(jié)后階段孔隙孤立和球7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-34燒結(jié)過(guò)程中兩種可能的孔隙-晶粒邊界結(jié)構(gòu)

a)致密化后孔隙位于晶粒邊界位置b)未致密化時(shí)孔隙孤立的情況7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-34燒結(jié)過(guò)程中兩種可能的孔7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-35燒結(jié)過(guò)程中晶粒大小與孔隙大小關(guān)系圖7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-35燒結(jié)過(guò)程中晶粒大小與孔7.4.2燒結(jié)中的壓制壓力效應(yīng)圖7-3663μm球狀銅粉在燒結(jié)中的壓制壓力效應(yīng)7.4.2燒結(jié)中的壓制壓力效應(yīng)圖7-3663μm球狀銅粉7.4.2燒結(jié)中的壓制壓力效應(yīng)圖7-37模壓和等靜壓成形的燒結(jié)收縮效應(yīng)對(duì)比7.4.2燒結(jié)中的壓制壓力效應(yīng)圖7-37模壓和等靜壓成形7.5固相燒結(jié)7.5.1單元系粉末燒結(jié)

7.5.2多元系粉末燒結(jié)7.5固相燒結(jié)7.5.1單元系粉末燒結(jié)

7.5.2多元7.5.1單元系粉末燒結(jié)1.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間

2.燒結(jié)密度與尺寸的變化

3.燒結(jié)體顯微組織的變化

4.影響燒結(jié)過(guò)程的因素7.5.1單元系粉末燒結(jié)1.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間

2.燒結(jié)密1.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間1)低溫預(yù)燒階段(α≤0.25)。

2)中溫升溫?zé)Y(jié)階段(α=0.4～0.55)。

3)高溫保溫完成燒結(jié)階段(α＝0.5～0.85)。1.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間1)低溫預(yù)燒階段(α≤0.25)。

21.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間圖7-38燒結(jié)過(guò)程接觸面和孔隙形狀、尺寸的變化模型1.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間圖7-38燒結(jié)過(guò)程接觸面和孔隙形狀、1.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間圖7-39燒結(jié)溫度對(duì)電解銅粉燒結(jié)的各種性能

1—密度2—抗拉強(qiáng)度3—電導(dǎo)率1.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間圖7-39燒結(jié)溫度對(duì)電解銅粉燒結(jié)的各圖7-40燒結(jié)密度-時(shí)間關(guān)系示意圖

1—相同壓坯密度2—升高燒結(jié)溫度3—提高

壓坯密度4—相同燒結(jié)溫度圖7-40燒結(jié)密度-時(shí)間關(guān)系示意圖

1—相同壓坯密度2—2.燒結(jié)密度與尺寸的變化

2.燒結(jié)密度與尺寸的變化

3.燒結(jié)體顯微組織的變化(1)孔隙變化盡管在某些情況下，燒結(jié)后的密度或尺寸變化不大，但是孔隙的形狀、大小和數(shù)量的改變總是十分明顯的。

(2)再結(jié)晶與晶粒長(zhǎng)大粉末冷壓成形后燒結(jié)，同樣發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大等組織變化。3.燒結(jié)體顯微組織的變化(1)孔隙變化盡管在某些情況下，燒圖7-41開(kāi)孔隙度與閉孔隙度

隨總孔隙度的變化

1—開(kāi)孔隙度2—閉孔隙度圖7-41開(kāi)孔隙度與閉孔隙度

隨總孔隙度的變化

1—圖7-43孔隙阻止晶界移動(dòng)示意圖圖7-43孔隙阻止晶界移動(dòng)示意圖圖7-44晶界移動(dòng)通過(guò)第二相質(zhì)點(diǎn)圖7-44晶界移動(dòng)通過(guò)第二相質(zhì)點(diǎn)圖7-45晶界溝的形成

1—晶體自由表面2—晶粒界面圖7-45晶界溝的形成

1—晶體自由表面2—晶粒界面4.影響燒結(jié)過(guò)程的因素(1)粉末活性粉末活性包括顆粒的表面活性與晶格活性?xún)煞矫妫罢呷Q于粉末的粒度和形狀，后者由晶粒大小、晶格缺陷和內(nèi)應(yīng)力等決定。

(2)外來(lái)物質(zhì)

(3)壓制壓力壓制工藝影響燒結(jié)過(guò)程，主要表現(xiàn)為壓制密度、壓制殘余應(yīng)力、顆粒表面氧化膜的變形或破壞以及壓坯孔隙中氣體等的作用。4.影響燒結(jié)過(guò)程的因素(1)粉末活性粉末活性包括顆粒的表面圖7-47鐵粉粒度對(duì)壓坯燒結(jié)收縮率的影響

1—孔隙體積分?jǐn)?shù)10%，細(xì)粉(1μm)

2—孔隙體積分?jǐn)?shù)25%，粗粉(50μm)圖7-47鐵粉粒度對(duì)壓坯燒結(jié)收縮率的影響

1—孔隙體積分?jǐn)?shù)圖7-49鐵粉壓坯燒結(jié)收縮率和

粉末比面的關(guān)系圖7-49鐵粉壓坯燒結(jié)收縮率和

粉末比面的關(guān)系(2)外來(lái)物質(zhì)1)粉末表面的氧化物。

2)燒結(jié)氣氛對(duì)不同粉末的影響。(2)外來(lái)物質(zhì)1)粉末表面的氧化物。

2)燒結(jié)氣氛對(duì)不同粉末圖7-50不同壓制壓力下，燒結(jié)密度

隨溫度變化的示意曲線(xiàn)

1—低壓力2—中等壓力3—高壓力圖7-50不同壓制壓力下，燒結(jié)密度

隨溫度變化的示意曲線(xiàn)

7.5.2多元系粉末燒結(jié)1.互溶系固相燒結(jié)

2.無(wú)限互溶系

3.有限互溶系

4.互不溶系固相燒結(jié)7.5.2多元系粉末燒結(jié)1.互溶系固相燒結(jié)

2.無(wú)限互溶系7.5.2多元系粉末燒結(jié)圖7-52兩種鐵粉混合構(gòu)成燒結(jié)效應(yīng)圖7.5.2多元系粉末燒結(jié)圖7-52兩種鐵粉混合構(gòu)成燒結(jié)效1.互溶系固相燒結(jié)1)金屬擴(kuò)散的一般規(guī)律是：原子半徑相差越大，或在元素周期表中相距越遠(yuǎn)的元素，互擴(kuò)散速度也越大；間隙式固溶的原子擴(kuò)散速度比替換式的要大得多；溫度相同和濃度差別不大時(shí)，在體心立方點(diǎn)陣相中，原子的擴(kuò)散速度比在面心立方點(diǎn)陣相中快幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

2)在多元系中，由于組元的互擴(kuò)散系數(shù)不相等，產(chǎn)生柯肯德?tīng)栃?yīng)，證明是空位擴(kuò)散機(jī)制起作用。

3)添加第三元素可以顯著改變?cè)谺在A中的擴(kuò)散速度。

4)二元合金中，根據(jù)組元、燒結(jié)條件和階段的不同，燒結(jié)速度同兩組元單獨(dú)燒結(jié)相比，可能快也可能慢。

5)燒結(jié)工藝條件(溫度、時(shí)間、粉末粒度及預(yù)合金粉末的使用)的影響將在下面進(jìn)一步予以說(shuō)明。1.互溶系固相燒結(jié)1)金屬擴(kuò)散的一般規(guī)律是：原子半徑相差越大表7-4元素在銀中的擴(kuò)散系數(shù)和溶解度表7-4元素在銀中的擴(kuò)散系數(shù)和溶解度表7-5元素在鐵的低濃度固溶體中的擴(kuò)散系數(shù)(單位：c/s)表7-5元素在鐵的低濃度固溶體中的擴(kuò)散系數(shù)(單位：c/s表7-6元素在α-Fe與γ-Fe中的溶解度表7-6元素在α-Fe與γ-Fe中的溶解度2.無(wú)限互溶系①所有試樣中Ni的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52％。

②預(yù)合金粉成分為70％Cu＋30％Ni(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

③預(yù)合金粉成分為31％Cu＋69％Ni(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

④以Ni包Cu的復(fù)合粉末，預(yù)合金粉成分為30％Cu＋70％Ni(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

1)燒結(jié)溫度。

2)燒結(jié)時(shí)間。

3)壓坯密度。

4)粉末粒度。

5)粉末原料。

6)雜質(zhì)。2.無(wú)限互溶系①所有試樣中Ni的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52％。

②2.無(wú)限互溶系圖7-53Cu粉、Ni粉及Cu-Ni混合粉燒結(jié)

的收縮曲線(xiàn)(950℃)

1—純Cu粉2—純Ni粉3—41%Cu+59%Ni混合粉2.無(wú)限互溶系圖7-53Cu粉、Ni粉及Cu-Ni混合粉燒2.無(wú)限互溶系圖7-55X光衍射法測(cè)定Cu-Ni

燒結(jié)合金的衍射光強(qiáng)度分布圖

1—未燒結(jié)混合粉2—燒結(jié)1h3—燒結(jié)3h2.無(wú)限互溶系圖7-55X光衍射法測(cè)定Cu-Ni

燒結(jié)合金2.無(wú)限互溶系圖7-56燒結(jié)合金化模型

a)同心球模型橫斷面b)t＝0時(shí)濃度分布c)t時(shí)刻濃度分布d)t＝∞時(shí)濃度分布2.無(wú)限互溶系圖7-56燒結(jié)合金化模型

a)同心球模型橫斷2.無(wú)限互溶系表7-7粉末和工藝條件對(duì)Cu-Ni混合粉末在燒結(jié)時(shí)均勻化程度因數(shù)F值的影響2.無(wú)限互溶系表7-7粉末和工藝條件對(duì)Cu-Ni混合粉末在圖7-57Cu-Ni合金的物理力學(xué)性能隨燒結(jié)時(shí)間的變化

a)325目b)250~325目c)150~200目

1—長(zhǎng)度變化(ΔL)2—硬度(HRC)3—抗拉強(qiáng)度4—伸長(zhǎng)率5—相對(duì)電阻圖7-57Cu-Ni合金的物理力學(xué)性能隨燒結(jié)時(shí)間的變化

a3.有限互溶系1)Fe-C混合粉末碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過(guò)1％，故同純鐵粉的單元系一樣，燒結(jié)時(shí)主要發(fā)生顆粒間的黏結(jié)和收縮。

2)碳在鐵中通過(guò)擴(kuò)散形成奧氏體，擴(kuò)散得很快，10～20min內(nèi)就溶解完全(圖7-58)。

3)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成物的多相結(jié)構(gòu)。

4)燒結(jié)碳鋼的力學(xué)性能與合金組織中化合碳的含量有關(guān)。3.有限互溶系1)Fe-C混合粉末碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過(guò)1％圖7-58Fe-C混合粉燒結(jié)鋼中含碳量

與燒結(jié)時(shí)間的關(guān)系

1—=3%2—=1.5%圖7-58Fe-C混合粉燒結(jié)鋼中含碳量

與燒結(jié)時(shí)間的關(guān)系

圖7-60燒結(jié)Fe-C合金抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率與

石墨添加量的關(guān)系(1125℃燒結(jié)1h)

1，2—抗拉強(qiáng)度3，4—伸長(zhǎng)率圖7-60燒結(jié)Fe-C合金抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率與

石墨添加量的4.互不溶系固相燒結(jié)(1)燒結(jié)熱力學(xué)不互溶的兩種粉末能否燒結(jié)取決于系統(tǒng)的熱力學(xué)條件，而且同單元系或互溶多元系燒結(jié)一樣，也與表面自由能的減小有關(guān)。

(2)性能-成分的關(guān)系皮涅斯和古狄遜的研究表明，互不溶系固相燒結(jié)合金的性能與組元體積含量之間存在著二次方函數(shù)關(guān)系；在燒結(jié)體系內(nèi)，相同組元顆粒間的接觸(A-A、B-B)同A-B接觸的相對(duì)大小決定了系統(tǒng)的性質(zhì)。

(3)燒結(jié)過(guò)程的特點(diǎn)4.互不溶系固相燒結(jié)(1)燒結(jié)熱力學(xué)不互溶的兩種粉末能否燒圖7-62Cu-W(或Mo)假合金的抗拉

強(qiáng)度與成分、孔隙度的關(guān)系

1—純Cu2—Cu+5%W(或Mo)

3—Cu+20%W(或Mo)

4—Cu+46%W(或Mo)，含鎢或鉬量均為體積分?jǐn)?shù)圖7-62Cu-W(或Mo)假合金的抗拉

強(qiáng)度與成分、孔隙(3)燒結(jié)過(guò)程的特點(diǎn)1)互不溶系固相燒結(jié)幾乎包括了用粉末冶金方法制造的一切典型的復(fù)合材料——基體強(qiáng)化(彌散強(qiáng)化或纖維強(qiáng)化)材料和利用組合效果的金屬陶瓷材料(電觸頭合金，合金-塑料)。

2)互不溶系的燒結(jié)溫度由黏結(jié)相的熔點(diǎn)決定。

3)復(fù)合材料及假合金通常要求在接近致密狀態(tài)下使用，因此在固相燒結(jié)后，一般采用復(fù)壓、熱壓、燒結(jié)鍛造等補(bǔ)充致密化或熱成形工藝，或采用燒結(jié)-冷擠、燒結(jié)-熔浸以及熱等靜壓、熱軋、熱擠等復(fù)合工藝以進(jìn)一步提高密度和性能。

4)當(dāng)復(fù)合材料接近完全致密時(shí)，有許多性能同組分的體積分?jǐn)?shù)之間存在線(xiàn)性關(guān)系，稱(chēng)為“加加”規(guī)律。

5)當(dāng)難熔組分含量很高，粉末混合均勻有困難時(shí)，可以采用復(fù)合粉或化學(xué)混料法。(3)燒結(jié)過(guò)程的特點(diǎn)1)互不溶系固相燒結(jié)幾乎包括了用粉末冶金(3)燒結(jié)過(guò)程的特點(diǎn)6)互不溶系內(nèi)不同組分顆粒之間的結(jié)合界面，對(duì)材料的燒結(jié)性及強(qiáng)度影響很大。(3)燒結(jié)過(guò)程的特點(diǎn)6)互不溶系內(nèi)不同組分顆粒之間的結(jié)合界面圖7-63材料性能與組元體積關(guān)系圖7-63材料性能與組元體積關(guān)系圖7-64銅和錫的混合粉末燒結(jié)過(guò)程中的顯微組織

a)加熱到280℃(錫熔化后)b)加熱到600℃的燒結(jié)產(chǎn)品c)加熱到810℃后的燒結(jié)產(chǎn)品圖7-64銅和錫的混合粉末燒結(jié)過(guò)程中的顯微組織

a)加熱到圖7-65具有平均成分的單元

二相系混合粉末的均質(zhì)化圖7-65具有平均成分的單元

二相系混合粉末的均質(zhì)化7.6液相燒結(jié)7.6.1液相燒結(jié)的基本條件、過(guò)程和機(jī)構(gòu)

7.6.2晶粒粗化

7.6.3液相燒結(jié)舉例

7.6.4熔滲7.6液相燒結(jié)7.6.1液相燒結(jié)的基本條件、過(guò)程和機(jī)構(gòu)

7.6.1液相燒結(jié)的基本條件、過(guò)程和機(jī)構(gòu)1.液相燒結(jié)的基本條件

2.液相燒結(jié)過(guò)程和機(jī)構(gòu)7.6.1液相燒結(jié)的基本條件、過(guò)程和機(jī)構(gòu)1.液相燒結(jié)的基本1.液相燒結(jié)的基本條件(1)潤(rùn)濕性液相對(duì)固相顆粒的表面潤(rùn)濕性好是液相燒結(jié)的重要條件之一，對(duì)致密化合金組織與性能的影響極大。

(2)溶解度

(3)液相數(shù)量液相燒結(jié)應(yīng)以液相填滿(mǎn)固相顆粒的間隙為限度。1.液相燒結(jié)的基本條件(1)潤(rùn)濕性液相對(duì)固相顆粒的表面潤(rùn)濕1.液相燒結(jié)的基本條件圖7-67液相潤(rùn)濕固相平衡圖1.液相燒結(jié)的基本條件圖7-67液相潤(rùn)濕固相平衡圖(1)潤(rùn)濕性1)溫度與時(shí)間的影響。

2)表面活性物質(zhì)的影響。

3)粉末表面狀態(tài)的影響。

4)氣氛的影響。(1)潤(rùn)濕性1)溫度與時(shí)間的影響。

2)表面活性物質(zhì)的影響(1)潤(rùn)濕性圖7-68與液相接觸的二面角形成(1)潤(rùn)濕性圖7-68與液相接觸的二面角形成(1)潤(rùn)濕性圖7-69潤(rùn)濕角與溫度的關(guān)系

1—W-Ag2—W-Cu(1)潤(rùn)濕性圖7-69潤(rùn)濕角與溫度的關(guān)系

1—W-Ag1)溫度與時(shí)間的影響。1)溫度與時(shí)間的影響。表7-8銅中含鎳對(duì)ZrC潤(rùn)濕性的影響表7-8銅中含鎳對(duì)ZrC潤(rùn)濕性的影響3)粉末表面狀態(tài)的影響。圖7-70吸附膜對(duì)潤(rùn)濕的影響3)粉末表面狀態(tài)的影響。圖7-70吸附膜對(duì)潤(rùn)濕的影響4)氣氛的影響。表7-9液體金屬對(duì)某些化合物的潤(rùn)濕性4)氣氛的影響。表7-9液體金屬對(duì)某些化合物的潤(rùn)濕性2.液相燒結(jié)過(guò)程和機(jī)構(gòu)(1)燒結(jié)過(guò)程

(2)燒結(jié)機(jī)構(gòu)主要有顆粒重排機(jī)構(gòu)、溶解-再析出機(jī)構(gòu)和骨架燒結(jié)機(jī)構(gòu)。

(3)燒結(jié)合金的組織液相燒結(jié)合金的組織，即固相顆粒的形狀以及分布狀態(tài)，取決于固相物質(zhì)的結(jié)晶學(xué)特征、液相的潤(rùn)濕性或二面角的大小。

(4)致密化規(guī)律液相燒結(jié)的典型致密化過(guò)程如圖7-74所示，由液相流動(dòng)、溶解和析出、固相燒結(jié)三個(gè)階段組成，它們相繼并彼此重疊地出現(xiàn)。

(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素前面討論液相燒結(jié)的三個(gè)基本條件，實(shí)際上也是基本影響因素，此外，壓坯密度、顆粒大小、粉末混合的均勻程度、燒結(jié)溫度、時(shí)間和氣氛等也是基本因素。2.液相燒結(jié)過(guò)程和機(jī)構(gòu)(1)燒結(jié)過(guò)程

(2)燒結(jié)機(jī)構(gòu)主要有(1)燒結(jié)過(guò)程1)液相流動(dòng)與顆粒重排階段。

2)固相熔解和再析出階段。(1)燒結(jié)過(guò)程1)液相流動(dòng)與顆粒重排階段。

2)固相熔解和再(2)燒結(jié)機(jī)構(gòu)1)顆粒重排機(jī)構(gòu)。

2)溶解-再析出機(jī)構(gòu)。

3)骨架燒結(jié)機(jī)構(gòu)。(2)燒結(jié)機(jī)構(gòu)1)顆粒重排機(jī)構(gòu)。

2)溶解-再析出機(jī)構(gòu)。

(2)燒結(jié)機(jī)構(gòu)圖7-71液相燒結(jié)顆?？繑n機(jī)構(gòu)(2)燒結(jié)機(jī)構(gòu)圖7-71液相燒結(jié)顆?？繑n機(jī)構(gòu)(3)燒結(jié)合金的組織圖7-72液相在固相界面上的分布狀態(tài)

a)ψ＜60°b)ψ=135°(3)燒結(jié)合金的組織圖7-72液相在固相界面上的分布狀態(tài)

(4)致密化規(guī)律圖7-74液相燒結(jié)的典型致密化過(guò)程

1—液相流動(dòng)2—溶解-析出3—固相燒結(jié)(4)致密化規(guī)律圖7-74液相燒結(jié)的典型致密化過(guò)程

1—(4)致密化規(guī)律圖7-75不同成分和粒度的Fe-Cu混合粉末

壓坯液相燒結(jié)時(shí)的致密化動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)

1—=43%,9.4μm2—=22%，3μm

3—=22%，9.4μm4—=22%，15.8μm

5—=11.3%，9.4μm6—=22%，33.1μm(4)致密化規(guī)律圖7-75不同成分和粒度的Fe-Cu混合粉(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-76W-Cu合金燒結(jié)時(shí)間、

成形壓力和氣氛對(duì)致密化的影響

1—=10%，78MPa，真空2—=15%，78MPa，

3—=10%，78MPa，4—=10%，156MPa，真空(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-76W-Cu合金燒結(jié)時(shí)間(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-77Fe-Cu系燒結(jié)收縮與Cu濃度的關(guān)系曲線(xiàn)

1—燒結(jié)15min2—燒結(jié)60min3—燒結(jié)180min(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-77Fe-Cu系燒結(jié)收(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-78液相燒結(jié)中的致密化示意圖(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-78液相燒結(jié)中的致密化(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-79通過(guò)較小晶粒溶解后在較大晶粒上析出的晶粒生長(zhǎng)的溶解-再析出過(guò)程(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-79通過(guò)較小晶粒溶解后(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-80重合金(=95%，=3.5%，

=1.5%)在液相燒結(jié)后的微觀(guān)結(jié)構(gòu)(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-80重合金(=95%(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-82致密度與液體體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系圖(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-82致密度與液體體積分(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-83液相燒結(jié)過(guò)程中，溶解

度在致密化的作用(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-83液相燒結(jié)過(guò)程中，溶7.6.2晶粒粗化圖7-84W-Ni-Fe合金晶粒顆粒

大小與燒結(jié)時(shí)間對(duì)數(shù)值關(guān)系7.6.2晶粒粗化圖7-84W-Ni-Fe合金晶粒顆粒

7.6.3液相燒結(jié)舉例1.WC-Co硬質(zhì)合金

2.W-Cu-Ni合金

3.Cu-Sn合金7.6.3液相燒結(jié)舉例1.WC-Co硬質(zhì)合金

2.W-1.WC-Co硬質(zhì)合金(1)預(yù)燒及升溫階段此階段為低于共晶溫度的固相燒結(jié)。

(2)達(dá)到共晶溫度γ相與WC發(fā)生共晶反應(yīng)，生成液相，如充分保溫達(dá)到完全平衡，γ相應(yīng)完全進(jìn)入液相，但是仍有大量WC固相存在。

(3)繼續(xù)升溫到燒結(jié)階段超過(guò)共晶溫度繼續(xù)升溫，有更多WC溶解到液相中，液相數(shù)量劇增，而液相的成分將沿Ec線(xiàn)變化，達(dá)到c點(diǎn)即燒結(jié)溫度后，系統(tǒng)才又趨于平衡。

(4)燒結(jié)保溫階段WC繼續(xù)溶解到液相中，使液相平均成分由b點(diǎn)向c點(diǎn)變化，這時(shí)一直未溶解完的WC顆粒才與c點(diǎn)的液相達(dá)到真正的平衡。

(5)保溫完成后冷卻從液相中析出WC(沿cE線(xiàn))，液相數(shù)量減少，至共晶溫度時(shí)，液相成分又回到E點(diǎn)，開(kāi)始析出γ相(a′點(diǎn)成分)，同時(shí)結(jié)晶處共晶。1.WC-Co硬質(zhì)合金(1)預(yù)燒及升溫階段此階段為低于共1.WC-Co硬質(zhì)合金(6)低于共晶溫度冷卻共晶中γ相的成分由a′向a″變化，不斷析出二次WC晶體，有些附在原來(lái)的WC初晶顆粒上。1.WC-Co硬質(zhì)合金(6)低于共晶溫度冷卻共晶中γ相的1.WC-Co硬質(zhì)合金圖7-86W-Co-C相圖沿WC-Co線(xiàn)的垂直截面1.WC-Co硬質(zhì)合金圖7-86W-Co-C相圖沿WC-3.Cu-Sn合金圖7-87Cu-Sn相圖3.Cu-Sn合金圖7-87Cu-Sn相圖7.6.4熔滲圖7-88熔滲方式

a)部分熔滲法b)全部熔滲法c)接觸法

1、5—多孔體2—熔融金屬3—加熱體

4—固體金屬6—加熱爐7—燒結(jié)體7.6.4熔滲圖7-88熔滲方式

a)部分熔滲法b)全7.6.4熔滲圖7-89在毛細(xì)壓力的作用下，熔融金屬進(jìn)入燒結(jié)壓坯開(kāi)孔的熔滲序列示意圖7.6.4熔滲圖7-89在毛細(xì)壓力的作用下，熔融金屬進(jìn)入7.6.4熔滲圖7-90當(dāng)對(duì)多孔Fe-Ni合金進(jìn)行熔滲

處理時(shí)，其頂上部的微觀(guān)結(jié)構(gòu)剖面圖7.6.4熔滲圖7-90當(dāng)對(duì)多孔Fe-Ni合金進(jìn)行熔滲

7.7活化燒結(jié)7.7.1活化燒結(jié)的概念與條件

7.7.2燒結(jié)活化能

7.7.3鎢的活化燒結(jié)

7.7.4電火花燒結(jié)7.7活化燒結(jié)7.7.1活化燒結(jié)的概念與條件

7.7.27.7.1活化燒結(jié)的概念與條件圖7-920.6μm鎢粉和不同劑量、不同

種類(lèi)的活化劑作用的燒結(jié)收縮率7.7.1活化燒結(jié)的概念與條件圖7-920.6μm鎢粉和7.7.2燒結(jié)活化能1)降低燒結(jié)活化能Q，使式(7-80)中exp(-Q/RT)值增大，從而使K值增大。

2)升高燒結(jié)溫度T，也能使K值增大，但是對(duì)一般的燒結(jié)過(guò)程都適用，所以不算活化燒結(jié)。

3)在Q與T均不變的情況下增大A值，也能使K值增加，從而加快燒結(jié)過(guò)程。7.7.2燒結(jié)活化能1)降低燒結(jié)活化能Q，使式(7-80)7.7.3鎢的活化燒結(jié)1)將WO3粉與Ni(NO3）2水溶液混合，在150℃下干燥或煅燒，再于600～800℃的氫氣中共還原得到W-Ni復(fù)合粉。

2)采用氣相沉積法使Ni(NO3）2直接包覆在W粉顆粒表面，然后在氫氣中還原得到W-Ni包覆粉。

3)將WO3或W粉與鎳鹽的含銨溶液混合，用高壓氫還原直接獲得W-Ni包覆粉。

4)將NiCl2·6H2O溶于酒精或丙酮，再用預(yù)燒結(jié)鎢粉壓坯浸漬上述溶液，然后在低于130℃的溫度中干燥，使溶劑揮發(fā)，再于600℃氫氣中還原。7.7.3鎢的活化燒結(jié)1)將WO3粉與Ni(NO3）2水溶7.7.3鎢的活化燒結(jié)圖7-94鎳添加量對(duì)鎢粉壓

坯燒結(jié)密度的影響

1—1100℃2—1200℃

3—1300℃7.7.3鎢的活化燒結(jié)圖7-94鎳添加量對(duì)鎢粉壓

坯燒結(jié)7.7.4電火花燒結(jié)圖7-95電火花燒結(jié)機(jī)的原理

1、6—電極板2、5—模沖3—壓模4—粉末7.7.4電火花燒結(jié)圖7-95電火花燒結(jié)機(jī)的原理

1、67.8強(qiáng)化燒結(jié)圖7-96熱致密化工藝與傳統(tǒng)的先壓制后燒結(jié)工藝的不同之處7.8強(qiáng)化燒結(jié)圖7-96熱致密化工藝與傳統(tǒng)的先壓制后燒結(jié)7.8強(qiáng)化燒結(jié)圖7-97晶粒大小為10μm的鎳基壓坯的變形示意圖7.8強(qiáng)化燒結(jié)圖7-97晶粒大小為10μm的鎳基壓坯的變7.8強(qiáng)化燒結(jié)圖7-99粒徑為50μm的工具鋼粉末在熱等靜壓過(guò)程中的致密化圖7.8強(qiáng)化燒結(jié)圖7-99粒徑為50μm的工具鋼粉末在熱等7.8強(qiáng)化燒結(jié)圖7-100兩種不同密度的工具

鋼粉末的致密化過(guò)程7.8強(qiáng)化燒結(jié)圖7-100兩種不同密度的工具

鋼粉末的致7.9燒結(jié)氣氛7.9.1氣氛的作用與分類(lèi)

7.9.2還原性氣氛

7.9.3真空燒結(jié)

7.9.4燒結(jié)氣氛的選擇

7.9.5燒結(jié)設(shè)備7.9燒結(jié)氣氛7.9.1氣氛的作用與分類(lèi)

7.9.2還7.9.1氣氛的作用與分類(lèi)1)防止和減少周?chē)h(huán)境對(duì)燒結(jié)產(chǎn)品的有害反應(yīng)，如氧化、脫碳等，從而保證燒結(jié)順利進(jìn)行和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

2)排除有害雜質(zhì)，如吸附氣體、表面氧化物或內(nèi)部夾雜。

3)維持或改變燒結(jié)材料中的有用成分，這些成分常常能與燒結(jié)金屬生成合金或活化燒結(jié)過(guò)程，例如燒結(jié)鋼的碳控制、滲碳和預(yù)氧化燒結(jié)等。

1)氧化氣氛。

2)還原氣氛。

3)惰性或中性氣氛。

4)滲碳?xì)夥铡?/p>

5)氮化氣氛。7.9.1氣氛的作用與分類(lèi)1)防止和減少周?chē)h(huán)境對(duì)燒結(jié)產(chǎn)品表7-10粉末冶金燒結(jié)氣氛表7-10粉末冶金燒結(jié)氣氛表7-11普通燒結(jié)氣氛的成分表7-11普通燒結(jié)氣氛的成分7.9.2還原性氣氛燒結(jié)最常采用含有氫氣、一氧化碳成分的還原性或保護(hù)性氣體，它們對(duì)大多數(shù)金屬在高溫下均具有還原性。還原能力由金屬的氧化-還原反應(yīng)的熱力學(xué)決定。當(dāng)使用純氫時(shí)，其還原平衡反應(yīng)為MeO+H2Me+H2O7.9.2還原性氣氛燒結(jié)最常采用含有氫氣、一氧化碳成分的還7.9.3真空燒結(jié)1)減少氣氛中的有害成分(水蒸氣、氧氣、氮?dú)?對(duì)產(chǎn)品的玷污，例如電解氫的含水量要求降到-40℃露點(diǎn)極為困難，而真空度只要達(dá)到13Pa就相當(dāng)于含水量為-40℃露點(diǎn)，而獲得這樣的真空度并不困難。

2)真空是最理想的惰性氣氛，當(dāng)不適于用其他還原性或惰性氣體時(shí)(如活性金屬的燒結(jié))，或者對(duì)容易出現(xiàn)脫碳、滲碳的材料均可以采用真空燒結(jié)。

3)真空可以改善液相燒結(jié)的潤(rùn)濕性，有利于收縮和改善合金的組織。

4)真空有利于Si、Al、Mg、Ca等雜質(zhì)或其氧化物的排除，起到提純金屬的作用。

5)真空有利于排除吸附氣體(孔隙中殘留氣體以及反應(yīng)氣體產(chǎn)物)，顯著促進(jìn)燒結(jié)后期的收縮作用。7.9.3真空燒結(jié)1)減少氣氛中的有害成分(水蒸氣、氧氣、7.9.4燒結(jié)氣氛的選擇圖7-102在還原性氣氛中金屬和氧含量的平衡條件7.9.4燒結(jié)氣氛的選擇圖7-102在還原性氣氛中金屬和7.9.4燒結(jié)氣氛的選擇圖7-103燒結(jié)過(guò)程中典型

的露點(diǎn)和溫度的曲線(xiàn)7.9.4燒結(jié)氣氛的選擇圖7-103燒結(jié)過(guò)程中典型

的露7.9.4燒結(jié)氣氛的選擇圖7-104露點(diǎn)和溫度之間的交互作用

對(duì)燒結(jié)鋼中碳水平控制的影響7.9.4燒結(jié)氣氛的選擇圖7-104露點(diǎn)和溫度之間的交互7.9.4燒結(jié)氣氛的選擇表7-12燒結(jié)氣氛中的組分表7-13HCl對(duì)在氫氣中燒結(jié)鐵性能的影響7.9.4燒結(jié)氣氛的選擇表7-12燒結(jié)氣氛中的組分表7-7.9.5燒結(jié)設(shè)備圖7-105通過(guò)控制燒結(jié)氣氛和冷卻過(guò)程

制得Fe-Ni-C鋼的顯微組織7.9.5燒結(jié)設(shè)備圖7-105通過(guò)控制燒結(jié)氣氛和冷卻過(guò)程7.9.5燒結(jié)設(shè)備圖7-106燒結(jié)處理的時(shí)間-溫度循環(huán)過(guò)程7.9.5燒結(jié)設(shè)備圖7-106燒結(jié)處理的時(shí)間-溫度循環(huán)過(guò)7.9.5燒結(jié)設(shè)備表7-14燒結(jié)加熱元件及使用條件7.9.5燒結(jié)設(shè)備表7-14燒結(jié)加熱元件及使用條件7.9.5燒結(jié)設(shè)備圖7-107燒結(jié)溫度對(duì)燒結(jié)件性能的影響7.9.5燒結(jié)設(shè)備圖7-107燒結(jié)溫度對(duì)燒結(jié)件性能的影響7.10燒結(jié)后處理7.10.1表面處理

7.10.2浸漬處理

7.10.3陽(yáng)極化處理

7.10.4噴砂與摩擦拋光處理

7.10.5探傷檢查7.10燒結(jié)后處理7.10.1表面處理

7.10.2浸7.10.1表面處理圖7-108P/M零件與研磨劑及液體一起

在滾筒中滾動(dòng)去除尖角和飛邊7.10.1表面處理圖7-108P/M零件與研磨劑及液體7.10.2浸漬處理圖7-109氣、液、固三相間的界面平衡7.10.2浸漬處理圖7-109氣、液、固三相間的界面平7.10.3陽(yáng)極化處理陽(yáng)極化處理是在零件表面形成穩(wěn)定的氧化物，例如氧化鋁、氧化鈦、氧化鋅和氧化鉻。陽(yáng)極化處理的目的是上色，起到改善部件外觀(guān)的作用。陽(yáng)極化處理后的表面由于氧化層中的著色劑而呈現(xiàn)出顏色。目前，氧化處理后形成的氧化鈦的顏色是廣泛應(yīng)用的顏色。7.10.3陽(yáng)極化處理陽(yáng)極化處理是在零件表面形成穩(wěn)定的氧化7.10.4噴砂與摩擦拋光處理圖7-110噴丸處理的過(guò)程7.10.4噴砂與摩擦拋光處理圖7-110噴丸處理的過(guò)程7.10.5探傷檢查問(wèn)題與習(xí)題

1.由于表面曲率，Ni粉在1300℃時(shí)具有比平衡態(tài)更高的揮發(fā)壓，計(jì)算如果粒徑為1mm時(shí)，不同溫度下的揮發(fā)壓與平衡態(tài)之間的差別。

2.應(yīng)用空位體積擴(kuò)散的學(xué)說(shuō)解釋燒結(jié)后期孔隙尺寸和形狀的變化規(guī)律。

3.一鐵粉壓坯在890℃燒結(jié)1h后，性能高于930℃時(shí)同種壓坯燒結(jié)性能(其他條件相同)，試解釋在較低燒結(jié)溫度時(shí)為什么會(huì)有較高的性能。

4.成分相同的兩批粉末，在相同壓力、燒結(jié)條件下卻獲得了不同的燒結(jié)性能，簡(jiǎn)述造成這種結(jié)果的三個(gè)因素。

5.一相對(duì)密度為68%的壓坯，燒結(jié)后相對(duì)密度提高到89%，問(wèn)什么是致密化參數(shù)，并計(jì)算線(xiàn)收縮率。7.10.5探傷檢查問(wèn)題與習(xí)題

1.由于表面曲率，Ni粉在7.10.5探傷檢查6.在燒結(jié)初期，位錯(cuò)被認(rèn)為是有利于燒結(jié)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)證明這種推測(cè)。

7.一半徑為r的球形孔洞位于晶界中央，面積為L(zhǎng)2，假定γSS為單位面積晶界能，γSV為單位面積孔隙表面能，試比較這種狀態(tài)下的能量值(無(wú)孔存在和有孔存在)。

8.在鐵基結(jié)構(gòu)件粉末冶金中，希望產(chǎn)品燒結(jié)后沒(méi)有變形，采取什么步驟可以減少收縮和變形？

9.在半徑為r的殘余孔隙中充有惰性氣體，殘余孔隙分散分布在組織中，孔隙度約為1%，延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間后孔隙尺寸(直徑)增加了一倍，假設(shè)孔隙中惰性氣體的質(zhì)量沒(méi)有設(shè)定，并且壓力處于平衡狀態(tài)，此時(shí)燒結(jié)密度為多少？

10.W-Ag電觸頭材料燒結(jié)時(shí)，W并不能在液體Ag中溶解，為形成液相燒結(jié)需加入何種物質(zhì)，為什么？7.10.5探傷檢查6.在燒結(jié)初期，位錯(cuò)被認(rèn)為是有利于燒結(jié)7.10.5探傷檢查11.半徑為r，長(zhǎng)度為l的圓柱形孔隙分布于(非連續(xù)地)晶界上，孔之間的間距為2h，晶界能為γSS，表面能為γSV試推導(dǎo)出能夠使孔隙繼續(xù)收縮引起能量減少的γSS/γSV的最大比值，假設(shè)處于燒結(jié)中期，無(wú)晶粒長(zhǎng)大。

12.一高度氧化的鋼粉在1000℃純氫中燒結(jié)，燒結(jié)后化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)有脫碳發(fā)生，應(yīng)用精確的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程解釋為什么會(huì)發(fā)生脫碳。

13.試求邊長(zhǎng)為40μm或晶粒尺寸為113μm的四方晶系晶粒的體積和面積各是多少？假定各邊長(zhǎng)度都相同。

14.由燒結(jié)線(xiàn)收縮率ΔL/L0和壓坯密度ρg計(jì)算燒結(jié)坯密度ρs的公式為ρs=ρg/(1-ΔL/L0)，試推導(dǎo)此公式。

15.互不溶系固相燒結(jié)的熱力學(xué)條件是什么？為獲得理想的燒結(jié)組織，還應(yīng)滿(mǎn)足什么樣的充分條件？7.10.5探傷檢查11.半徑為r，長(zhǎng)度為l的圓柱形孔隙分7.10.5探傷檢查16.簡(jiǎn)述液相燒結(jié)的溶解-再析出機(jī)構(gòu)對(duì)燒結(jié)后合金組織的影響。

17.分析影響熔滲過(guò)程的影響因素，并指出提高潤(rùn)濕性的工藝措施有哪些？為什么？

18.隨著燒結(jié)溫度的上升，固液表面能γSL通常會(huì)減少，假設(shè)其他界面能維持不變，二面角和接觸角將如何改變？

19.一燒結(jié)產(chǎn)品直徑為10mm，相對(duì)密度為85%，試計(jì)算壓坯相對(duì)密度為83%時(shí)，模具尺寸的大小。

20.因?qū)щ娦阅苄枰捎秒p向壓制，一直徑為1cm、長(zhǎng)度6cm的銅棒壓坯，燒結(jié)后銅棒何處的直徑最小，為什么？

21.燒結(jié)球形粉末，用接觸電阻變化表示燒結(jié)初始過(guò)程，試以球形顆粒的點(diǎn)接觸電導(dǎo)率變化模型表現(xiàn)燒結(jié)過(guò)程，假設(shè)電導(dǎo)率是由顆粒間的接觸面積所控制。7.10.5探傷檢查16.簡(jiǎn)述液相燒結(jié)的溶解-再析出機(jī)構(gòu)對(duì)7.10.5探傷檢查22.物件熔滲200mm厚度需用2min，如果孔隙尺寸相同，熔滲30mm厚度需多少時(shí)間？

23.兩種不同黏度的熔體用于滲熔多孔P/M物件，一種黏度為10-2Pa·s，另一種為3×10-2Pa·s，當(dāng)熔滲深度相同時(shí)，第一種熔體單獨(dú)熔滲需要多長(zhǎng)時(shí)間(與第二種熔體相比)。

24.可控碳勢(shì)氣氛的制取原理是什么？如何控制該氣氛的各種氣體成分的比例？指出其中的還原性和滲碳性氣體成分。

25.何為碳勢(shì)？用天然氣的熱離解氣作燒結(jié)氣氛，其滲碳反應(yīng)式是怎樣的？隨著溫度升高，哪一種反應(yīng)使碳勢(shì)升高？為什么？

26.活化燒結(jié)與強(qiáng)化燒結(jié)的準(zhǔn)確含義有什么不同？簡(jiǎn)單說(shuō)明用Ni等過(guò)渡金屬活化燒結(jié)鎢的基本原理和燒結(jié)機(jī)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)7.10.5探傷檢查22.物件熔滲200mm厚度需用2mi7.10.5探傷檢查圖7-111統(tǒng)計(jì)控制過(guò)程圖(SPC)7.10.5探傷檢查圖7-111統(tǒng)計(jì)控制過(guò)程圖(SPC)7.10.5探傷檢查圖7-112強(qiáng)度與超聲波速度間的關(guān)系圖7.10.5探傷檢查圖7-112強(qiáng)度與超聲波速度間的關(guān)系第7章粉體材料燒結(jié)致密化原理與技術(shù)7.1概述

7.2燒結(jié)過(guò)程的熱力學(xué)基礎(chǔ)

7.3燒結(jié)理論與物質(zhì)遷移第7章粉體材料燒結(jié)致密化原理與技術(shù)7.1概述

7.2燒7.1概述(1)單元系燒結(jié)純金屬(如難熔金屬和純鐵軟磁材料)或穩(wěn)定成分化合物(Al2O3，B4C，BeO，MoSi2等)，在其熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行固相燒結(jié)過(guò)程。

(2)多元系固相燒結(jié)由兩種或兩種以上的組分構(gòu)成的燒結(jié)體系，在其低熔組分的熔點(diǎn)以下溫度所進(jìn)行的固相燒結(jié)過(guò)程。

(3)多元系液相燒結(jié)以超過(guò)系統(tǒng)中低熔組分熔點(diǎn)的溫度所進(jìn)行的燒結(jié)過(guò)程。7.1概述(1)單元系燒結(jié)純金屬(如難熔金屬和純鐵軟磁材7.2燒結(jié)過(guò)程的熱力學(xué)基礎(chǔ)7.2.1燒結(jié)的基本過(guò)程

7.2.2燒結(jié)的熱力學(xué)問(wèn)題

7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算7.2燒結(jié)過(guò)程的熱力學(xué)基礎(chǔ)7.2.1燒結(jié)的基本過(guò)程

7.7.2燒結(jié)過(guò)程的熱力學(xué)基礎(chǔ)圖7-1燒結(jié)球之間形成燒結(jié)頸的掃描

電子顯微照片7.2燒結(jié)過(guò)程的熱力學(xué)基礎(chǔ)圖7-1燒結(jié)球之間形成燒結(jié)頸的7.2.1燒結(jié)的基本過(guò)程(1)黏結(jié)階段燒結(jié)初期，顆粒間的原始接觸點(diǎn)或面轉(zhuǎn)變成晶體結(jié)合，即通過(guò)成核、結(jié)晶長(zhǎng)大等原子過(guò)程形成燒結(jié)頸。

(2)燒結(jié)頸長(zhǎng)大階段原子向顆粒結(jié)合面大量遷移，使燒結(jié)頸擴(kuò)大，顆粒間的距離縮小，形成連續(xù)的孔隙網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)由于晶粒長(zhǎng)大，晶界越過(guò)孔隙移動(dòng)，而被晶界掃過(guò)的地方，孔隙大量消失。

(3)閉孔隙球化和縮小階段當(dāng)燒結(jié)體密度達(dá)到90％以后，多數(shù)孔隙被完全分隔，閉孔數(shù)量增加，孔隙形狀趨近球形并不斷縮小。7.2.1燒結(jié)的基本過(guò)程(1)黏結(jié)階段燒結(jié)初期，顆粒間的7.2.1燒結(jié)的基本過(guò)程圖7-2球形顆粒的燒結(jié)模型

a)燒結(jié)前顆粒的原始接觸b)燒結(jié)早期的燒結(jié)頸長(zhǎng)大c)、d)燒結(jié)后期的孔隙球化7.2.1燒結(jié)的基本過(guò)程圖7-2球形顆粒的燒結(jié)模型

a)7.2.2燒結(jié)的熱力學(xué)問(wèn)題1)由于顆粒結(jié)合面(燒結(jié)頸)的增大和顆粒表面的平直化，粉末體的總比表面積和總表面自由能減小。

2)燒結(jié)體內(nèi)孔隙總體積和總表面積減小。

3)粉末顆粒內(nèi)晶格畸變逐漸消除。7.2.2燒結(jié)的熱力學(xué)問(wèn)題1)由于顆粒結(jié)合面(燒結(jié)頸)的增7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-3燒結(jié)頸模型7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-3燒結(jié)頸模型7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-4兩球模型7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-4兩球模型7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-6頸部直徑為X的兩球形

顆粒的燒結(jié)剖視圖7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-6頸部直徑為X的兩球形

7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-7不同溫度下燒結(jié)時(shí)間對(duì)燒結(jié)頸大小、表面積減小率、

收縮率和致密化的影響7.2.3燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖7-7不同溫度下燒結(jié)時(shí)間對(duì)燒7.3燒結(jié)理論與物質(zhì)遷移7.3.1燒結(jié)的基本概念

7.3.2物質(zhì)遷移機(jī)理7.3燒結(jié)理論與物質(zhì)遷移7.3.1燒結(jié)的基本概念

7.37.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-8兩球燒結(jié)模型

a)初始點(diǎn)接觸b)早期燒結(jié)頸長(zhǎng)大

c)后期燒結(jié)頸長(zhǎng)大d)完成合并或球體，燒結(jié)完成7.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-8兩球燒結(jié)模型

a)初始點(diǎn)7.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-9實(shí)際燒結(jié)行為的顯微照片

a)燒結(jié)初期b)燒結(jié)中期c)燒結(jié)中后期d)燒結(jié)末期7.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-9實(shí)際燒結(jié)行為的顯微照片

7.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-10根據(jù)曲面上的兩個(gè)主曲率

半徑點(diǎn)得到的曲率7.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-10根據(jù)曲面上的兩個(gè)主曲率7.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-11顆粒間燒結(jié)黏結(jié)的原子級(jí)觀(guān)察7.3.1燒結(jié)的基本概念圖7-11顆粒間燒結(jié)黏結(jié)的原子級(jí)7.3.2物質(zhì)遷移機(jī)理1.黏性流動(dòng)

2.蒸發(fā)和凝聚

3.體積擴(kuò)散

4.表面擴(kuò)散

5.晶界擴(kuò)散

6.塑性流動(dòng)7.3.2物質(zhì)遷移機(jī)理1.黏性流動(dòng)

2.蒸發(fā)和凝聚

3.體7.3.2物質(zhì)遷移機(jī)理表7-1燒結(jié)時(shí)物質(zhì)遷移的各種可能過(guò)程7.3.2物質(zhì)遷移機(jī)理表7-1燒結(jié)時(shí)物質(zhì)遷移的各種可能過(guò)7.3.2物質(zhì)遷移機(jī)理圖7-12兩球幾何模

a)ρ≈/2ab)ρ≈/4a7.3.2物質(zhì)遷移機(jī)理圖7-12兩球幾何模

a)ρ≈/1.黏性流動(dòng)圖7-13弗倫克爾球—球模型1.黏性流動(dòng)圖7-13弗倫克爾球—球模型1.黏性流動(dòng)圖7-15玻璃球—平板燒結(jié)實(shí)驗(yàn)

1—750℃，直線(xiàn)斜率=2.1

2—725℃，直線(xiàn)斜率=2.11.黏性流動(dòng)圖7-15玻璃球—平板燒結(jié)實(shí)驗(yàn)

1—750℃，2.蒸發(fā)和凝聚圖7-16氯化鈉小球燒結(jié)實(shí)驗(yàn)

1—750℃，直線(xiàn)斜率=3.3

2—725℃，直線(xiàn)斜率=3.4

3—700℃，直線(xiàn)斜率=2.82.蒸發(fā)和凝聚圖7-16氯化鈉小球燒結(jié)實(shí)驗(yàn)

1—750℃，3.體積擴(kuò)散圖7-17燒結(jié)時(shí)空位擴(kuò)散途徑3.體積擴(kuò)散圖7-17燒結(jié)時(shí)空位擴(kuò)散途徑4.表面擴(kuò)散圖7-18燒結(jié)銅粉的自擴(kuò)散系數(shù)與

溫度的關(guān)系

1—40～50μm2—2～30μm

3—10～15μm4—3～5μm4.表面擴(kuò)散圖7-18燒結(jié)銅粉的自擴(kuò)散系數(shù)與

溫度的關(guān)系

5.晶界擴(kuò)散圖7-19空位從顆粒接觸面向顆粒表面

或晶界擴(kuò)散的模型

a)無(wú)晶界b)有晶界5.晶界擴(kuò)散圖7-19空位從顆粒接觸面向顆粒表面

或晶界擴(kuò)6.塑性流動(dòng)表7-2＝F(T)t的不同表達(dá)式6.塑性流動(dòng)表7-2＝F(T)t的不同表達(dá)式6.塑性流動(dòng)圖7-21運(yùn)用于兩球形燒結(jié)模型的

燒結(jié)機(jī)理的分類(lèi)6.塑性流動(dòng)圖7-21運(yùn)用于兩球形燒結(jié)模型的

燒結(jié)機(jī)理的分7.3.3燒結(jié)初期表7-3燒結(jié)初期方程：(X/D＝Bt/7.3.3燒結(jié)初期表7-3燒結(jié)初期方程：(X/D＝Bt7.3.4燒結(jié)中期圖7-22燒結(jié)中期位于晶界邊緣的圓柱孔7.3.4燒結(jié)中期圖7-22燒結(jié)中期位于晶界邊緣的圓柱孔7.3.5燒結(jié)末期圖7-23燒結(jié)末期孔隙的微觀(guān)結(jié)構(gòu)7.3.5燒結(jié)末期圖7-23燒結(jié)末期孔隙的微觀(guān)結(jié)構(gòu)7.3.5燒結(jié)末期圖7-25二氧化鈾在1400℃燒結(jié)時(shí)，開(kāi)孔

和閉孔的變化與總的孔隙率之間的關(guān)系7.3.5燒結(jié)末期圖7-25二氧化鈾在1400℃燒結(jié)時(shí)，7.3.5燒結(jié)末期圖7-26燒結(jié)時(shí)間與孔隙率、孔徑、晶粒之間的關(guān)系。7.3.5燒結(jié)末期圖7-26燒結(jié)時(shí)間與孔隙率、孔徑、晶粒7.3.6數(shù)據(jù)分析圖7-27球形銀粉顆粒在800℃下通過(guò)

晶格擴(kuò)散主導(dǎo)的燒結(jié)數(shù)據(jù)7.3.6數(shù)據(jù)分析圖7-27球形銀粉顆粒在800℃下通過(guò)7.3.6數(shù)據(jù)分析圖7-28鉬粉在不同溫度下燒結(jié)的收縮率的

對(duì)數(shù)與熱力學(xué)溫度倒數(shù)的關(guān)系7.3.6數(shù)據(jù)分析圖7-28鉬粉在不同溫度下燒結(jié)的收縮率7.3.7燒結(jié)圖圖7-304μm鎢粉的燒結(jié)圖7.3.7燒結(jié)圖圖7-304μm鎢粉的燒結(jié)圖7.4燒結(jié)孔隙結(jié)構(gòu)的變化7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)

7.4.2燒結(jié)中的壓制壓力效應(yīng)7.4燒結(jié)孔隙結(jié)構(gòu)的變化7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)

7.47.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-31燒結(jié)時(shí)的孔隙結(jié)構(gòu)變化示意圖(其變化從顆粒間的接觸點(diǎn)開(kāi)始)7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-31燒結(jié)時(shí)的孔隙結(jié)構(gòu)變化示7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-32微結(jié)構(gòu)隨燒結(jié)溫度不同而改變

a)774℃下燒結(jié)的微觀(guān)圖b)950℃下燒結(jié)的微觀(guān)圖c)1400℃下燒結(jié)的微觀(guān)圖7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-32微結(jié)構(gòu)隨燒結(jié)溫度不同而7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-33燒結(jié)后階段孔隙孤立和球狀化過(guò)程圖

a)孔隙在晶界呈現(xiàn)平衡的固-氣晶界溝b)、c)隨著孔隙的拖曳晶界增長(zhǎng)

d)孔隙由于晶界的脫離而孤立7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-33燒結(jié)后階段孔隙孤立和球7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-34燒結(jié)過(guò)程中兩種可能的孔隙-晶粒邊界結(jié)構(gòu)

a)致密化后孔隙位于晶粒邊界位置b)未致密化時(shí)孔隙孤立的情況7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-34燒結(jié)過(guò)程中兩種可能的孔7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-35燒結(jié)過(guò)程中晶粒大小與孔隙大小關(guān)系圖7.4.1燒結(jié)孔隙的結(jié)構(gòu)圖7-35燒結(jié)過(guò)程中晶粒大小與孔7.4.2燒結(jié)中的壓制壓力效應(yīng)圖7-3663μm球狀銅粉在燒結(jié)中的壓制壓力效應(yīng)7.4.2燒結(jié)中的壓制壓力效應(yīng)圖7-3663μm球狀銅粉7.4.2燒結(jié)中的壓制壓力效應(yīng)圖7-37模壓和等靜壓成形的燒結(jié)收縮效應(yīng)對(duì)比7.4.2燒結(jié)中的壓制壓力效應(yīng)圖7-37模壓和等靜壓成形7.5固相燒結(jié)7.5.1單元系粉末燒結(jié)

7.5.2多元系粉末燒結(jié)7.5固相燒結(jié)7.5.1單元系粉末燒結(jié)

7.5.2多元7.5.1單元系粉末燒結(jié)1.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間

2.燒結(jié)密度與尺寸的變化

3.燒結(jié)體顯微組織的變化

4.影響燒結(jié)過(guò)程的因素7.5.1單元系粉末燒結(jié)1.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間

2.燒結(jié)密1.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間1)低溫預(yù)燒階段(α≤0.25)。

2)中溫升溫?zé)Y(jié)階段(α=0.4～0.55)。

3)高溫保溫完成燒結(jié)階段(α＝0.5～0.85)。1.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間1)低溫預(yù)燒階段(α≤0.25)。

21.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間圖7-38燒結(jié)過(guò)程接觸面和孔隙形狀、尺寸的變化模型1.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間圖7-38燒結(jié)過(guò)程接觸面和孔隙形狀、1.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間圖7-39燒結(jié)溫度對(duì)電解銅粉燒結(jié)的各種性能

1—密度2—抗拉強(qiáng)度3—電導(dǎo)率1.燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間圖7-39燒結(jié)溫度對(duì)電解銅粉燒結(jié)的各圖7-40燒結(jié)密度-時(shí)間關(guān)系示意圖

1—相同壓坯密度2—升高燒結(jié)溫度3—提高

壓坯密度4—相同燒結(jié)溫度圖7-40燒結(jié)密度-時(shí)間關(guān)系示意圖

1—相同壓坯密度2—2.燒結(jié)密度與尺寸的變化

2.燒結(jié)密度與尺寸的變化

3.燒結(jié)體顯微組織的變化(1)孔隙變化盡管在某些情況下，燒結(jié)后的密度或尺寸變化不大，但是孔隙的形狀、大小和數(shù)量的改變總是十分明顯的。

(2)再結(jié)晶與晶粒長(zhǎng)大粉末冷壓成形后燒結(jié)，同樣發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大等組織變化。3.燒結(jié)體顯微組織的變化(1)孔隙變化盡管在某些情況下，燒圖7-41開(kāi)孔隙度與閉孔隙度

隨總孔隙度的變化

1—開(kāi)孔隙度2—閉孔隙度圖7-41開(kāi)孔隙度與閉孔隙度

隨總孔隙度的變化

1—圖7-43孔隙阻止晶界移動(dòng)示意圖圖7-43孔隙阻止晶界移動(dòng)示意圖圖7-44晶界移動(dòng)通過(guò)第二相質(zhì)點(diǎn)圖7-44晶界移動(dòng)通過(guò)第二相質(zhì)點(diǎn)圖7-45晶界溝的形成

1—晶體自由表面2—晶粒界面圖7-45晶界溝的形成

1—晶體自由表面2—晶粒界面4.影響燒結(jié)過(guò)程的因素(1)粉末活性粉末活性包括顆粒的表面活性與晶格活性?xún)煞矫妫罢呷Q于粉末的粒度和形狀，后者由晶粒大小、晶格缺陷和內(nèi)應(yīng)力等決定。

(2)外來(lái)物質(zhì)

(3)壓制壓力壓制工藝影響燒結(jié)過(guò)程，主要表現(xiàn)為壓制密度、壓制殘余應(yīng)力、顆粒表面氧化膜的變形或破壞以及壓坯孔隙中氣體等的作用。4.影響燒結(jié)過(guò)程的因素(1)粉末活性粉末活性包括顆粒的表面圖7-47鐵粉粒度對(duì)壓坯燒結(jié)收縮率的影響

1—孔隙體積分?jǐn)?shù)10%，細(xì)粉(1μm)

2—孔隙體積分?jǐn)?shù)25%，粗粉(50μm)圖7-47鐵粉粒度對(duì)壓坯燒結(jié)收縮率的影響

1—孔隙體積分?jǐn)?shù)圖7-49鐵粉壓坯燒結(jié)收縮率和

粉末比面的關(guān)系圖7-49鐵粉壓坯燒結(jié)收縮率和

粉末比面的關(guān)系(2)外來(lái)物質(zhì)1)粉末表面的氧化物。

2)燒結(jié)氣氛對(duì)不同粉末的影響。(2)外來(lái)物質(zhì)1)粉末表面的氧化物。

2)燒結(jié)氣氛對(duì)不同粉末圖7-50不同壓制壓力下，燒結(jié)密度

隨溫度變化的示意曲線(xiàn)

1—低壓力2—中等壓力3—高壓力圖7-50不同壓制壓力下，燒結(jié)密度

隨溫度變化的示意曲線(xiàn)

7.5.2多元系粉末燒結(jié)1.互溶系固相燒結(jié)

2.無(wú)限互溶系

3.有限互溶系

4.互不溶系固相燒結(jié)7.5.2多元系粉末燒結(jié)1.互溶系固相燒結(jié)

2.無(wú)限互溶系7.5.2多元系粉末燒結(jié)圖7-52兩種鐵粉混合構(gòu)成燒結(jié)效應(yīng)圖7.5.2多元系粉末燒結(jié)圖7-52兩種鐵粉混合構(gòu)成燒結(jié)效1.互溶系固相燒結(jié)1)金屬擴(kuò)散的一般規(guī)律是：原子半徑相差越大，或在元素周期表中相距越遠(yuǎn)的元素，互擴(kuò)散速度也越大；間隙式固溶的原子擴(kuò)散速度比替換式的要大得多；溫度相同和濃度差別不大時(shí)，在體心立方點(diǎn)陣相中，原子的擴(kuò)散速度比在面心立方點(diǎn)陣相中快幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

2)在多元系中，由于組元的互擴(kuò)散系數(shù)不相等，產(chǎn)生柯肯德?tīng)栃?yīng)，證明是空位擴(kuò)散機(jī)制起作用。

3)添加第三元素可以顯著改變?cè)谺在A中的擴(kuò)散速度。

4)二元合金中，根據(jù)組元、燒結(jié)條件和階段的不同，燒結(jié)速度同兩組元單獨(dú)燒結(jié)相比，可能快也可能慢。

5)燒結(jié)工藝條件(溫度、時(shí)間、粉末粒度及預(yù)合金粉末的使用)的影響將在下面進(jìn)一步予以說(shuō)明。1.互溶系固相燒結(jié)1)金屬擴(kuò)散的一般規(guī)律是：原子半徑相差越大表7-4元素在銀中的擴(kuò)散系數(shù)和溶解度表7-4元素在銀中的擴(kuò)散系數(shù)和溶解度表7-5元素在鐵的低濃度固溶體中的擴(kuò)散系數(shù)(單位：c/s)表7-5元素在鐵的低濃度固溶體中的擴(kuò)散系數(shù)(單位：c/s表7-6元素在α-Fe與γ-Fe中的溶解度表7-6元素在α-Fe與γ-Fe中的溶解度2.無(wú)限互溶系①所有試樣中Ni的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52％。

②預(yù)合金粉成分為70％Cu＋30％Ni(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

③預(yù)合金粉成分為31％Cu＋69％Ni(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

④以Ni包Cu的復(fù)合粉末，預(yù)合金粉成分為30％Cu＋70％Ni(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

1)燒結(jié)溫度。

2)燒結(jié)時(shí)間。

3)壓坯密度。

4)粉末粒度。

5)粉末原料。

6)雜質(zhì)。2.無(wú)限互溶系①所有試樣中Ni的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52％。

②2.無(wú)限互溶系圖7-53Cu粉、Ni粉及Cu-Ni混合粉燒結(jié)

的收縮曲線(xiàn)(950℃)

1—純Cu粉2—純Ni粉3—41%Cu+59%Ni混合粉2.無(wú)限互溶系圖7-53Cu粉、Ni粉及Cu-Ni混合粉燒2.無(wú)限互溶系圖7-55X光衍射法測(cè)定Cu-Ni

燒結(jié)合金的衍射光強(qiáng)度分布圖

1—未燒結(jié)混合粉2—燒結(jié)1h3—燒結(jié)3h2.無(wú)限互溶系圖7-55X光衍射法測(cè)定Cu-Ni

燒結(jié)合金2.無(wú)限互溶系圖7-56燒結(jié)合金化模型

a)同心球模型橫斷面b)t＝0時(shí)濃度分布c)t時(shí)刻濃度分布d)t＝∞時(shí)濃度分布2.無(wú)限互溶系圖7-56燒結(jié)合金化模型

a)同心球模型橫斷2.無(wú)限互溶系表7-7粉末和工藝條件對(duì)Cu-Ni混合粉末在燒結(jié)時(shí)均勻化程度因數(shù)F值的影響2.無(wú)限互溶系表7-7粉末和工藝條件對(duì)Cu-Ni混合粉末在圖7-57Cu-Ni合金的物理力學(xué)性能隨燒結(jié)時(shí)間的變化

a)325目b)250~325目c)150~200目

1—長(zhǎng)度變化(ΔL)2—硬度(HRC)3—抗拉強(qiáng)度4—伸長(zhǎng)率5—相對(duì)電阻圖7-57Cu-Ni合金的物理力學(xué)性能隨燒結(jié)時(shí)間的變化

a3.有限互溶系1)Fe-C混合粉末碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過(guò)1％，故同純鐵粉的單元系一樣，燒結(jié)時(shí)主要發(fā)生顆粒間的黏結(jié)和收縮。

2)碳在鐵中通過(guò)擴(kuò)散形成奧氏體，擴(kuò)散得很快，10～20min內(nèi)就溶解完全(圖7-58)。

3)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成物的多相結(jié)構(gòu)。

4)燒結(jié)碳鋼的力學(xué)性能與合金組織中化合碳的含量有關(guān)。3.有限互溶系1)Fe-C混合粉末碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過(guò)1％圖7-58Fe-C混合粉燒結(jié)鋼中含碳量

與燒結(jié)時(shí)間的關(guān)系

1—=3%2—=1.5%圖7-58Fe-C混合粉燒結(jié)鋼中含碳量

與燒結(jié)時(shí)間的關(guān)系

圖7-60燒結(jié)Fe-C合金抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率與

石墨添加量的關(guān)系(1125℃燒結(jié)1h)

1，2—抗拉強(qiáng)度3，4—伸長(zhǎng)率圖7-60燒結(jié)Fe-C合金抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率與

石墨添加量的4.互不溶系固相燒結(jié)(1)燒結(jié)熱力學(xué)不互溶的兩種粉末能否燒結(jié)取決于系統(tǒng)的熱力學(xué)條件，而且同單元系或互溶多元系燒結(jié)一樣，也與表面自由能的減小有關(guān)。

(2)性能-成分的關(guān)系皮涅斯和古狄遜的研究表明，互不溶系固相燒結(jié)合金的性能與組元體積含量之間存在著二次方函數(shù)關(guān)系；在燒結(jié)體系內(nèi)，相同組元顆粒間的接觸(A-A、B-B)同A-B接觸的相對(duì)大小決定了系統(tǒng)的性質(zhì)。

(3)燒結(jié)過(guò)程的特點(diǎn)4.互不溶系固相燒結(jié)(1)燒結(jié)熱力學(xué)不互溶的兩種粉末能否燒圖7-62Cu-W(或Mo)假合金的抗拉

強(qiáng)度與成分、孔隙度的關(guān)系

1—純Cu2—Cu+5%W(或Mo)

3—Cu+20%W(或Mo)

4—Cu+46%W(或Mo)，含鎢或鉬量均為體積分?jǐn)?shù)圖7-62Cu-W(或Mo)假合金的抗拉

強(qiáng)度與成分、孔隙(3)燒結(jié)過(guò)程的特點(diǎn)1)互不溶系固相燒結(jié)幾乎包括了用粉末冶金方法制造的一切典型的復(fù)合材料——基體強(qiáng)化(彌散強(qiáng)化或纖維強(qiáng)化)材料和利用組合效果的金屬陶瓷材料(電觸頭合金，合金-塑料)。

2)互不溶系的燒結(jié)溫度由黏結(jié)相的熔點(diǎn)決定。

3)復(fù)合材料及假合金通常要求在接近致密狀態(tài)下使用，因此在固相燒結(jié)后，一般采用復(fù)壓、熱壓、燒結(jié)鍛造等補(bǔ)充致密化或熱成形工藝，或采用燒結(jié)-冷擠、燒結(jié)-熔浸以及熱等靜壓、熱軋、熱擠等復(fù)合工藝以進(jìn)一步提高密度和性能。

4)當(dāng)復(fù)合材料接近完全致密時(shí)，有許多性能同組分的體積分?jǐn)?shù)之間存在線(xiàn)性關(guān)系，稱(chēng)為“加加”規(guī)律。

5)當(dāng)難熔組分含量很高，粉末混合均勻有困難時(shí)，可以采用復(fù)合粉或化學(xué)混料法。(3)燒結(jié)過(guò)程的特點(diǎn)1)互不溶系固相燒結(jié)幾乎包括了用粉末冶金(3)燒結(jié)過(guò)程的特點(diǎn)6)互不溶系內(nèi)不同組分顆粒之間的結(jié)合界面，對(duì)材料的燒結(jié)性及強(qiáng)度影響很大。(3)燒結(jié)過(guò)程的特點(diǎn)6)互不溶系內(nèi)不同組分顆粒之間的結(jié)合界面圖7-63材料性能與組元體積關(guān)系圖7-63材料性能與組元體積關(guān)系圖7-64銅和錫的混合粉末燒結(jié)過(guò)程中的顯微組織

a)加熱到280℃(錫熔化后)b)加熱到600℃的燒結(jié)產(chǎn)品c)加熱到810℃后的燒結(jié)產(chǎn)品圖7-64銅和錫的混合粉末燒結(jié)過(guò)程中的顯微組織

a)加熱到圖7-65具有平均成分的單元

二相系混合粉末的均質(zhì)化圖7-65具有平均成分的單元

二相系混合粉末的均質(zhì)化7.6液相燒結(jié)7.6.1液相燒結(jié)的基本條件、過(guò)程和機(jī)構(gòu)

7.6.2晶粒粗化

7.6.3液相燒結(jié)舉例

7.6.4熔滲7.6液相燒結(jié)7.6.1液相燒結(jié)的基本條件、過(guò)程和機(jī)構(gòu)

7.6.1液相燒結(jié)的基本條件、過(guò)程和機(jī)構(gòu)1.液相燒結(jié)的基本條件

2.液相燒結(jié)過(guò)程和機(jī)構(gòu)7.6.1液相燒結(jié)的基本條件、過(guò)程和機(jī)構(gòu)1.液相燒結(jié)的基本1.液相燒結(jié)的基本條件(1)潤(rùn)濕性液相對(duì)固相顆粒的表面潤(rùn)濕性好是液相燒結(jié)的重要條件之一，對(duì)致密化合金組織與性能的影響極大。

(2)溶解度

(3)液相數(shù)量液相燒結(jié)應(yīng)以液相填滿(mǎn)固相顆粒的間隙為限度。1.液相燒結(jié)的基本條件(1)潤(rùn)濕性液相對(duì)固相顆粒的表面潤(rùn)濕1.液相燒結(jié)的基本條件圖7-67液相潤(rùn)濕固相平衡圖1.液相燒結(jié)的基本條件圖7-67液相潤(rùn)濕固相平衡圖(1)潤(rùn)濕性1)溫度與時(shí)間的影響。

2)表面活性物質(zhì)的影響。

3)粉末表面狀態(tài)的影響。

4)氣氛的影響。(1)潤(rùn)濕性1)溫度與時(shí)間的影響。

2)表面活性物質(zhì)的影響(1)潤(rùn)濕性圖7-68與液相接觸的二面角形成(1)潤(rùn)濕性圖7-68與液相接觸的二面角形成(1)潤(rùn)濕性圖7-69潤(rùn)濕角與溫度的關(guān)系

1—W-Ag2—W-Cu(1)潤(rùn)濕性圖7-69潤(rùn)濕角與溫度的關(guān)系

1—W-Ag1)溫度與時(shí)間的影響。1)溫度與時(shí)間的影響。表7-8銅中含鎳對(duì)ZrC潤(rùn)濕性的影響表7-8銅中含鎳對(duì)ZrC潤(rùn)濕性的影響3)粉末表面狀態(tài)的影響。圖7-70吸附膜對(duì)潤(rùn)濕的影響3)粉末表面狀態(tài)的影響。圖7-70吸附膜對(duì)潤(rùn)濕的影響4)氣氛的影響。表7-9液體金屬對(duì)某些化合物的潤(rùn)濕性4)氣氛的影響。表7-9液體金屬對(duì)某些化合物的潤(rùn)濕性2.液相燒結(jié)過(guò)程和機(jī)構(gòu)(1)燒結(jié)過(guò)程

(2)燒結(jié)機(jī)構(gòu)主要有顆粒重排機(jī)構(gòu)、溶解-再析出機(jī)構(gòu)和骨架燒結(jié)機(jī)構(gòu)。

(3)燒結(jié)合金的組織液相燒結(jié)合金的組織，即固相顆粒的形狀以及分布狀態(tài)，取決于固相物質(zhì)的結(jié)晶學(xué)特征、液相的潤(rùn)濕性或二面角的大小。

(4)致密化規(guī)律液相燒結(jié)的典型致密化過(guò)程如圖7-74所示，由液相流動(dòng)、溶解和析出、固相燒結(jié)三個(gè)階段組成，它們相繼并彼此重疊地出現(xiàn)。

(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素前面討論液相燒結(jié)的三個(gè)基本條件，實(shí)際上也是基本影響因素，此外，壓坯密度、顆粒大小、粉末混合的均勻程度、燒結(jié)溫度、時(shí)間和氣氛等也是基本因素。2.液相燒結(jié)過(guò)程和機(jī)構(gòu)(1)燒結(jié)過(guò)程

(2)燒結(jié)機(jī)構(gòu)主要有(1)燒結(jié)過(guò)程1)液相流動(dòng)與顆粒重排階段。

2)固相熔解和再析出階段。(1)燒結(jié)過(guò)程1)液相流動(dòng)與顆粒重排階段。

2)固相熔解和再(2)燒結(jié)機(jī)構(gòu)1)顆粒重排機(jī)構(gòu)。

2)溶解-再析出機(jī)構(gòu)。

3)骨架燒結(jié)機(jī)構(gòu)。(2)燒結(jié)機(jī)構(gòu)1)顆粒重排機(jī)構(gòu)。

2)溶解-再析出機(jī)構(gòu)。

(2)燒結(jié)機(jī)構(gòu)圖7-71液相燒結(jié)顆?？繑n機(jī)構(gòu)(2)燒結(jié)機(jī)構(gòu)圖7-71液相燒結(jié)顆?？繑n機(jī)構(gòu)(3)燒結(jié)合金的組織圖7-72液相在固相界面上的分布狀態(tài)

a)ψ＜60°b)ψ=135°(3)燒結(jié)合金的組織圖7-72液相在固相界面上的分布狀態(tài)

(4)致密化規(guī)律圖7-74液相燒結(jié)的典型致密化過(guò)程

1—液相流動(dòng)2—溶解-析出3—固相燒結(jié)(4)致密化規(guī)律圖7-74液相燒結(jié)的典型致密化過(guò)程

1—(4)致密化規(guī)律圖7-75不同成分和粒度的Fe-Cu混合粉末

壓坯液相燒結(jié)時(shí)的致密化動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)

1—=43%,9.4μm2—=22%，3μm

3—=22%，9.4μm4—=22%，15.8μm

5—=11.3%，9.4μm6—=22%，33.1μm(4)致密化規(guī)律圖7-75不同成分和粒度的Fe-Cu混合粉(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-76W-Cu合金燒結(jié)時(shí)間、

成形壓力和氣氛對(duì)致密化的影響

1—=10%，78MPa，真空2—=15%，78MPa，

3—=10%，78MPa，4—=10%，156MPa，真空(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-76W-Cu合金燒結(jié)時(shí)間(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-77Fe-Cu系燒結(jié)收縮與Cu濃度的關(guān)系曲線(xiàn)

1—燒結(jié)15min2—燒結(jié)60min3—燒結(jié)180min(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-77Fe-Cu系燒結(jié)收(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-78液相燒結(jié)中的致密化示意圖(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-78液相燒結(jié)中的致密化(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-79通過(guò)較小晶粒溶解后在較大晶粒上析出的晶粒生長(zhǎng)的溶解-再析出過(guò)程(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-79通過(guò)較小晶粒溶解后(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-80重合金(=95%，=3.5%，

=1.5%)在液相燒結(jié)后的微觀(guān)結(jié)構(gòu)(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-80重合金(=95%(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-82致密度與液體體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系圖(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-82致密度與液體體積分(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-83液相燒結(jié)過(guò)程中，溶解

度在致密化的作用(5)影響液相燒結(jié)過(guò)程的因素圖7-83液相燒結(jié)過(guò)程中，溶7.6.2晶粒粗化圖7-84W-Ni-Fe合金晶粒顆粒

大小與燒結(jié)時(shí)間對(duì)數(shù)值關(guān)系7.6.2晶粒粗化圖7-84W-Ni-Fe合金晶粒顆粒

7.6.3液相燒結(jié)舉例1.WC-Co硬質(zhì)合金

2.W-Cu-Ni合金

3.Cu-Sn合金7.6.3液相燒結(jié)舉例1.WC-Co硬質(zhì)合金

2.W-1.WC-Co硬質(zhì)合金(1)預(yù)燒及升溫階段此階段為低于共晶溫度的固相燒結(jié)。

(2)達(dá)到共晶溫度γ相與WC發(fā)生共晶反應(yīng)，生成液相，如充分保溫達(dá)到完全平衡，γ相應(yīng)完全進(jìn)入液相，但是仍有大量WC固相存在。

(3)繼續(xù)升溫到燒結(jié)階段超過(guò)共晶溫度繼續(xù)升溫，有更多WC溶解到液相中，液相數(shù)量劇增，而液相的成分將沿Ec線(xiàn)變化，達(dá)到c點(diǎn)即燒結(jié)溫度后，系統(tǒng)才又趨于平衡。

(4)燒結(jié)保溫階段WC繼續(xù)溶解到液相中，使液相平均成分由b點(diǎn)向c點(diǎn)變化，這時(shí)一直未溶解完的WC顆粒才與c點(diǎn)的液相達(dá)到真正的平衡。

(5)保溫完成后冷卻從液相中析出WC(沿cE線(xiàn))，液相數(shù)量減少，至共晶溫度時(shí)，液相成分又回到E點(diǎn)，開(kāi)始析出γ相(a′點(diǎn)成分)，同時(shí)結(jié)晶處共晶。1.WC-Co硬質(zhì)合金(1)預(yù)燒及升溫階段此階段為低于共1.WC-Co硬質(zhì)合金(6)低于共晶溫度冷卻共晶中γ相的成分由a′向a″變化，不斷析出二次WC晶體，有些附在原來(lái)的WC初晶顆粒上。1.WC-Co硬質(zhì)合金(6)低于共晶溫度冷卻共晶中γ相的1.WC-Co硬質(zhì)合金圖7-86W-Co-C相圖沿W