粉末冶金燒結(jié)培訓(xùn).ppt

1、粉末冶金燒結(jié)介紹,主講：,課 程 內(nèi) 容,一、燒結(jié)原理 二、燒結(jié)過程 三、燒結(jié)爐主要類型 四、網(wǎng)帶式燒結(jié)爐的特性 五、網(wǎng)帶式燒結(jié)爐的基本構(gòu)造 六、高溫?zé)Y(jié)設(shè)備簡單介紹 七、燒結(jié)氣氛介紹 八、常見不良分析,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,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

2、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)。,2.1 燒結(jié)的過程,生坯,912度,1083度,1120度,燒結(jié)頸,2.2 各元素在燒結(jié)過程的作用 2.2.1 Cu,A 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)

3、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) C 1083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(jié)構(gòu) D 1150度保溫0-120

4、min 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。,2.2 各元素在燒結(jié)過程的作用 2.2.2 C,A 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(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。,2.2 各元素在燒結(jié)過程的作用 2.2.2 C,C 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

5、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。,2.2 各元素在燒結(jié)過程的作用,2.2 各元素在燒結(jié)過程的作用 2.2.3 Ni、Mo,A Ni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。,2.2 各元素在燒結(jié)過程的作用 2.2.3 Ni、Mo,富Ni區(qū)形成奧氏體,珠光體,鐵素體,富含Cu

6、 和 Mo的顆粒邊界，形成馬氏體和下貝氏體,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,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。,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

7、型式 高溫保溫階段型式 冷卻段,5.1預(yù)熱階段型式,5.1.1 RBO（Rapid Burn Off）,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,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)

8、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,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,5.2 高溫保溫階段型式 ,5.2.1 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,高溫保溫階段型式 ,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)（brickwo

9、rk）,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,5.3 冷卻階段型式,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,冷卻階段型式,5.3.2 快速冷卻裝置（Rapid Cooling） 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

10、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),6.高溫?zé)Y(jié)爐簡單介紹 ,a.溫度使用范圍01350 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,6.高溫?zé)Y(jié)爐簡單介紹 ,d.高溫?zé)Y(jié)Fe-Mo-Cr-Cu合金零件的優(yōu)點, 金成分更均勻 高的密度 內(nèi)部空隙更小 更高的屈服強度 極限抗拉強度提高 硬度提高,7.燒結(jié)氣氛,一、燒結(jié)氣氛的作用,防止燒結(jié)制品氧化 控制碳勢 排除爐內(nèi)雜質(zhì) 凈化爐氣,燒結(jié)后產(chǎn)品的組分不變即不氧化不脫碳 能還原粉末顆粒表面氧化 對燒結(jié)爐的加熱文件、傳送帶、耐火材料腐蝕性小 使用安全 原料豐富、容易制取、成本低廉

11、,二、選擇燒結(jié)氣氛的原則,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,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850900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。,2NH33H2+N2,1。原理,四、氨分解氣氛,四、氨分解氣氛,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

12、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,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,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+33.76N2 6CO+8H2+33.76N2,丙烷 空氣 23%

13、 31% 46%,1。原理,六、吸熱式氣氛,爐外裂解裝置（例如：RX燒結(jié)爐） 爐內(nèi)裂解裝置（例如：意得滲碳爐） 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,燃料要求： 價格低廉 裂解轉(zhuǎn)化完全，不易積碳黑 硫含量低（180mg/m3 便于運輸和儲存 成分穩(wěn)定,4。制備可控氣氛燃料要求,六、吸熱式氣氛,國內(nèi)外燃料要求對比,六、吸熱式氣氛,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（DEW POINT） 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,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+H2O FeO+H2 Fe+CO2 FeO+CO,增碳與脫碳：CO2+C 2CO H2O+C CO+H2 2H2+C CH4,七、爐氣碳勢控制原理,3.2 爐體碳勢控制 就是控制上述這些爐體成分的相對量 3.3 CO2