粉末冶金铁基零件的烧结_硬化处理_韩凤麟
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粉末冶金铁基零件的烧结硬化处理烧结硬化钢粉末冶金材料性能12烧结硬化与常规的粉末冶金热处理的生产流程比较化处理能得到和烧结硬化常规烧结热处理预混合粉预混合粉压制压制烧结烧结快速冷却回火奥氏体化与淬火回火最小值a标准值b材料代号最小强度拉伸性能弹性常数横向断裂mpa压缩屈服强度01mpa硬度疲劳极限90存活cm3mpa极限mpa极限mpa屈服强度02mpa伸长率254mmflnc440860ht85ht105ht130ht4105907209004806607909701151301401550250270270281622110013101520172052059066072098hrb21hrc25hrc30hrc55hrc555555120180230290660680700720flc460860ht75ht95ht115ht41052066079048059072086011513014015502502702702811151890010701240145066072079086028hrc32363955hrc555555120180230290660680700720flc480570ht100ht140ht175ht480690970121052076010301280115130140155025027027028142011001380165019706909001100128024hrc29343957hrc575757150230300390660680700720flc2480870ht85ht110ht145ht48059076010005206208301070115130140155025027027028151923930124015901860620790930110025hrc30354055hrc555555180240295350660680700720flc4810850ht70ht90ht110ht340480620760410550690830115130140155025027027028121983010301310159020hrc26313755hrc555555110160230290660680700720flc2520885ht95ht110ht120ht5906607608306607208309005906206907601151301401550
Ｆｅｒｒｏｕｓ Ｐ／Ｍ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ ｗｉｌｌ ｄｅｖｅｌｏｐ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｃｏｎｔａｉ－ ｎｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ａｓ－ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｗｈｉｃｈ ｐｅｒｍｉｔ ｌａｒｇｅｒ ｐａｒｔｓ ｔｏ ｂｅ ｓｉｎｔｅｒ－ ｈａｒｄｅｎｅｄ，ｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ｌｏｗｅｒ ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｓｉｎｔｅｒ－ｈａｒｄｅｎｅｄ ｐａｒｔｓ ｗｉｔｈ ｓｍａｌｌｅｒ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｓ．
韩凤麟
（中国机协粉末冶金分会，北京 １００８２５）
摘 要：粉末冶金铁基零件材料的力学性能都直接 与 其 密 度 和 显 微 组 织 相 关。 许 多 粉 末 冶 金 零件，为了在表面层或整 个 零 件 形 成 回 火 马 氏 体 显 微 组 织，都 要 进 行 热 处 理。 可 用 “烧 结－硬 化 ”处 理 替 代 后 续 的 淬 火 硬 化 作 业 。
（２）粉末冶金结 构 零 件 材 料 中 皆 含 有 一 定 量 孔 隙 度 ，这 对 其 冷 却 速 率 与 力 学 性 能 都 有 明 显 影 响 ；
（３）普通结构钢 的 硬 度 一 般 是 指 材 料 对 塑 性 变 形的抗力，通常 都 是 用 压 痕 来 表 示。 压 痕 硬 度 可 用 不 同 的 硬 度 试 验 方 法 （布 氏 、洛 氏 、维 氏 ）测 定 。 粉 末 冶金零件材料都含 有 一 定 量 的 孔 隙 度，其 测 定 的 压 痕 硬 度 和 材 料 的 孔 隙 度 （或 密 度 ）相 关 。 材 料 的 密 度 越 高 ，硬 度 就 越 高 ，因 此 ，称 之 谓 “表 观 硬 度 ”。 注 意 ， 粉末冶金零件材料 的 压 痕 硬 度 （即 表 观 硬 度），不 但 与 材 料 的 显 微 组 织 相 关 ，而 且 取 决 于 材 料 的 密 度 。
（ａ）淬 透 ；（ｂ）未 淬 透 图 １ 零 件 淬 硬 层 与 力 学 性 能 的 关 系［４］
图 ２ 半 马 氏 体 硬 度 与 碳 含 量 的 关 系［４］
第１期 韩凤麟：粉末冶金铁基零件的烧结－硬化处理
注意，材料的淬透性 与 淬 硬 性 （可 硬 性）是 二 个 不 同 的概念。淬硬性是指材料在理想条件下进行淬火硬 化 时 ，可 达 到 最 高 硬 度 的 能 力 。 其 高 、低 主 要 取 决 于 淬 火 加 热 时 ，固 溶 于 奥 氏 体 中 碳 含 量 的 多 少 。 例 如 ， 一 些 合 金 结 构 钢 的 淬 硬 性 低 ，但 其 淬 透 性 很 高 。
·３零 件 材 料 和 我 国 ＧＢ２５５－６３ 结 构 钢的末端淬火 法 都 是 来 源 于 美 国 ＡＳＴＭ Ａ ２５５ 的 末端淬火试验法。 试 验 方 法 规 定，采 用 的 标 准 试 样 尺 寸 为 ２５ ｍｍ×１００ ｍｍ，将 试 样 加 热 奥 氏 体 化 后 ， 迅速放在末端淬火装置（图 ３）上喷 水 冷 却。 规 定 喷 水管内径 为 １２．５ ｍｍ，试 样 末 端 与 喷 水 口 距 离 为 １２．５ ｍｍ，水 柱 自 由 高 度 为 ６５ ｍｍ±１０ ｍｍ，喷 水 时 间 为 １０～１２ ｍｉｎ。
Ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ ｗｉｌｌ ｂｅ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ ａｎｄ ａ ｒｅｖｉｅｗ ｐｒｅｓ－ ｅｎｔｅｄ ｏｆ ｈｏｗ ｔｈｅ ａｌｌｏｙｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｏｒ ｆｅｒｒｏｕｓ Ｐ／Ｍ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉ－ ｔｙ．Ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｓｉｎｔｅｒ－ｈａｒｄｅｎａｂｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａ－ ｇｅｓ ｏｆ ｓｉｎｔｅｒ－ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｅｒｒｏｕｓ ＰＭ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ；ｓｉｎｔｅｒ－ａｒｄｅｎｉｎｇ；ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ
烧 结－硬 化 是 使 粉 末 冶 金 铁 基 零 件 ［含 碳 量 为 ０．３％～０．９％（质 量 分 数）］，在 烧 结 下，随 即 用 快 速
收 稿 日 期 ：２０１３－０８－２８ 作 者 简 介 ：韩 凤 麟 （１９２８－），男 （汉 ），河 北 新 河 县 人 ，教 授 ，中 国 机 协 粉 末 冶 金 分 会 顾 问 。
粉末冶金结构零件和普通结构钢零件的热处理 工 艺 基 本 相 同 ，但 两 者 仍 有 显 著 差 异 ：
（１）粉末冶金 结 构 零 件 的 含 碳 量 虽 位 于 ０．３％ ～ ０．９％ （质 量 分 数 ）范 围 之 内 ，但 其 主 要 合 金 化 元 素 为 氧化物易还原的 Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ［１，２］，近年来才 开 始 研 制 用 Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ等作为合金化元素；
粉末 冶 金 结 构 零 件 热 处 理 后，材 料 的 强 度 与 硬 度 增 高 ，但 韧 性 较 低 ；同 时 显 微 组 织 也 从 由 铁 素 体 与 珠 光 体 组 成 ，转 变 成 了 马 氏 体 组 织 。 但 是 ，材 料 的 显 微 组 织 转 变 ，受 到 零 件 横 断 面 尺 寸 大 小 的 限 制 ，为 增 大热处理零件的横 断 面 尺 寸，改 进 热 处 理 材 料 的 强 度与韧性，研制出了 添 加 有 各 种 合 金 添 加 剂 的 粉 末 冶金合金钢。
一些合金添加剂较高的粉末冶金结构零件材 料 ，甚 至 在 烧 结 状 态 ，其 显 微 组 织 都 主 要 是 由 马 氏 体
组成。现在将这类材料叫做“可烧结－硬化”材料 。 ［３］
１ 淬透性与淬硬性（可硬性）的区别
将粉末冶金材料淬 火 时 形 成 马 氏 体 的 能 力 （或 被 淬 透 能 力）叫 做“淬 透 性 ”，其 是 材 料 本 身 固 有 的 一 种 属 性 。 淬透性是指在规定的条件下，决定 材 料 淬硬深度与硬度分布的特性。淬透性主要和材料的 临 界 淬 火 冷 却 速 度 ｖｋ 或 过 冷 奥 氏 体 的 稳 定 性 相 关［４］。
将末 端 淬 后 的 试 样，沿 轴 线 方 向 对 二 侧 面 各 磨 去０．２～０．５ ｍｍ，形 成 二 个 相 互 平 行 的 窄 条 平 面。 然后，从试样端面 开 始，每 隔 １．５ ｍｍ，测 定 一 ＨＲＣ 硬 度 值 ，即 可 得 出 一 条 沿 试 样 轴 线 的 硬 度 分 布 曲 线 ， 这 就 是 材 料 的 淬 透 性 曲 线 ，见 图 ４。
测 定 材 料 淬 透 性 的 标 准 方 法 （ＡＳＴＭ Ａ ２５５）规 定，由零件表面到半马氏体组织［马 氏 体 ５０％（体 积 分数）］处的深度为 淬 硬 层 深 度，淬 透 性 的 高 低 常 以 淬 硬 层 深 度 来 表 示 ，若 淬 透 层 深 度 达 到 了 零 件 心 部 ， 则零件叫做被淬透，见图 １。采用半 马 氏 体 组 织（硬 度为５０ 或 ３０ ＨＲＣ）作 为 评 定 淬 透 性 的 标 准，是 因 为其容易用硬度或显微组织来区分。半马氏体的硬 度 主 要 取 决 于 奥 氏 体 的 含 碳 量 ，见 图 ２。
ＳＩＮＴＥＲ－ＨＡＲＤＥＮＩＮＧ ＰＲＯＣＥＳＳ ＦＯＲ ＦＥＲＲＯＵＳ ＰＭ ＣＯＭＰＯＮＥＮＳ
ＨＡＮ Ｆｅｎｇ－Ｌｉｎ （ＰＭ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｇｅｒｅｎａｌ Ｐａｒｔｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８２５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｆｅｒｒｏｕｓ ｐｏｗｄｅｒ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ（ＰＭ）ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｍａｎｙ Ｐ／Ｍ ｐａｒｔｓ ａｒｅ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｅｄ，ｉｎ ａ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ａ ｔｅｍｐｅｒｅｄ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｅｉｔｈｅｒ ｉｎ ａｓｕｒｆａｃｅ ｌａｙｅｒ，ｏｒ ｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔ ｔｈｅ ｐａｒｔ．Ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｆｏｒ ａ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍａｙ ｂｅ ａｖｏｉｄｅｄ ｂｙ“ｓｉｎｔｅｒ－ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ”ｔｈｅ ｐａｒｔｓ．
·２·
粉末冶金工业 第２４卷
冷却，使之几乎大部 分 形 成 马 氏 体 显 微 组 织 的 一 种 生产工艺。
通常，粉末 冶 金 铁 基 ［含 碳 量 在 ０．３％ ～０．９％ （质 量 分 数 ）范 围 之 内 者 ］零 件 ，都 可 像 普 通 结 构 钢 零 件一 样 进 行 热 处 理，即 通 过 在 ８５０℃，于 ０．５％ 或 ０．８％ 碳 势 保 护 气 氛 中 加 热 ３０ ｍｉｎ 后 ，进 行 油 淬 火 ， 之后再在１８０℃或２６０℃ 下 回 火 １ｈ［１］，以 改 进 零 件 材料的综合力学性能。但通常粉末冶金零件的热处 理，都是在烧结炉 中 烧 结 后，经 缓 慢 冷 却，再 在 间 歇 式 加 热 炉 中 ，分 批 重 新 加 热 到 相 图 的 奥 氏 化 区 后 ，进 行油淬火的。油淬 火 时，油 将 存 留 在 粉 末 冶 金 零 件 的 孔 隙 中 ，因 此 ，需 要 对 零 件 进 行 彻 底 除 油 清 洗 。 另 外，油淬火时，由于 零 件 急 剧 冷 却，可 能 会 产 生 扭 曲 变形。因此，常规的 粉 末 冶 金 零 件 热 处 理 的 主 要 缺 欠是，需要重新加 热，费 用 高 及 零 件 的 尺 寸 精 度 差。 而烧结－硬化工艺 将 粉 末 冶 金 零 件 热 处 理 的 多 道 工 序 合 并 成 了 一 次 作 业 ，零 件 烧 结 后 ，随 即 进 行 硬 化 处 理 ，出 炉 后 ，经 回 火 ，即 可 准 备 应 用 。
淬透性足够高的铁基粉末冶金材料，在烧结状 态 都 可 形 成 马 氏 体 的 百 分 含 量 相 当 高 的 显 微 组 织 。 已 开 发 出 了 烧 结 炉 的 加 速 冷 却 技 术 ，其 使 用 可 对 较 大 的 零 件 进 行 “烧 结 －硬 化 ”处 理 或 用 淬 透 性 较 低 的 材 料 生 产 横 断 面 较 小 的 “烧 结 －硬 化 ”零 件 。
将说明硬度与淬透性间的差异，阐述铁基粉末 冶 金 材 料 的 合 金 化 方 法 是 如 何 影 响 淬 透 性 的 。 将 介 绍 现 有 的 “烧 结 －硬 化 ”材 料 标 准 和 讨 论 “烧 结 －硬 化 ”工 艺 的 优 势 与 缺 欠 。 关 键 词 ：粉 末 冶 金 铁 基 零 件 ；烧 结 硬 化 ；热 处 理 ；淬 透 性 中 图 分 类 号 ：ＴＦ１２５．１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００６－６５４３（２０１４）０１－０００１－０８
DOI:10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.2014.01.003
第 ２４ 卷 第 １ 期
粉末冶金工业
Ｖｏｌ．２４ Ｎｏ．１
２０１４年２月 ＰＯＷＤＥＲ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ ＩＮＤＵＳＴＲＹ Ｆｅｂ．２０１４
粉末冶金铁基零件的烧结－硬化处理
Ｆｅｒｒｏｕｓ Ｐ／Ｍ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ ｗｉｌｌ ｄｅｖｅｌｏｐ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｃｏｎｔａｉ－ ｎｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ａｓ－ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｗｈｉｃｈ ｐｅｒｍｉｔ ｌａｒｇｅｒ ｐａｒｔｓ ｔｏ ｂｅ ｓｉｎｔｅｒ－ ｈａｒｄｅｎｅｄ，ｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ｌｏｗｅｒ ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｓｉｎｔｅｒ－ｈａｒｄｅｎｅｄ ｐａｒｔｓ ｗｉｔｈ ｓｍａｌｌｅｒ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｓ．
韩凤麟
（中国机协粉末冶金分会，北京 １００８２５）
摘 要：粉末冶金铁基零件材料的力学性能都直接 与 其 密 度 和 显 微 组 织 相 关。 许 多 粉 末 冶 金 零件，为了在表面层或整 个 零 件 形 成 回 火 马 氏 体 显 微 组 织，都 要 进 行 热 处 理。 可 用 “烧 结－硬 化 ”处 理 替 代 后 续 的 淬 火 硬 化 作 业 。
（２）粉末冶金结 构 零 件 材 料 中 皆 含 有 一 定 量 孔 隙 度 ，这 对 其 冷 却 速 率 与 力 学 性 能 都 有 明 显 影 响 ；
（３）普通结构钢 的 硬 度 一 般 是 指 材 料 对 塑 性 变 形的抗力，通常 都 是 用 压 痕 来 表 示。 压 痕 硬 度 可 用 不 同 的 硬 度 试 验 方 法 （布 氏 、洛 氏 、维 氏 ）测 定 。 粉 末 冶金零件材料都含 有 一 定 量 的 孔 隙 度，其 测 定 的 压 痕 硬 度 和 材 料 的 孔 隙 度 （或 密 度 ）相 关 。 材 料 的 密 度 越 高 ，硬 度 就 越 高 ，因 此 ，称 之 谓 “表 观 硬 度 ”。 注 意 ， 粉末冶金零件材料 的 压 痕 硬 度 （即 表 观 硬 度），不 但 与 材 料 的 显 微 组 织 相 关 ，而 且 取 决 于 材 料 的 密 度 。
（ａ）淬 透 ；（ｂ）未 淬 透 图 １ 零 件 淬 硬 层 与 力 学 性 能 的 关 系［４］
图 ２ 半 马 氏 体 硬 度 与 碳 含 量 的 关 系［４］
第１期 韩凤麟：粉末冶金铁基零件的烧结－硬化处理
注意，材料的淬透性 与 淬 硬 性 （可 硬 性）是 二 个 不 同 的概念。淬硬性是指材料在理想条件下进行淬火硬 化 时 ，可 达 到 最 高 硬 度 的 能 力 。 其 高 、低 主 要 取 决 于 淬 火 加 热 时 ，固 溶 于 奥 氏 体 中 碳 含 量 的 多 少 。 例 如 ， 一 些 合 金 结 构 钢 的 淬 硬 性 低 ，但 其 淬 透 性 很 高 。
·３零 件 材 料 和 我 国 ＧＢ２５５－６３ 结 构 钢的末端淬火 法 都 是 来 源 于 美 国 ＡＳＴＭ Ａ ２５５ 的 末端淬火试验法。 试 验 方 法 规 定，采 用 的 标 准 试 样 尺 寸 为 ２５ ｍｍ×１００ ｍｍ，将 试 样 加 热 奥 氏 体 化 后 ， 迅速放在末端淬火装置（图 ３）上喷 水 冷 却。 规 定 喷 水管内径 为 １２．５ ｍｍ，试 样 末 端 与 喷 水 口 距 离 为 １２．５ ｍｍ，水 柱 自 由 高 度 为 ６５ ｍｍ±１０ ｍｍ，喷 水 时 间 为 １０～１２ ｍｉｎ。
Ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ ｗｉｌｌ ｂｅ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ ａｎｄ ａ ｒｅｖｉｅｗ ｐｒｅｓ－ ｅｎｔｅｄ ｏｆ ｈｏｗ ｔｈｅ ａｌｌｏｙｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｏｒ ｆｅｒｒｏｕｓ Ｐ／Ｍ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉ－ ｔｙ．Ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｓｉｎｔｅｒ－ｈａｒｄｅｎａｂｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａ－ ｇｅｓ ｏｆ ｓｉｎｔｅｒ－ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｅｒｒｏｕｓ ＰＭ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ；ｓｉｎｔｅｒ－ａｒｄｅｎｉｎｇ；ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ
烧 结－硬 化 是 使 粉 末 冶 金 铁 基 零 件 ［含 碳 量 为 ０．３％～０．９％（质 量 分 数）］，在 烧 结 下，随 即 用 快 速
收 稿 日 期 ：２０１３－０８－２８ 作 者 简 介 ：韩 凤 麟 （１９２８－），男 （汉 ），河 北 新 河 县 人 ，教 授 ，中 国 机 协 粉 末 冶 金 分 会 顾 问 。
粉末冶金结构零件和普通结构钢零件的热处理 工 艺 基 本 相 同 ，但 两 者 仍 有 显 著 差 异 ：
（１）粉末冶金 结 构 零 件 的 含 碳 量 虽 位 于 ０．３％ ～ ０．９％ （质 量 分 数 ）范 围 之 内 ，但 其 主 要 合 金 化 元 素 为 氧化物易还原的 Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ［１，２］，近年来才 开 始 研 制 用 Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ等作为合金化元素；
粉末 冶 金 结 构 零 件 热 处 理 后，材 料 的 强 度 与 硬 度 增 高 ，但 韧 性 较 低 ；同 时 显 微 组 织 也 从 由 铁 素 体 与 珠 光 体 组 成 ，转 变 成 了 马 氏 体 组 织 。 但 是 ，材 料 的 显 微 组 织 转 变 ，受 到 零 件 横 断 面 尺 寸 大 小 的 限 制 ，为 增 大热处理零件的横 断 面 尺 寸，改 进 热 处 理 材 料 的 强 度与韧性，研制出了 添 加 有 各 种 合 金 添 加 剂 的 粉 末 冶金合金钢。
一些合金添加剂较高的粉末冶金结构零件材 料 ，甚 至 在 烧 结 状 态 ，其 显 微 组 织 都 主 要 是 由 马 氏 体
组成。现在将这类材料叫做“可烧结－硬化”材料 。 ［３］
１ 淬透性与淬硬性（可硬性）的区别
将粉末冶金材料淬 火 时 形 成 马 氏 体 的 能 力 （或 被 淬 透 能 力）叫 做“淬 透 性 ”，其 是 材 料 本 身 固 有 的 一 种 属 性 。 淬透性是指在规定的条件下，决定 材 料 淬硬深度与硬度分布的特性。淬透性主要和材料的 临 界 淬 火 冷 却 速 度 ｖｋ 或 过 冷 奥 氏 体 的 稳 定 性 相 关［４］。
将末 端 淬 后 的 试 样，沿 轴 线 方 向 对 二 侧 面 各 磨 去０．２～０．５ ｍｍ，形 成 二 个 相 互 平 行 的 窄 条 平 面。 然后，从试样端面 开 始，每 隔 １．５ ｍｍ，测 定 一 ＨＲＣ 硬 度 值 ，即 可 得 出 一 条 沿 试 样 轴 线 的 硬 度 分 布 曲 线 ， 这 就 是 材 料 的 淬 透 性 曲 线 ，见 图 ４。
测 定 材 料 淬 透 性 的 标 准 方 法 （ＡＳＴＭ Ａ ２５５）规 定，由零件表面到半马氏体组织［马 氏 体 ５０％（体 积 分数）］处的深度为 淬 硬 层 深 度，淬 透 性 的 高 低 常 以 淬 硬 层 深 度 来 表 示 ，若 淬 透 层 深 度 达 到 了 零 件 心 部 ， 则零件叫做被淬透，见图 １。采用半 马 氏 体 组 织（硬 度为５０ 或 ３０ ＨＲＣ）作 为 评 定 淬 透 性 的 标 准，是 因 为其容易用硬度或显微组织来区分。半马氏体的硬 度 主 要 取 决 于 奥 氏 体 的 含 碳 量 ，见 图 ２。
ＳＩＮＴＥＲ－ＨＡＲＤＥＮＩＮＧ ＰＲＯＣＥＳＳ ＦＯＲ ＦＥＲＲＯＵＳ ＰＭ ＣＯＭＰＯＮＥＮＳ
ＨＡＮ Ｆｅｎｇ－Ｌｉｎ （ＰＭ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｇｅｒｅｎａｌ Ｐａｒｔｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８２５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｆｅｒｒｏｕｓ ｐｏｗｄｅｒ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ（ＰＭ）ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｍａｎｙ Ｐ／Ｍ ｐａｒｔｓ ａｒｅ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｅｄ，ｉｎ ａ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ａ ｔｅｍｐｅｒｅｄ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｅｉｔｈｅｒ ｉｎ ａｓｕｒｆａｃｅ ｌａｙｅｒ，ｏｒ ｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔ ｔｈｅ ｐａｒｔ．Ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｆｏｒ ａ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍａｙ ｂｅ ａｖｏｉｄｅｄ ｂｙ“ｓｉｎｔｅｒ－ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ”ｔｈｅ ｐａｒｔｓ．
·２·
粉末冶金工业 第２４卷
冷却，使之几乎大部 分 形 成 马 氏 体 显 微 组 织 的 一 种 生产工艺。
通常，粉末 冶 金 铁 基 ［含 碳 量 在 ０．３％ ～０．９％ （质 量 分 数 ）范 围 之 内 者 ］零 件 ，都 可 像 普 通 结 构 钢 零 件一 样 进 行 热 处 理，即 通 过 在 ８５０℃，于 ０．５％ 或 ０．８％ 碳 势 保 护 气 氛 中 加 热 ３０ ｍｉｎ 后 ，进 行 油 淬 火 ， 之后再在１８０℃或２６０℃ 下 回 火 １ｈ［１］，以 改 进 零 件 材料的综合力学性能。但通常粉末冶金零件的热处 理，都是在烧结炉 中 烧 结 后，经 缓 慢 冷 却，再 在 间 歇 式 加 热 炉 中 ，分 批 重 新 加 热 到 相 图 的 奥 氏 化 区 后 ，进 行油淬火的。油淬 火 时，油 将 存 留 在 粉 末 冶 金 零 件 的 孔 隙 中 ，因 此 ，需 要 对 零 件 进 行 彻 底 除 油 清 洗 。 另 外，油淬火时，由于 零 件 急 剧 冷 却，可 能 会 产 生 扭 曲 变形。因此，常规的 粉 末 冶 金 零 件 热 处 理 的 主 要 缺 欠是，需要重新加 热，费 用 高 及 零 件 的 尺 寸 精 度 差。 而烧结－硬化工艺 将 粉 末 冶 金 零 件 热 处 理 的 多 道 工 序 合 并 成 了 一 次 作 业 ，零 件 烧 结 后 ，随 即 进 行 硬 化 处 理 ，出 炉 后 ，经 回 火 ，即 可 准 备 应 用 。
淬透性足够高的铁基粉末冶金材料，在烧结状 态 都 可 形 成 马 氏 体 的 百 分 含 量 相 当 高 的 显 微 组 织 。 已 开 发 出 了 烧 结 炉 的 加 速 冷 却 技 术 ，其 使 用 可 对 较 大 的 零 件 进 行 “烧 结 －硬 化 ”处 理 或 用 淬 透 性 较 低 的 材 料 生 产 横 断 面 较 小 的 “烧 结 －硬 化 ”零 件 。
将说明硬度与淬透性间的差异，阐述铁基粉末 冶 金 材 料 的 合 金 化 方 法 是 如 何 影 响 淬 透 性 的 。 将 介 绍 现 有 的 “烧 结 －硬 化 ”材 料 标 准 和 讨 论 “烧 结 －硬 化 ”工 艺 的 优 势 与 缺 欠 。 关 键 词 ：粉 末 冶 金 铁 基 零 件 ；烧 结 硬 化 ；热 处 理 ；淬 透 性 中 图 分 类 号 ：ＴＦ１２５．１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００６－６５４３（２０１４）０１－０００１－０８
DOI:10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.2014.01.003
第 ２４ 卷 第 １ 期
粉末冶金工业
Ｖｏｌ．２４ Ｎｏ．１
２０１４年２月 ＰＯＷＤＥＲ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ ＩＮＤＵＳＴＲＹ Ｆｅｂ．２０１４
粉末冶金铁基零件的烧结－硬化处理