粉末冶金烧结培训讲解

a 空气/瓦斯
C3H8+5（O2+4N2） 1 ： 25
3CO2+4H2O+20N2
空气量太多，表面脱碳无金属光泽
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空气量太少，燃烧不完全表面积碳不干净
b 使用温度650 ~ 750℃
温度高：去除材质内润滑剂效果好，表面燃烧脱碳 的倾向增加
预热阶段型式②
5.1.2 炉芯管的预热带 a 特点
表面脱碳的倾向相对小，主要问题是比较会有 爆米花现象
因为烧结温度较高，铁粉和铜粉虽然在固态下有合金化反应，但烧结体此 时组成大体和生坯相同状态 C 1083以上到1150
烧结温度高于1083度，烧结产品内的Cu颗粒进行融化，形成液相，流入铁 粉颗粒间。当铜粉颗粒融化和流出后在原颗粒的位置形成流出孔隙。这就是 含油轴承孔隙组织中的“储油孔隙”。随着温度的升高。液相Cu逐步扩散到γ 铁中形成铁铜合金，致使烧结品体积膨胀和总孔隙度再次增大。在此阶段可 认为基本形成了由“毛细状孔隙”与由Cu粉流出的储油孔隙组成含油轴承所 需要的孔隙结构 D 1150度保温0-120min
四、氨分解气氛① 1。原理
氨分解气氛是以液氨为原料，在催化剂的作用下 分解反应温度850~900℃获得的气氛、分解氨含氢量高、 含氧量极微，少量水气容易干燥除去，是一种高纯度 的还原性气氛。
2NH3
3H2+N2
四、氨分解气氛②
2。制备分解氨的流程 液氨瓶（槽） 冷却器
气化
分解炉
干燥净化系统
入炉
3。氨分解气氛管理指标 残NH3量 露点DP值
丙烷
空气
6CO+8H2+3×3.76N2 23% 31% 46%
六、吸热式气氛②
2。吸热式气氛的制备方法 ①炉外裂解装置（例如：RX烧结炉） ②炉内裂解装置（例如：意得渗碳炉） ③内置式发生装置（例如：扬保渗碳炉）
3。吸热式气氛的制备流程
六、吸热式气氛③
4。制备可控气氛燃料要求
燃料要求：
①价格低廉 ②裂解转化完全，不易积碳黑 ③硫含量低（＜180mg/m3 ④便于运输和储存 ⑤成分稳定
2 露点（DEW POINT） 当温度下降到足以使气氛中的水蒸汽达到完全
饱和（凝结成雾状）时，我们把此时的温度称为露 点温度
七、炉气碳势控制原理②
3 炉气控制
3.1 吸热式气氛中主要成分性质
CO、H2、CH4 CO2、H2O N2
还原性气体 氧化性气体 中性气体
氧化与还原：Fe+H2O Fe+CO2
下进行加热保温，然后以一定的方式和速度进行冷 却，从而获得所需要的强度和各种物理机械性能的 一种过程。
粉末颗粒 输入 的聚集体
烧结 过程
温度、速度 气氛、流量
输出 晶粒的 聚结体
2.1 烧结的过程
A 粘结阶段 烧结初期,颗粒间的原始接触点或面转变成晶体结合，即通过成核、
结晶长大等原子过程形成烧结颈。 B 烧结颈长大阶段
粉末冶金烧结介绍
主讲：
yzgys80@163.com
课程内容
一、烧结原理 二、烧结过程 三、烧结炉主要类型 四、网带式烧结炉的特性 五、网带式烧结炉的基本构造 六、高温烧结设备简单介绍 七、烧结气氛介绍 八、常见不良分析
1. 烧结原理
就是将粉末压坯在低于其主要成分熔点的温度
冷热交换器将气体冷却下来，冷却后的气体喷向料 舟和产品，通过前后风门的开度调节，从而控制循 环气流量，这样就可以在一定的范围以内控制冷却 速率和产品组织转变，以形成不同特定微观结构。
冷却阶段作用 使压坯从高温缓慢冷却到再结晶温度，然后快
速冷却以得到产品的最终组织结构
6.高温烧结炉简单介绍 ①
a.温度使用范围0—1350℃ b. 高温烧结炉常见型式：
2.2 各元素在烧结过程的作用
2.2.2 C
C 碳在铁中通过扩散形成奥氏体，扩散得很快，10-20分钟内就溶解 完全。 D 当铁粉全部转变为奥氏体后，碳在其中的浓度分布仍不均匀。温 度低，烧结后将残留大量游离石墨，甚至不发生碳向奥氏体的溶解； E 烧结充分保温后冷却，奥氏体分解，形成以珠光体为主要组织组 成物的多相结构。珠光体的数量和形态取决于冷却速度，冷却愈快， 珠光体弥散度愈大，硬度与强度也愈高。如果缓慢冷却，由于孔隙 与残留石墨的作用，有可能加速石墨化过程。
预热速度比较慢，相对预热时间长，增加了预 热带的炉体长度，设备占地面积大
b “爆米花”形成原因
压坯在预热阶段，由于压坯内润滑剂（硬脂酸 锌）的分解，分解后的气体产物从粉末压坯中迅速逸 出，随炉内气氛排向炉口燃烧。如果在此阶段升温速 度过快，由于分解气体从压坯中逸出过猛，会形成压 坯表面气泡和变形
2.2 各元素在烧结过程的作用
2.2 各元素在烧结过程的作用
2.2.3 Ni、Mo
A Ni粉在烧结时不能完全扩散，烧结状态下其组织 为浅色富Ni奥氏体区，针状马氏体或贝氏体围绕在 该区边缘。热处理状态下富Ni区为浅色，芯部为奥 氏体，周围为针状马氏体。 B 富含Cu 和 Mo的颗粒边界，形成马氏体和下贝氏 体。
碳势越低 ，氨分解气氛露点一般控制在-40-50 为佳
3.5 炉气检测
①CO2
红外线气体分析仪
②露点、碳势
测量用的传感器——氧探头
8.常见不良分析与对策①
故障名称
一、积炭 1、粘附性积炭
2、颗粒状积炭
现象特征
可能起因
改进对策
在烧结件的表面、底面 及侧面出现黑色污斑， 且不易擦掉
烧结件上表面覆盖一层 沉积的黑色碳粉，易擦 掉
原子向颗粒结合面的大量迁移使烧结颈扩大，颗粒间距离缩小， 形成连续的孔隙网络；同时由于晶粒长大，晶界越过孔隙移动，而 被晶界扫过的地方，孔隙大量消失。烧结体收缩，密度和强度增加 是这个阶段的主要特征； C 闭孔隙球化和缩小阶段
当烧结体密度达到90%多数孔隙被完全分隔,闭孔数量大为增加， 孔隙形状趋近球形并不断缩小。在这个阶段，整个烧结体仍可缓慢 收缩，但主要是靠小孔的消失和孔隙数量的减少来实现。
此温度下保温时间增长，孔隙逐步减小，产品产生收缩，强度徐徐增高。
2.2 各元素在烧结过程的作用
2.2.2 C
A 碳含量影响材料的显微组织中各相的含量，从而 严重影响材料的力学性能。 B 随着碳含量的增加，抗拉强度先增后减。在0.8% 时候最高，而延展率随碳含量的增加而呈下降趋势。 轴向膨胀率随碳含量的增加而减少。
二、选择烧结气氛的原则
①烧结后产品的组分不变即不氧化不脱碳 ②能还原粉末颗粒表面氧化 ③对烧结炉的加热文件、传送带、耐火材料腐蚀性小 ④使用安全 ⑤原料丰富、容易制取、成本低廉
三、烧结气氛的分类
烧结气氛可分为还原性、真空及中性（惰性）、 氧化性、渗碳性（或脱碳性）、氮化性等类型
根据制备气氛的原样不同分类： a.放热式气氛 b.吸热式气氛 c.防热—吸热式气氛 d.有机液体裂解气氛 e.氨分解气氛 f.氮基气氛 g.木炭制备气氛 h.氢气
优点：工件在运输过程中加热均匀，不受冲击震动， 变形量小
缺点：网带是由耐热合金制成，一般情况最高温度 ＜1150℃，网带受耐热温度的限制，网带反复加热 和冷却，寿命较短，热损失比较大
5. 网带式连续烧结炉的基本构造介绍
预热阶段型式 高温保温阶段型式 冷却段
5.1预热阶段型式①
5.1.1 RBO（Rapid Burn Off） 原理：就是用液化石油气直接燃烧加速脱蜡
vol% 7.29 5.56 4.26 3.13 2.31 1.69 1.21 0.860 0.602 0.416 0.282 0.186 0.124 0.0799 0.0502 0.0310 0.0188 0.0109 0.0063 0.0020 0.0006
五、氮基气氛
氮基气氛指的是以空气分离氮（液氮、分子筛制 氮等）分别与一定量的氢 气，燃料气有机液体以及 含有一定比例氧化性介质（H2O、CO2、空气）的燃 料气混合，直接通入工作炉内所生成的气氛。
NH3%要求0.1%以下 一般使用要求-35℃以下
四、氨分解气氛②
露点温度 ℃ 40 35 30 25 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50 -60 -70
表1、露点与水分含有量的对应关系
水分含有量 mg/l 51.0 39.7 30.5 23.1 17.3 12.9 9.46 6.83 4.88 3.41 2.35 1.61 1.08 0.708 0.455 0.287 0.177 0.106 0.0625 0.0197 0.0057
2.1 烧结的过程
生坯
912度
1083度
1120度
烧结颈
2.2 各元素在烧结过程的作用
2.2.1 Cu
A 从生坯到910度以下 此状态下，生坯为铁粉+Cu粉及粉末颗粒间的缝隙构成。600度附近开始发
生烧结现象。开始有微量收缩。温度越高烧结越大。但此时未发生合金化。 B 在910度到Cu的熔点1083以下
预热阶段型式③
c、预热阶段作用 预热粉末压坏和烧除润滑剂
5.2 高温保温阶段型式 ①
5.2.1 有炉芯管的高温区（muffle马弗） 优点：炉子密封性好，耗气量少，电热元件及炉衬 不受炉气气氛的影响，炉内露点易维持
缺点：炉芯管的成本高，寿命不长
高温保温阶段型式 ②
5.2.2 SIC砌砖型式的高温区（brickwork） 优点：炉芯使用周期长，成本低 缺点：炉内干燥时间长，停炉砖容易吸收 水份，对炉子密封性要求高
c、 高温保温阶段作用 使压坯在规定温度下保温足够长的时间，
从而获得烧结零件所需的物理机械性能
5.3 冷却阶段型式①
5.3.1 普通水套冷却
通过夹套内冷却水的作用，对产品进行间接冷热 交换
一般来讲，水套中冷却水流方向与产品运行方向 相反
水套冷却带中温度必须略高于炉内气氛露点温度
冷却阶段型式②
5.3.2 快速冷却装置（Rapid Cooling） 工作原理：利用风扇循环炉内气体，并通过水
六、吸热式气氛①
1。原理
吸热式气氛是将燃料气（天然气、丙烷等）按一 定比例空气混合（完全燃烧程式20 ~ 40%）后，送入有 外部供热（反应温度1000 ~ 1050℃）的反应管中，在 催化剂（一般用NI基）的作用下进行裂解和不完全燃 烧反应，所组成的气氛经迅速冷却而制成。
2C3H8+3O2+3×3.76N2
六、吸热式气氛④
国内外燃料要求对比
国别 成分 C3H8或C4H10 稀烃量
C5以上重烃
S%
中国
＞95% ＜5% ＜3% ＜0.187g/m3
日本（液化石油气标准 JISK2240）
＞98% ---
＜0.01%
七、炉气碳势控制原理①
1 碳势 就是在工艺要求温度下把炉气调整到与某种钢
的碳含量相平衡或者工件表面碳含量达到工艺要求
推舟式和步进梁式 c.高温烧结的目的
提高粉末冶金零件的力学性能
6.高温烧结炉简单介绍 ②
d.高温烧结Fe-Mo-Cr-Cu合金零件的优点
① 金成分更均匀 ② 高的密度 ③ 内部空隙更小 ④ 更高的屈服强度 ⑤ 极限抗拉强度提高 ⑥ 硬度提高
7.烧结气氛
一、烧结气氛的作用
①防止烧结制品氧化 ②控制碳势 ③排除炉内杂质 ④净化炉气
增碳与脱碳：CO2+C H2O+C 2H2+C
FeO+H2 FeO+CO
2CO CO+H2 CH4
七、炉气碳势控制原理③
3.2 炉体碳势控制 就是控制上述这些炉体成分的相对量
3.3 CO2和H2O之间的关系
CO+H2O
CO2+H2
3.4 露点、碳势（CP）、CO2三者之间的关系 在一定的烧结温度下，露点越高，CO2含量越多，
脱蜡不当所致：
（1）增高预热带气氛
（1）预热带气氛气体露点太 气体的露点
低
（2）减低网带的负载
（2）预热带长度太短
与速度
（3）烧结件密度太高
（3）加长预热带
（4）预热带温度不适合
（4）安装快速烧除装
（5）网带负载太大
置（RBO）
（6）炉子温度曲线不正确
润滑剂蒸气热分解所致：
（1）加大气氛气体的总
2.2 各元素在烧结过程的作用
2.2.3 Ni、Mo
珠光体
富Ni区形 成奥氏体
铁素体
富含Cu 和 Mo的颗粒边界，形成马氏体 和下贝氏体
3. 烧结炉的分类
按加热丝方式：分为燃料加热和电加热 按生产方式：间歇式和连续式 按传递方式：网带式、推舟式及步进梁
4. 连续烧结炉的特征和用途
网带式烧结炉是在直通式炉膛中装输送带，连续地 将放在其上的工件送入炉内，工件相对静止，平稳地通 过炉膛加热，加热时间由无级调整网带来控制工件在炉 内进行预热、烧结、冷却，最后由出炉口出炉。