粉末冶金

热处理炉
粉末冶金件的显微结构通常不如传统钢件那样均匀，因此在淬火表面以下任何给定距离，烧结钢件的显微硬 度值比传统钢要分散得多。有时候试锥打在马氏体基体中分散的铁素体、残留奥氏体或珠光体的软点上或孔隙上， 测量会有很大的偏差。
Ⅱ-6粉末冶金常见缺陷：
缺陷内容
图片
原因及解决方法
每个烧结炉中第 一个部件发泡
（2）、高速压制技术
原理：高速压制采用液压冲击机,它与传统压制有许多相似之处,但关键是压制速度比传统快500～1000倍, 其压头速度高达2～30m/s,因而适用于大批量生产 特点：压制件密度提高，提高幅度在0.3g/cm3左右；压制件抗拉强度可提高20%～25%；高速压制压坯径向 弹性后效很小, 脱模力较低；高速压制的密度较均匀, 其偏差小于0.01g/cm3
粉末冶金工艺
Ⅰ粉末冶金概述
粉末冶金是一门制造金属粉末，并以金属粉末（有时也添加少量 非金属粉末）为原料，经过混合、成形和烧结，制造材料或制品的技 术。
粉末冶金最突出的优点有两个： (1)能够制造目前使用其他工艺无法制造或难于制造的材料和制 品，如多孔、发汗、减震、隔音等材料和制品，钨、钼、钛等难熔金 属材料和制品，金属-塑料、双金属等复合材料及制品。 (2)能够直接制造出合乎或者接近成品尺寸要求的制品，从而减 少或取消机械加工，其材料利用率可以高达95%以上，它还能在一些 制品中以铁代铜，做到了“省材、节能”。
对于支架、连杆、轴承板、偏心轮以及配种块，一般选用SMF40系列，优点是成形性好，价格低，烧结硬 度低，整形容易，缺点是一般变化率大，非整形的产品尺寸相对不易控制。对于轴套、隔套等定位零件，AMF 和SMF系列均可，视其功能及工作要求选用，对于荷重齿轮、链轮、棘轮选用SMF50系列，其中的镍和钼均可
Ⅱ-2-3压制成形：
压模压制是将置于压模内的松散粉末施加一定的压 力后，成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压 坯。
模压示意图
压坯密度与压力
粉末的压缩过程一般采用压坯密度——成形压力曲 线来表示。压坯密度变化分为三个阶段。滑动阶段：在 压力作用下粉末颗粒发生相对位移，填充孔隙，压坯密 度随压力增加而急剧增加；二是粉末体出现压缩阻力， 即使再加压其孔隙度不能再减少，密度不随压力增高而 明显变化；三是当压力超过粉末颗粒的临界压力时，粉 末颗粒开始变形，从而使其密度又随压力增高而增加。
加大脱蜡区的气流量，以防止润滑剂在部件 表面的沉积，产生Fe-P-C液相 将一个无用的部件放在每个烧结炉的第一个 部件的位置
表面斑痕 表面崩裂
斑痕处存在大量杂质，将基体铁粉换成含纯 度较高的铁粉
原因:脱蜡过程不够完全，过早进入高温 区,Ni对CxHy裂解的催化作用,Ni粉的聚合 方案：加大气流量，加长脱蜡区（降低带 速），降低烧结气氛中的CO CO2比，填粉过 程中防止Ni粉的聚合
雾化制粉法
雾 或通过离心力使之破碎、冷却凝固来实现的
气相沉积制粉
气相沉积制粉是通过某种形式的能量输入，使气相物质发生气—固相变或气相化学反应， 生成金属或陶瓷粉体
化学还原法 电化学法
MeOn+X=Me+XOm
阳极反应：Cu-2e→Cu2+ 阴极反应：Cu2++2e→Cu（粉末）
液相烧结：粉末压坯在高于烧结零件中低熔点组元熔点的温度下进行烧结，粉末颗粒之间的烧
结和各成分之间的合金化是在有液相出现的状态下进行的
Ⅱ-3-2烧结的要求：
1.尺寸和形状的精度要求
2.密度的要求
3.组织结构的要求
烧结会使烧结体发生收缩或 在烧结中由于收缩或膨胀，因此 对晶粒度、相结构、 膨胀，并且由于压坯密度分 烧结产品的密度、孔隙度和孔隙 相的分布、合金成分 布不均匀以及炉子温度的不 连通状态会发生变化。相对密度 的分布以及孔隙度、 均匀，使烧结体发生变形。 和孔隙度表征粉末冶金零件密度 孔隙大小和孔隙形状 这就需要严格的控制烧结条 的高低。作为自润滑的粉末冶金 件，才能保证烧结产品的尺 含油轴承还有连通孔隙的要求 寸和形状精度要求
压坯密度分布不均匀：通过实验可知压制后垂直方向上上层密度比下层密度大；在水平面上，接近 上模冲的断面的密度分布是两边大，中间小；而远离上模冲的截面的密度分别是中间大，两边小。因为 粉末体在压模内受力后向各个方向流动，于是引起垂直于压模壁的侧压力。侧压力引起摩擦力，会使压 坯在高度方向存在明显的压力降。为了改善压坯密度的不均匀性，一般采取以下措施：1）减小摩擦力： 模具内壁上涂润滑油或采用内壁更光洁的模具；2）采用双向压制以改善压坯密度分布的不均匀性；3） 模具设计时尽量降低高径比。
烧结气氛类型：
氧化气氛
包括纯氧、空气和水蒸气。可用于贵金属的烧结、氧化物弥散 强化材料的内氧化烧结、铁或铜基零件的预氧化活化烧结。
还原气氛
对大多数金属能起还原作用的气体，如纯氢、分解氨、煤气、 碳氢化物的转化气H2、CO，使用最广泛
惰性或中性气体 包括活性金属、高纯金属烧结用的惰性气体（N2、Ar、He）及 真空，转化气对某些金属（Cu）也可作中性气氛
特点：可制造常规模压技术无法制造的复杂形状结构制品，具有较高的材质 密度和强韧性，并具有材质各向同性等特征
Ⅱ-3烧结技术：
烧结是将粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下进行的热处理。目的是使粉末颗粒间产生冶金结合， 即使粉末颗粒之间由机械啮合转变成原子之间的晶界结合从而获得所需物理，机械性能的制品。
a
化能，加速材料的致密化
设备
放电等离子烧 SPS原理是利用强脉冲电流加在粉末颗粒上 粉末原料广泛，可以用各种金
结
产生的诸多有利于快速烧结的效应（粉末 属、非金属、合金粉末；成形
（SPS) 活化、脉冲放电促进颗粒原子扩散）
压力低，烧结时间短
Ⅱ-3-4烧结气氛：
烧结气氛的作用是控制压坯与环境之间的化学反应和清除润滑剂的分解产物，具体说有三个方面：（1） 防止或减少周围环境对烧结产品的有害反应，如氧化、脱碳等，从而保证烧结顺利进行和产品质量稳定。（2） 排除有害杂质，如吸附气体、表面氧化物或内部夹杂。净化后通常可提高烧结的动力，加快烧结速度，而且 能改善烧结制品的性能。（3）维持或改变烧结材料中的有用成分，这些成分常常能与烧结金属生成合金或活 化烧结过程，例如烧结钢的碳控制、渗氮和预氧化烧结等。
压制成形技术： （1）、动磁压制技术
原理：将粉末装于一个导电的容器(护套)内,置于高强磁场线圈的中心腔中。电容 器放电在数微秒内对线圈通入高脉冲电流,线圈腔中形成磁场,护套内产生感应电 流。感应电流与施加磁场相互作用,产生由外向内压缩护套的磁力,因而粉末得到 二维压制 特点：1.由于不使用模具,成型时模壁摩擦减少到0，因而可达到更高的压制压力, 有利于提高产品，并且生产成本低； 2.由于在任何温度与气氛中均可施压,并适用于所有材料,因而工作条件更加灵活； 3.由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂,因而成型产品中不含有杂质，性能较高， 而且还有利于环保
b
c
Ⅱ-3-1烧结的分类：
烧结过程: a—烧结前颗粒接触状态 b—颗粒之间的烧结 c—烧结后颗粒的结合及孔隙球化状态
烧结
固相烧结
单元系固相烧结： 在熔点以下的温度进行，只发生颗粒之间冶金结合的烧结， 无相组织和成分的变化
多元系固相烧结： 由两种或两种以上的组元组成的烧结体系，在低于低熔点
组元的温度下进行烧结，发生各成分之间的合金化
渗碳气氛 CO、CH4及其他碳氢化合物气体对于烧结铁或低碳钢是渗碳性的
氮化气氛 NH3和用于烧结不锈钢及其他含Cr钢的N2
区1：润滑剂烧除 融化→分解→小分子（CH4, CxHy, CO2, CO, H2O）+H2O+O2 ，需要氧化性气氛 区2：烧结气氛 碳、氧、氮、氢 区3：重新渗碳 区2脱碳，使烧结件恢复碳，气氛：CH4 , CO 温度：800-900℃ 区4：冷却 防止零件烧结后氧化，使冷却过程更稳定和 具有更好的再现性，控制烧结件的显微结构。
副以上锻模、一副修边模。
和熔铸技术比较
粉末冶金优势
铸造优势
① 粉末冶金制件表面光洁度高；
① 形状不受限制；（粉末冶金注射成形形状也不受限制，
② 制造的尺寸公差很窄，尺寸精确；
但只能生产小制件）
③ 合金化与制取复合材料的可能性大
② 适于制造大型零件；
④ 组织均一（无偏聚、砂眼、缩孔）、力学性能可靠；③ 零件生产批量小时，经济；
（3）、温压压制技术
原理：温压技术是在混合物中添加高温新型润滑剂，然后将粉末和模具加热至 423K左右进行刚性模压制，最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术 特点：1.密度高且分布均匀；2.生坯强度高；3.脱模压力小；4.表面精度高
（4）、注射成形技术
原理：使用大量热塑性粘结剂与粉料一起注入成形模中，施于低而均匀的等 静压力，使之固结成形，然后脱粘结剂烧结
表面裂纹
芯棒吸附了铁粉颗粒，对压制模具及冲模进 行有效退磁
齿轮类零件检测方法：
起到提高强度和淬透性的作用，对于要求耐磨和高强度的产品，可以采用温压成形工艺，并可采用高温烧结来 提高密度与强度，可以一次性做到较高密度，但生产成本较高。
粉末的制备技术
机械研磨法 实质是利用动能来破坏材料的内结合力，使材料分裂产生新的界面
气流研磨法
通过气体传输粉料的一种研磨方法。与机械研磨法不同的是，气流研磨不需要磨球及其 它辅助研磨介质。研磨腔内是粉末与气体的两相混合物
粉末冶金与其他工业比较：
和热模锻技术比较
粉末冶金优势 ① 粉末冶金制件精度比精锻高；
热模锻优势 ① 可制造大型零件；
② 粉末锻造节省材料、重量控制精确、可无飞边锻造，② 锻件力学性能比烧结粉末冶金零件高，但与粉末锻造件相
也能制造形状较复杂制件；
当；
③ 粉末锻造只需一副成形模具和一副锻模；热锻需两 ③ 也可制造形状复杂程度较高的制品。