粉末冶金材料课件

还原铁粉复压复烧后的密度与性能
复压密度 抗拉强度 复压压力 （g/cm3） （MPa） （MPa） 200 400 600 800 6.3 6.8 7.1 7.3 157 201 245 260 延伸率 （%） 16.0 16.5 21.0 25.5
浸铜烧结铁-石墨材料的性能
化学成分 （%） ） Fe Cu C 0 0.25 余 15 0.5 0.75 1.0 密度
制造工艺
• 原料粉末及润滑剂 雾化Al,元素粉末 容易压 原料粉末及润滑剂:雾化 元素粉末 雾化 元素粉末,容易压 烧结时出现液相,利于烧结 制,烧结时出现液相 利于烧结 烧结时出现液相 利于烧结. • 压制 不大的压力下 能够达到 压制:不大的压力下 能够达到95%的相对密度 不大的压力下,能够达到 的相对密度. 的相对密度 • 烧结 润滑剂 湿度低 灰分少 与烧结气氛 低露 烧结:润滑剂 湿度低,灰分少 与烧结气氛(低露 润滑剂(湿度低 灰分少)与烧结气氛 度以下),添加溶解度高的合金元素 点, -40度以下 添加溶解度高的合金元素 度以下 添加溶解度高的合金元素. • 烧结后处理
• Fe-Mn-C系 系 固溶强化,提高淬透性 固溶强化 提高淬透性 资源丰富,价格低 资源丰富 价格低 易于氧化 • Fe-Cr-C系 系 改善力学性能 抗氧化性,耐腐蚀性 抗氧化性 -P固溶体,固溶强化 缩小奥氏体区,促进扩散 Fe-P在1050度共晶,形成液相,促进烧结 以合金形式加入
76 103 438
45 55 65
2) 烧结黄铜
耐腐蚀性,可加工性,光洁表面 耐蚀,外观好的零件.兵器,建筑,锁,螺母等 Zn:10~35%,一般用雾化粉末. P,Pb可改善性能,但Pb有害. 压制压力600~800MPa,烧结温度:固相线下 100度. • 避免Zn的挥发:加热与冷却速度;缩短时间;干 燥气氛;使用含锌填料 • • • • •
1.烧结机械零件与材料 1.烧结机械零件与材料 • 1.1 烧结结构零件 • 1.2 烧结减摩零件 • 1.3 烧结摩擦零件
烧结机械零件与材料的分类
类别 烧结结构零件 材料及制品名称
烧结铁基材料:烧结铁,碳钢,合金钢,不锈钢 烧结铜基材料:烧结青铜,黄铜,Cu-Ni合金,弥散强化 烧结铝基材料:烧结铝合金,弥散强化铝 烧结镍基材料: 烧结钛基材料: 多孔轴承:铁基,铜基,铝基,不锈钢基 固体自润滑材料:铁基,铜基,银基,双金属 铜基摩擦零件: 铁基摩擦零件: 碳-碳复合材料: 陶瓷基复合摩擦材料;
70 80 110
64 79 85
1.1.3 烧结铝基结构材料
• 特点 强度较高 重量轻 耐腐蚀 导热导电性好 特点:强度较高 重量轻,耐腐蚀 强度较高,重量轻 耐腐蚀,导热导电性好 • 主要用途:汽车活塞 连杆 家庭用具 办公器械 主要用途 汽车活塞,连杆 家庭用具,办公器械 汽车活塞 连杆,家庭用具 办公器械, 飞机构件 • 强化原理 与合金元素形成的金属间化合物 强化原理:与合金元素形成的金属间化合物 在固溶体中的溶解度变化为基础. 在固溶体中的溶解度变化为基础 • 常用体系 常用体系:Al-Cu, Al-Cu-Si, Al-Cu-Mg等. 等
铜熔渗烧结钢结构
• 用铜熔渗烧结钢结构零件，可改进结构零件的密度均一性，提高结构 用铜熔渗烧结钢结构零件，可改进结构零件的密度均一性， 零件材料的抗拉强度、硬度、韧性、疲劳强度及冲击性能。 零件材料的抗拉强度、硬度、韧性、疲劳强度及冲击性能。烧结铁结 构零件，其各个截面的密度不同．熔渗铜可使各截面的密度趋于均一。 构零件，其各个截面的密度不同．熔渗铜可使各截面的密度趋于均一。 • 也可以仅对结构零件的某一部分熔渗铜，将铜粉，铜粉压坯或铜线段 也可以仅对结构零件的某一部分熔渗铜，将铜粉， 置于结构零件压坯的熔渗部位， 置于结构零件压坯的熔渗部位，在烧结时铜熔化后借毛细作用灌入相 应部位，例如，用铜熔渗烧结钢齿轮的齿，称为局部熔渗。 应部位，例如，用铜熔渗烧结钢齿轮的齿，称为局部熔渗。用局部熔 渗可控制熔渗铜结构零件的密度与力学性能的变化。 渗可控制熔渗铜结构零件的密度与力学性能的变化。通过熔渗铜还能 将几个零件组合成一个形状复杂的结构零件， 将几个零件组合成一个形状复杂的结构零件，例如汽车分动器中的行 星齿轮托架。将一结构零件分成几部分分别压制成形，将各部分的压 星齿轮托架。将一结构零件分成几部分分别压制成形， 坯组装后同时进行烧结与熔渗铜，通过铜焊将各部分压坯连接成一体， 坯组装后同时进行烧结与熔渗铜，通过铜焊将各部分压坯连接成一体， 形成一形状复杂的结构零件。 形成一形状复杂的结构零件。 • 熔渗铜时，被熔渗的零件压坯的尺寸可能发生变化，通常量胀大，这 熔渗铜时，被熔渗的零件压坯的尺寸可能发生变化，通常量胀大， 些尺寸变化可能不均一，较难控制。 些尺寸变化可能不均一，较难控制。
烧结青铜零件的成分与性能
化学成分 （%） Cu： 87.5~90.5 Sn： 9.5~10.5 C≤1.75 Fe≤0.1 其它总量 ≤0.05 密度 （g/cm3） 抗拉强度 （MPa） 延伸率 （%） 压缩屈服强 度 （MPa） 硬度 （HRH）
6.4 6.8 7.2
93 110 138
1 2 3
4). 热处理的特点
原理,工艺与普通钢基本相同 孔隙度超过10%的制品不能盐浴加热 孔隙使材料的导热性变差 防止内部的渗碳与氮化 需保护气体,防止表面氧化与脱碳 淬火介质一般采用油
5). 基本材料体系
• Fe-C 体系 含碳量的控制 游离石墨的防止 组织性能还与烧结后的冷却速度有关
Fe-C 体系 Fe• 由铁粉与石墨粉的混合粉成形的压坯，在烧结时，石墨中的碳扩散到 由铁粉与石墨粉的混合粉成形的压坯，在烧结时， 铁中，形成奥氏体（碳在高温形态铁中的固溶体） 铁中，形成奥氏体（碳在高温形态铁中的固溶体）压坯烧结后冷却到 室温时，奥氏体发生相变，化合碳含量为 形成珠光体（ 室温时，奥氏体发生相变，化合碳含量为0.80％时，形成珠光体（铁 ％ 素体与渗碳体的共晶混合物）；化合碳含量低于0.80％(即亚共析钢 时， 即亚共析钢)时 素体与渗碳体的共晶混合物）；化合碳含量低于 ）；化合碳含量低于 ％ 即亚共析钢 形成铁素体与珠光体的混合物；化合碳含量高于 即过共析钢)时 形成铁素体与珠光体的混合物；化合碳含量高于0.80％(即过共析钢 时， ％ 即过共析钢 形成珠光体与渗碳体的混合物。 形成珠光体与渗碳体的混合物。烧结碳素钢的金相组织和常规的共析 钢、亚共析钢及过共析钢是一致的。普碳钢的强度因含碳量增加而增 亚共析钢及过共析钢是一致的。 高。碳钢的抗拉强度一直增高到共析组成，当含碳量更高时，抗拉强 碳钢的抗拉强度一直增高到共析组成，当含碳量更高时， 度大体上处于恒定状态。 度大体上处于恒定状态。 • 由铁粉与石墨粉的混合粉制成的结构零件，其材料的强度同样随着含 由铁粉与石墨粉的混合粉制成的结构零件， 碳量增加而增高。在化合碳含量达到共晶点之前， 碳量增加而增高。在化合碳含量达到共晶点之前，强度随着化合碳含 丛增加而增高；化合碳含量超过共晶点之后，由于连续的、 丛增加而增高；化合碳含量超过共晶点之后，由于连续的、脆性的渗 碳体网络出现，烧结碳钢的横向断裂强度减低。 碳体网络出现，烧结碳钢的横向断裂强度减低。
Fe-Ni-C系与Fe-Ni-Cu-C系 Fe-Ni- 系与Fe-Ni-CuNi:稳定奥氏体,固溶强化 降低各元素的扩散速度,提高淬透性 需要选用细的Ni粉 随Ni含量增加,强度增加
Fe-Ni-C系 Fe-Ni• 通常．也用铁粉、镍粉及石墨粉的混合粉生产铁基粉末冶 通常．也用铁粉、 金结构零件。由铁粉与镍粉的混合粉末压制成形的压坯， 金结构零件。由铁粉与镍粉的混合粉末压制成形的压坯， 烧结时镍将扩散到铁中形成固熔体。 烧结时镍将扩散到铁中形成固熔体。添加镍粉的颗粒大小 与烧结温度决定固溶体的均一性， 与烧结温度决定固溶体的均一性，从而影响到对固溶体的 强化作用大小。细镍粉(如羰基镍粉 和高温烧结(1315℃烧 如羰基镍粉)和高温烧结 强化作用大小。细镍粉 如羰基镍粉 和高温烧结 ℃ 可使固溶体较快地均一化： 结)可使固溶体较快地均一化： 可使固溶体较快地均一化 • 较难评估镍粉与石墨粉对烧结镍钢力学性能的综合影响。 较难评估镍粉与石墨粉对烧结镍钢力学性能的综合影响。 烧结时，镍可能扩散不充分，残留有富镍奥氏体， 烧结时，镍可能扩散不充分，残留有富镍奥氏体，从烧结 温度冷却时， 温度冷却时，这些富镍区可能溶解足够数量的碳形成马氏 因此由铁粉、镍粉及石墨粉的混合粉压制-烧结生产的 体，因此由铁粉、镍粉及石墨粉的混合粉压制 烧结生产的 烧结镍钢零件，微观组织非常复杂。 烧结镍钢零件，微观组织非常复杂。
结构零件用烧结黄铜零件的成分与性能
化学成分 （%） Cu： 77.0~80.0 Pb： 1.0~2.0 C≤1.75 其余为Zn 密度 （g/cm3） 抗拉强度 （MPa） 延伸率 （%） 压缩屈服强 度 （MPa） 硬度 （HRH）
7.2 140 7.7 160 8.0 180
9.0 10.0 13.0
（g/cm3） ） （MPa） ） （%） ）
抗拉强 度
延伸 率
硬度
（HB） ）
孔隙 度
（%） ）
8.02 7.94 7.89 7.90 7.69
468 593 644 713 720
8 5 4 4 4
74 78 87 90 93 2~3
3). 合金化的特点
• 金属学原理与普通钢一致 • 合金元素选用上的差别 孔隙度对合金元素的强化效果有直接影响,密 孔隙度对合金元素的强化效果有直接影响 密 度小于6.5g/cm3时效果不好 度小于 强化效果好的元素Cr,Mn易于氧化 合金形式 易于氧化,合金形式 强化效果好的元素 易于氧化 Cu,P在烧结钢中有强化作用 在烧结钢中有强化作用
Fe-Cu-C与Fe-Cu-Mo-C系 Fe-CuFe-Cu-Mo• • • • • • • 烧结铜:10%以内 以内 烧结铜 熔浸铜:15~25% 熔浸铜 较佳配比为C,1.5%;Cu,8% 较佳配比为 时效作用比较明显 对尺寸变化有很大影响 Mo的主要作用是固溶强化 细化径粒 的主要作用是固溶强化,细化径粒 的主要作用是固溶强化 Mo的扩散慢 一般采用合金粉 的扩散慢,一般采用合金粉 的扩散慢