烧结工培训课程讲义

铁基制品的烧Leabharlann 温度1050~1200℃（铁 熔点1536℃）
• 1050℃：衬套类，高碳（C≥2.5%）、低密度 （d≤6.0g/cm3） ，Fe-C ；
• 1080℃：轴承类、气门导管类，Fe-C ；
• 1120℃：结构零件，Fe-Cu-C；
• ＞1200℃：中高强度零件，Fe-Cu-C-Ni-MoMn……；
100% 75% 危险！ 4%
五、废品分析
1。氧化 电炉结构简图 专为粉末冶金设计，全面符合工艺特点和条件（预热、烧结、冷却水套、保护气
流量）。 设问：保护气为什么从后面引入？ 分析气流方向、各段露点的差异； 设想：保护气是非常纯净的N2和H2，且炉膛内是密不漏气的。 冷却段： N2+H2； 高温段： N2+H2（暂不讲）；
FeO+Fe3C→CO↑; 〔C〕+H2→CH4↑;
预热段:由于压坯表面在常温下处于空气中(N2\O2\CO2\H2O…),它孔隙中同样含有这 些气体，这些气体在压坯受热及保护气（N2+H2）的冲刷下，将逐步脱附 （100~600℃），这样在预热段就不可避免地有H2O、O2气体的存在，露点自然 很高。
化，这氧化又在随后的烧结过程中因还原而是产品表面脱C。 总之，预热段对露点有一定的要求，但不严格，也没法严格，它是通过快速升温
缓冷： ①有复C作用；②有增加冷却速度的作 用。
为什么铁基制品需要快速冷却？ 不加C，一般来讲无所谓（Cu\Cr合金时，也需组织冷冻）。 但有C，情况就不一样。我们知道绝大多数的金属热处理（淬火、高频淬火、渗C
淬火等）都与C在Fe中的分布形态有关，而影响C的分布形态的关键因素，即冷却 速度。 在高温烧结时，C→Fe中扩散，并很快完成均匀化（1120℃，0.5hr），从而形成 了稳定的Ƴ-A氏体组织，并达到热力学所需的平衡。 随着温度的降低（冷却开始），该A氏体平衡被打破，它将发生分解，即C将有序 地析出并重新分布。随冷却速度不同，依次为： 冷却速度很慢，渗C体，硬而脆，不好； 冷却速度较慢，很粗的珠光体，强度低，不理想； 冷却速度较快，中等或很细的珠光体，强韧性好，理想； 冷却速度很快（淬火），马氏体，硬，有时需要。 一般烧结电炉，是不可能达到淬火态的冷却速度，故不会有马氏体组织出现。 从动轮：烧结合金化， C→Fe中扩散→冷却→ →珠光体→高频淬火C→Fe中重新 溶解A氏体化→快冷，得到马氏体。
整形 进一步提高零件的尺寸精度
后加工 车、磨、钻孔、去毛刺、清洗、浸油、包装等，无法压制成型的结构进行必要 的加工
烧结
一、概述
1。什么是烧结 烧结是将粉末压坯在低于其主要成分熔点的
温度下进行加热，从而提高压坯强度和各 种物理机械性能的一种过程。 在烧结过程中，粉末颗粒通过扩散和其它原 子迁移机理而结合在一起，得到具有一定 强度的多孔体。 2。烧结的意义 烧结是粉末冶金的关键工序，对产品最终性 能起着决定性作用，使产品由生变熟。
④即使预热时的少量氧化，也可在随后的高温烧结时被还原。 为尽可能减少预热时氧化（不可避免），在实际操作时，采用快速升温——闪过
氧化物形成区的办法加以预防。 所以预热段温度一般一次设为500~600℃或再稍高，但又不能太高，因为这会导
致ZnSt的猛烈分解，而使产品起泡、开裂（反向渗C）。 注意：预热段温度过低﹤500℃，产品在此温区停留时间又过长，将使产品过渡氧
N2 H2
O2 N2 H2O
Fe
N2
为了不使产品氧化，就必需避免产品与H2O、O2接触，用其它 惰性气体、还原性气体将产品“保护”起来，从而达到产品不 被氧化的目的——保护产品不被氧化的气体。 对保护气体而言，除了上述的不氧化，还要求不脱C、不渗C， 并可使铁粉表面的氧化物得到还原。
↟
氮气，N2
H2O+CO2+ZnO+CmHn
蒸汽 气体 蒸汽 气体
分解产物为：气体或蒸汽 当温度达到800℃时，分解量可达95% 基本满足了低温挥发及润滑的性能要求。
分解量与温度曲线图
压制成型
将混合粉末密实成具有一定形状、尺寸、密度和强度的压坯。 也就是通常所说的成型→其本质在于密度的提高。
密度（比重）：单位体积的重量，g/cm3 水（H2O)，单位体积1cm3 时，重量为1g，密度为1 g/cm3； 铁（Fe)，1cm3为7.868g，密度为7.868 g/cm3； 同理，铜（Cu)，8.95g/cm3；石墨（C)，2.24g/cm3；镍（Ni)，8.9g/cm3； 硬脂酸锌（ZnSt)，1 g/cm3；金（Au）， g/cm3。 密度对某一特定的物种而言，应是不变的，何以“密度的提高”？
a.Fe-Fe系，均质固相 Fe 自扩散烧结
b.Fe-C、Fe-Ni系，异质固相 C、Ni→Fe扩散合金化
c.Fe-Cu系，液相烧结、活化烧结 Cu：1083℃（熔点）
四、烧结参数及条件
1。温度及时间确定 从烧结机理可知，烧结取决于物质的迁移，
而物质的迁移与温度时间有关。从经济学 角度来讲，应选择合适的温度及时间。 T烧≈（0.7～0.8）T熔 烧结时间：0.5～3小时 最终参数的确定，需根据产品的使用条件及 要求，多孔润滑、结构强度、无孔韧性等
烧结温度时间对产品尺寸、强度、密度 的影响（曲线介绍）
2.升温速度的确定（主要因素） 由于在混料时，为了改善混合粉的压制性能，加入了必
需的ZnSt，这ZnSt在温度的作用下将分解、挥发。 350℃，开始分解； 400℃， 80%分解； 800℃， 95%分解。 分解后的气体迅速从粉末压坯中逸出。
℃
600
Fe3O4
400
~~38800℃ ℃
200
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
←%H2O
露点～６０℃
从该图可知： ①水平线——H2O↗易氧化（生锈、发黑等） 当Fe处于含H2O ~48%及以上的环境中，无论是何温度，都将被氧化。 ②垂直线——温度↗不易氧化。 当H2O 10%（露点~+60℃）时，温度低于~380 ℃氧化高于~380 ℃还原。 ③低温区，易氧化（即烧结的预热、冷却段）
A
A B
B
物质内部迁移
B A
“扩散”是粉末冶金烧结的主要机理，由于它是在认为的、特定的温度下进行，因而粉末 冶金烧结中的“扩散”远比我们在自然界中看到的一些扩散现象来的充分、完全、彻 底。
b.粘性流动和塑性流动
高温软化→熔化，伴随着大量物质的表面迁移。
物质表面迁移
c.原子在表面上的蒸发、冷凝
Mo丝老化，借助空间，达到物质 迁移的目的
②一半H2O和H2
H2
H2O
③极少量的H2O和大量的H2
Fe
它们的氧化情况区别
温度变化，时间足够长：
。。。。。。
Fe-FeO-Fe3O4-H2-H2O平衡图 %H2→ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1200
γFe
烧结温区
1000 温
FeO
度
， 800
αFe
网带烧结电炉结构示意图
预热段
高温段
N2
冷却段
N2 N2+AX
N2
ZnSt\O2\H2O\C
CO\CH4
N2\H2
N2
O\CH4
N2、H2
N2\H2
N2 N2
这种状态对烧结件有何不良影响？让我们借助于FeFeO-Fe3O4-H2-H2O平衡图来作一下分析：
何谓平衡图？
温度一定，时间足够长：
①全部H2O或H2
烧结工培训
版本 20100107
粉末冶金典型工艺流程概述
配料混合
压制成型 烧结 整形
后加工
配料混合 ①根据产品性能要求，将所需粉末按一定的比例混合均匀。
Fe
Cu
基粉
C
Ni
Mo
Fe-C-Cu-Ni-Mo -ZnSt
ZnSt
②需加润滑剂，减小粉末颗粒与模壁间以及粉末颗粒间的摩擦力，改善混合粉 的压制性。
Mo
♨
↜↝
物质空间迁移
补充说明
三种机理构成了烧结强化机理。它们在不同的温度下， 各自有不同的表现，有时共同存在，有时仅有一种。 对于Fe基粉末件烧结来讲，低温时以扩散为主（在 910℃以下，Fe在相中的自扩散系数比相中快300倍）， 而高温时，则以粘性流动为主，其它两种机理要逊色 很多。
三种机理，都是研究物质的迁移，有了物质的迁移， 才能合二为一，是为“结”。
分解氨，AX
AX是液氨（NH3）经分解得到的含 H275%,N225%的混合气，由于H2的存在，它 可作为一种还原性气体。
2NH3→3H2+N2
192℃开始分解，600~700 ℃ ，99%分解
完全用AX作烧结保护气体时，由于其H2的存 在且浓度较高，达75%，还原性过于强烈，将 使烧结产品产生明显的脱C现象。
理想的保护气体：
95%N2+5%H2 这种保护气体，既保持了N2保护气的特点，又具有少
量的还原性。 目前，我厂使用的就是这种气体。 安全提示：AX是易燃易爆气体，与空气混合有爆炸的
可能。 H2在空气中的爆炸限（范围）：
0% H2
空气 100%
530℃起火，因而在使用过程中， 一定要注意防范，特别是电炉升 降温时，必须按岗位规范操作！
三种机理，都与温度、时间有关。温度越高、时间越 长，物质迁移量越大，粘结越充分。温度提高能将需 很长时间的“迁移”大幅缩短，达到“可现”程度， 而提高温度就是“烧”。
2.烧结模型 R
R↘
a.双球:
L↘
L
X↗
X
( _X )n~ t
R
R
b.三球:
高能↘ 尖角钝化 体积不变 孔隙变小 球化