粉末冶金材料学
粉末冶金材料的分类及应用
粉末冶金材料的分类及应用粉末冶金材料的分类及应用粉末冶金材料的分类及应用【摘要】粉末冶金材料有着传统熔铸工艺不能获取的独特化学成分及物理性能，且具有一次成型等特点，因此被广泛应用。
本文主要从粉末冶金材料的主要分类入手，重点对其应用进行了阐述，希望给行业相关人士一定的参考和借鉴。
【关键词】：粉末冶金;材料;分类;应用0.引言所谓的粉末冶金材料指的是用几种金属粉末或者金属与非金属粉末为原料，通过配比、压制成型以及烧结等特殊工艺制成的各类材料的总称，而这种与熔炼和铸造明显不同的工艺也被统称为粉末冶金法。
因其生产流程与陶瓷制品比较类似，所以又被称为金属陶瓷法。
就目前而言，粉末冶金法不单是用来制取某些特殊材料的方法，也是一种优质的少切屑或者无切屑方法，且其具有材料利用率高、生产效率高，节省占地面积及机床等优点。
然而粉末冶金法也并非万能之法，其无论是金属粉末还是模具都有着较高的成本，且制品的形状和大小都受到一定的限制。
1.粉末冶金材料的主要分类1.1传统的粉末冶金材料第一，铁基粉末冶金材料。
作为最传统也是最基本的粉末冶金材料，其在汽车制造行业的应用最为普遍，并随着经济的迅猛发展，汽车工业的不断扩大，铁基粉末冶金材料的应用范围也就变得越来越广阔，因此其需求量也越来越大。
与此同时，铁基粉末冶金材料对其他行业来说也非常重要。
第二，铜基粉末冶金材料。
众所周知，经过烧结铜基制作的零件抗腐蚀性相对来说比较好，且其表面光滑没有磁性干扰。
用来做铜基粉末冶金材料的主要材料有：烧结的青铜材质、黄铜材质以及铜镍合金材料等，此外还有少量的具有弥散性的强化铜等材质。
在现代，铜基粉末冶金材料主要备用到电工器件、机械设备零件等各个制造类领域中，同时也对过滤器、催化剂以及电刷等有一定的作用。
第三，难熔金属材料。
因这类材料的熔点、硬度、强度都比较高，因此其主要成分为难熔性的金属及金属合金复合材料，主要被应用国防、航空航天以及和研究领域等。
第四，硬质合金材料。
粉末冶金力学性能和增强机理研究
粉末冶金力学性能和增强机理研究I. 综述粉末冶金是一种材料制备技术，通过将固体粉末与液体或气体混合后加热至高温状态，然后冷却和压制成所需形状的材料。
由于其独特的制备工艺和优异的力学性能，粉末冶金材料在航空航天、汽车制造、电子器件等领域得到了广泛应用。
本文旨在综述粉末冶金材料的力学性能和增强机理研究进展，为进一步探索其在各个领域的应用提供理论基础和技术支持。
首先我们介绍了粉末冶金材料的力学性能特点，与传统金属材料相比，粉末冶金材料具有高强度、高硬度、高韧性和优良的耐磨损性等优点。
这些优异的力学性能使得粉末冶金材料在许多领域具有广泛的应用前景，如高速列车轮轨材料、航空发动机叶片材料等。
其次我们探讨了粉末冶金材料的增强机理，增强是指通过改变材料的微观结构来提高其力学性能的过程。
常见的增强机制包括晶粒细化、相变、位错滑移等。
其中晶粒细化是提高粉末冶金材料强度和韧性的重要途径之一。
通过控制加热温度和时间等因素，可以实现晶粒的细化，从而提高材料的力学性能。
相变是指在一定条件下，材料由一种相转化为另一种相的过程。
相变过程中会释放出大量的潜热，从而提高材料的强度和硬度。
位错滑移是指晶体中原子或分子沿晶格方向发生移动的现象，通过合理设计合金元素含量和分布等方式，可以有效地调控位错滑移行为，从而改善材料的力学性能。
我们总结了当前国内外关于粉末冶金力学性能和增强机理的研究现状和发展趋势。
随着科学技术的不断进步和人们对高性能材料的不断追求，粉末冶金材料的研究将会越来越深入和广泛。
未来研究方向主要包括：优化粉末冶金制备工艺以提高材料性能；探索新的增强机制以拓展材料的适用范围；开发新型粉末冶金材料以满足不同领域的需求等。
粉末冶金技术的发展历程和应用领域粉末冶金(Powder Metallurgy,PM)是一种将金属粉末与有机或无机载体相结合，通过加热、压制、烧结等工艺过程制备出具有特殊性能的材料的方法。
自19世纪末期发明以来，粉末冶金技术经历了一个漫长的发展过程，从最初的简单粉末混合到现代的多相材料制备，其应用领域也不断拓展，涵盖了航空航天、汽车、电子、能源等多个重要领域。
粉末冶金
举例说明两种粉末冶金材料特点及其应用？
在固态下制 取粉末的方法包括
4.粉末冶金的优点
（3）粉末冶金能生产用普通熔炼法无法 生产的具有特殊性能的材料。
a、能控制制品的孔隙度。例如：多孔含油轴承等 b、能利用金属和金属、金属和非金属的组合效果， 生产各种特殊性能的材料。 c、能生产各种复合材料。例如：金属陶瓷、硬质合 金、弥散强化材料等 绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料 只能用粉末冶金方法来制造。
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粉末冶金与铸造技术比较
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； ② 制造的尺寸公差很窄，尺寸 ② 适于制造大型零件； 精确； ③ 零件生产批量小时，经济； ③ 合金化与制取复合材料的 ④ 一般说来，工、模具费用低 可能性大 ④ 组织均一（无偏聚、砂眼、 缩孔）、力学性能可靠； ⑤ 在经济上，粉末冶金工艺 能耗小。
德里柱表面上刻的碑文
德里柱最早是耆那教神庙建 筑群，27座神庙之中某间房 屋的一根柱子。 十三世纪初，神庙全部被毁， 并将拆毁后的材料，拿来兴 建宫殿与清真寺。 德里铁柱是剩余的建材，因 此被移到现址。在印度的达 哈、辛哈勒斯、克那拉克都 发现竖有相同技术的古铁柱
德里铁柱少有锈蚀的原因
4.粉末冶金的优点
（1）粉末冶金方法生产的某些材料， 与普通熔炼法相比，性能优越。
粉末冶金技术通常粉末冶金零件表面光洁、尺寸 精确，与铸造相比，可以最大限度地减少合金成 分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。 生产难熔金属材料或制品，一般要依靠粉末冶金 法。例如：钨、钼等。
材料制备技术-粉末冶金
热模锻优势：
① 粉末冶金制件精度比精锻高；
① 可制造大型零件；
② 粉末锻造节省材料、重量控制精 ② 锻件力学性能比烧结粉
确、可无非边锻造，也能制造形状较 末冶金零件高，但与粉末
复杂制件；
锻造件相当；
③ 粉末锻造只需一副成形模具和一 ③ 可制造形状复杂程度较
副锻模；热锻需两副以上锻模、一副 高的制品。
挤压(extrusion)、轧制(rolling)、拉拔(drawing)、 冲压(punching)、锻造(forging)
PM(Powder Metallurgy) 粉末冶金法 制粉(powder making)压型(pressing) 烧结(sintering)
粉末冶金特点及与其他成形工艺的比较
现代粉末冶金发展的三个重要标志：
• 1909年制造电灯钨丝的技术成功（W粉成形、烧结、锻打、 拉丝）；1923年硬质合金研制成功。 • 20世纪30年代，多孔含油轴承成功；相继发展铁基机械零件 • 向新材料、新工艺发展：20世纪40年代，金属陶瓷、弥散强 化材料（如烧结铝）；60年代末～70年代初，粉末高速钢、粉 末高温合金，粉末锻造技术已能生产高强度零件。
4） 成型性 Formation ability
定义:粉末压制后，压坯保持既定形状的能力 用压坯强度 表示
意义: 压坯加工能力，加工形状复杂零件的可能性 影响因素:颗粒之间的啮合与间隙
a 不规则颗粒，颗粒间连接力强, 成型性好 b 颗粒越小，成型性越好;
与压缩性影响后果相反,必须综合考虑
2.2 粉末制备方法
3） 压缩性 Compressive ability
(1) 定义: 粉末被压紧的能力，表示方法是：在恒定压 力下（30t/inch2）粉末压坯的密度
粉末冶金材料概述
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粉末冶金材料概述
现代粉末冶金技术与发展
• 技术特征： • 技术多样性;
粉末制备、成形、烧结技术多选择
• 工艺复杂性; • 手段先进性；
压机、烧结炉等设备与最新科技结合
• 性能优异性； • 零件复杂性； • 规模扩大性； • 成本低廉性。
530人，年销售额6210万 美元，人均年销售额97.25 万元人民币。
宁波粉末冶金厂
400人，年销售额1.2亿元，人 均年销售额30万元； 扬州保来得公司
300人，年销售额1.8亿元，人 均年销售额60万元； 国内一般粉末冶金厂
人均年销售2万元。
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粉末冶金材料概述
• 发展趋势
• 辐射领域越来越广
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粉末冶金材料概述
• PM Production of notch segment for truck transmission
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粉末冶金材料概述
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粉末冶金材料概述
• 采用PM技术制备材料/产品的缺点：
• 原料粉末价格较贵； • 模具成本高，靠产量规模降低费用； • 烧结制品残余孔隙影响性能； • 氧和杂质含量较高； • 制备高纯活性金属困难；
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粉末冶金材料概述
St*
*1st=0.9078
**Reflects P/M grade powders only includes stainless steels after 1996
Sourse:MPIF,JPMA,EPMA
International iron and steel powder Metal powder in
粉末冶金是什么
粉末冶金是什么?粉末冶金（Powder Metallurgy)是制取金属粉末，及采用成形和烧结工艺将金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）制成材料和制品的工艺技术。
它是冶金和材料科学的一个重要分支学科。
粉末冶金有历史2500年前块炼铁锻造法制造铁器20世纪初制取难熔金属。
1909年制造电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展；1923年粉末冶金硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命。
30年代成功制取含油轴承。
粉末冶金铁基机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削的优点。
40年代金属陶瓷、弥散强化等材料60年代粉末冶金高速钢，粉末高温合金应用80年代~ 汽车领域应用迅速发展粉末冶金的特点节材，节能低环境污染较好的尺寸精度较好的表面状态接近最终形状降低产品制造成本产品一致性好特殊的多合金组织多孔性组织复杂的形状适合大批量生产经济性节能：粉末成形所需压力远低于锻造、辊轧等传统制程；烧结温度又低于主成分熔点。
故耗费之能源远低于铸造、机械加工等其它制程。
省材：粉末冶金法的材料利用率高达95%以上，远高于其它制程。
例如机械加工法的材料利用率平均仅有40∼50%之间。
省时：在自动化生产在线，成形一个生胚的时间可低至0.5秒；而每一成品所耗费的平均烧结时间亦可低至数秒钟。
其时间成本远低于其它制程。
精度：粉末冶金产品的尺寸精度极高，在一般用途中，几乎无须后续加工性质上某些具有独特性质或显微组织的产品，除粉末冶金制程外，无法以其它制程获得。
例如：多孔材料：过滤器、含油轴承、透气钢等复合材料：弥散强化或纤维强化复合材料合金系统：大部分合金系统均有固溶限，超过此一限度，其铸造组织会产生共晶、共析、或金属间化合物等偏析现象，形成不均匀的组织结构；而某些元素间即使在熔融状态下也不互溶，故不可能以铸造法制造。
粉末冶金法的特性却使其可轻易调配出任意比例且组织均匀的合金材质(因其制程中未达熔点)。
特殊性上有些材料虽可能以其它方法制作，在实作上却有相当的困难度，例如：高熔点金属：钨(3380℃)、钼(2615℃)、陶瓷等高熔点材料很难熔化铸造。
铁基粉末冶金材料
铁基粉末冶金材料铁基粉末冶金材料是一种重要的金属材料，它以铁粉为主要原料，经过混合、压制、烧结等工艺制成的一种新型金属材料。
铁基粉末冶金材料具有优异的性能和广泛的应用领域，被广泛应用于汽车、机械、电子、航空航天等领域。
本文将从铁基粉末冶金材料的制备工艺、性能特点及应用领域等方面进行介绍。
一、铁基粉末冶金材料的制备工艺。
铁基粉末冶金材料的制备工艺包括原料准备、混合、压制、烧结等多个步骤。
首先，选择适当的铁粉和合金粉作为原料，然后进行粉末的干法或湿法混合，以确保各种元素均匀分布。
接下来，将混合后的粉末通过压制工艺成型，通常采用冷压或热压的方式。
最后，通过烧结工艺将粉末冶金材料加热至一定温度，使其颗粒间发生扩散和结合，形成致密的金属材料。
二、铁基粉末冶金材料的性能特点。
铁基粉末冶金材料具有许多优异的性能特点，主要包括高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀等。
首先，由于其微观组织致密，具有较高的强度和硬度，能够满足各种复杂工况下的使用要求。
其次，铁基粉末冶金材料具有良好的耐磨损性能，适用于各种高磨损场合的零部件制造。
此外，铁基粉末冶金材料还具有良好的耐腐蚀性能，可用于制造耐腐蚀零部件。
三、铁基粉末冶金材料的应用领域。
铁基粉末冶金材料具有广泛的应用领域，主要应用于汽车、机械、电子、航空航天等领域。
在汽车领域，铁基粉末冶金材料常用于发动机、变速箱、转向系统等零部件的制造，以提高汽车的性能和可靠性。
在机械领域，铁基粉末冶金材料常用于制造各种高强度、耐磨损的零部件，如齿轮、轴承等。
在电子领域，铁基粉末冶金材料常用于制造电磁元件、传感器等零部件。
在航空航天领域，铁基粉末冶金材料常用于制造各种高强度、耐高温、耐腐蚀的零部件，如发动机叶片、涡轮盘等。
综上所述，铁基粉末冶金材料是一种重要的金属材料，具有优异的性能和广泛的应用领域。
随着科学技术的不断发展，铁基粉末冶金材料将在更多领域发挥其重要作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
粉末冶金原理
课程名称：粉末冶金学Powder Metallurgy Science第一章导论1粉末冶金技术的发展史History of powder metallurgy粉末冶金是采用金属粉末（或非金属粉末混合物）为原料，经成形和烧结操作制造金属材料、复合材料及其零部件的加工方法。
粉末冶金既是一项新型材料加工技术，又是一项古老的技术。
.早在五千年前就出现了粉末冶金技术雏形，古埃及人用此法制造铁器件；.1700年前，印度人采用类似方法制造了重达6.5T的“DELI柱”（含硅Fe合金，耐蚀性好）。
.19世纪初，由于化学实验用铂（如坩埚）的需要，俄罗斯人、英国人采用粉末压制、烧结和热锻的方法制造致密铂，成为现代粉末冶金技术的基础。
.20世纪初，现代粉末冶金的发展起因于爱迪生的长寿命白炽灯丝的需要。
钨灯丝的生产标志着粉末冶金技术的迅速发展。
.1923年硬质合金的出现导致机加工的革命。
.20世纪30年代铜基含油轴承的制造成功，并在汽车、纺织、航空、食品等工业部门的广泛应用。
随后，铁基粉末冶金零部件的生产，发挥了粉末冶金以低的制造成本生产高性能零部件的技术优点。
.20世纪40年代，二战期间，促使人们开发研制高级的新材料（高温材料），如金属陶瓷、弥散强化合金作为飞机发动机的关键零部件。
.战后，迫使人们开发研制更高性能的新材料，如粉末高速钢、粉末超合金、高强度铁基粉末冶金零部件(热锻)。
大大扩大了粉末冶金零部件及其材料的应用领域。
.粉末冶金在新材料的研制开发过程中发挥其独特的技术优势。
2粉末冶金工艺粉末冶金技术的大致工艺过程如下：↓成形（模压、CIP、粉浆浇注、轧制、挤压、温压、注射成形等）↓烧结（加压烧结、热压、HIP等）↓—后续处理Fig.1-1 Typical Processing flowchart for Powder Metallurgy Technique 3粉末冶金技术的特点.低的生产成本：能耗小，生产率高，材料利用率高，设备投资少。
粉末冶金材料试题和答案
粉末冶金材料工程硕士考试题一、简述提高粉末冶金结构材料密度的可能途径及其特点。
答：1、在粉末中加入适量成形剂和润滑剂。
原料粉末中的成形剂和润滑剂能有效减少压制过程中粉末之间的摩擦力，从而降低压力损失，2、润滑模壁、芯杆。
对模壁和芯杆进行润滑可以有效降低模具与粉末之间的摩擦力，降低压力损失，从而提高压坯密度和最终产品的密度。
3、提高压制压力。
在一定的范围内，压坯的密度随压制压力的提高而提高，因此提高压制压力能提高压坯密度。
但是压制压力过高会使模具损害加剧，降低模具的使用寿命，并对压机有一定的损害。
4、采用多向压制、流动温压、高温温压、热冷等静压、高速压制等成形方式，可以在一定程度内提高产品的密度，并且可以提高产品密度分布的均匀性。
5、提高烧结温度。
在一定范围内提高烧结温度可以提高烧结产品的密度，但过高的烧结温度会使烧结炉寿命减少，并且还有可能造成产品的过烧和/或晶粒粗大，从而使产品性能降低或报废。
6、采用压力烧结，在烧结过程中提高气氛压力，可提高产品密度。
7、采用强化活化烧结，增加烧结液相，减少产品孔隙度，提高产品密度。
8、采用熔渗、复压复烧等方式。
熔渗和复压复烧等方式也能在一定程度范围内提高烧结产品的密度，但熔渗产品的尺寸精度不易控制，复压复烧工序较多，增加了成本。
二、试分析常规液相烧结与超固相线液相烧结的异同。
答：粉末液相烧结具有两种或多种组分的金属粉末或粉末压坯在液相和固相同时存在状态下进行的粉末烧结。
此时烧结温度高于烧结体中低熔成分或低熔共晶的熔点。
由于物质通过液相迁移比固相扩散要快得多，烧结体的致密化速度和最终密度均大大提高。
液相烧结工艺已广泛用来制造各种烧结合金零件、电接触材料、硬质合金和金属陶瓷等。
根据烧结过程中固相在液相中的溶解度不同，常规液相烧结可分为3种类型。
(l)固相不溶于液相或溶解度很小，称为互不溶系液相烧结。
如W一Cu、W一Ag 等假合金以及A12O3一Cr、A12O3一Cr一Co一Ni、A12O3一Cr- W、BeO一Ni等氧化物一金属陶瓷材料的烧结。
粉末冶金课件
•塑耐性腐变蚀形性能等
•表面状态
•表面张力等
粉末冶金成型
§2 粉末冶金成型工艺简介
3．粉末旳预处理与混合
（1）粉末旳预处理 （2）粉末混合
• 混合 – 两种以上化学组元相混合 （相同化学构成旳粉末旳混合叫做合并。）
• 目旳 – 使性能不同旳组元形成均匀旳混合物， 以利于压制和烧结时状态均匀一致。
为何预处理？ a．虽然在同一条件下制造旳同一粉末，其纯度和粒
• 应用 – 制造Fe 、Pb、Sn、Zn、Al、青铜、 黄铜等低熔点金属与合金粉末； – 18-8不锈钢、低合金钢、镍合金等 粉末。
(2) 机械粉碎法
是靠压碎、击碎和磨削等作用，将 块状金属或合金机械地粉碎成粉末。
粉末冶金成型
(2) 机械粉碎法 • 特点：
– 既是一种独立制粉措施， – 又常作为某些制粉措施不可缺乏旳
▪ 据作业旳连续性分 – 间歇式烧结炉—坩埚炉箱式炉 – 高频或中频感应炉
– 大气环境
– 连续式烧结炉
• 产生“过烧”废品
– 烧结温度过高或时间过长，使压坯歪曲和变形，其晶粒也 大；
• 产生“欠烧”废品
– 烧结温度过低或时间过短，产品结合强度等性能达不到要 求；
粉末冶金成型
§2 粉末冶金成型工艺简介
粉末冶金成型
§1 概 述
五、应用
板、带、棒、管、丝等多种型材
成批或 齿轮、链轮、棘轮、轴套类等多种零件 大量生产 重量仅百分之几克旳小制品
近两吨重大型坯料（用热等静压法）
粉末冶金成型
粉末冶金成型
§2 粉末冶金成型工艺简介
粉料制备
压制成型
烧结
粉末冶金成品
烧结后旳处理
§2 粉末冶金成型工艺简介
粉末冶金材料概述
粉末冶金材料概述引言粉末冶金材料是一类通过粉末冶金工艺制备的新型材料。
粉末冶金是指通过粉末冶金工艺将金属或非金属粉末压制成型，经过烧结或其他处理方法得到所需材料的一种制备方法。
粉末冶金材料因其独特的结构和性能，在许多工业和科研领域受到广泛关注。
本文将对粉末冶金材料进行概述，包括其制备方法、特点和应用领域等方面。
粉末冶金材料的制备方法粉末冶金材料的制备方法主要包括粉末制备、成型和烧结等步骤。
粉末制备粉末制备是粉末冶金材料制备的第一步。
粉末制备方法有很多种，包括物理方法和化学方法两大类。
物理方法主要包括气雾法、机械法、电解法和溅射法等。
其中，气雾法是指通过气体或喷雾器产生粉末颗粒，例如高温气雾法和超声气雾法。
机械法是指通过机械力使原料产生破碎、研磨或合金化的方法，常见的机械法有球磨法和挤压法等。
电解法是指通过电解原理将金属溶液电解析出粉末。
溅射法是将金属或合金靶材置于真空或较低压力下，在被轰击时产生粉末颗粒。
化学方法主要包括沉积法和还原法等。
沉积法是将金属盐溶液注入电化学池中，通过电解原理在电极上析出粉末。
还原法是指通过还原反应将金属离子还原成金属粉末。
成型是将粉末加工成所需形状的步骤。
常见的成型方法有压制、注射成型和挤压等。
压制是将粉末放入模具中，在一定压力下使其成型。
注射成型是将粉末与有机绑定剂混合，通过注射机将混合物喷射到模具中，经过固化后得到成型件。
挤压是将粉末放入带有孔的金属筒子中，在压力下挤出形状。
烧结是粉末冶金材料制备的最后一步，通过加热使粉末颗粒之间的结合力增强，形成致密的材料。
烧结温度和时间根据材料的要求进行选择，一般在金属的熔点以下，同时需要保证烧结后的材料具有所需的物理和化学性质。
粉末冶金材料的特点粉末冶金材料具有许多独特的特点，使其在许多领域具有广泛的应用前景。
高纯度由于粉末冶金材料可以通过粉末制备方法获得，因此可以获得高纯度的材料。
在制备过程中，可以通过选择合适的原料和控制工艺参数，减少杂质的含量，从而获得高纯度的材料。
粉末冶金(材料)
粉末冶金粉末冶金简介粉末冶金是冶金和材料科学的一个分支，是以制造金属粉末和以金属粉末（包括混入少量非金属粉末）为原料，用成形——烧结法制造材料与制品的行业。
粉末冶金行业是机械工业中重要的基础零部件制造业。
粉末冶金制品按金属粉基和用途的不同，大致可分为粉末冶金机械零件、摩擦材料、磁性材料、硬质合金材料等，其中粉末冶金机械零件的应用领域广、需求量大、技术含量高，是粉末冶金行业中的主导产品。
随着现代粉末冶金制造技术的发展，粉末冶金制品作为可替代常规的金属铸、锻、切削加工和结构复杂难以切削加工的机械零件，其配套应用领域不断拓宽。
从普通机械制造到精密仪器，从五金工具到大型机械，从电子工业到电机制造，从民用工业到军事工业，从一般技术到尖端高技术，均能见到粉末冶金工艺的身影。
在民用工业领域，粉末冶金制品已成为汽车、摩托车、家电、电动工具、农业机械、办公用具等行业不可或缺的配套基础零部件。
粉末冶金材料的主要类型1、硬质合金硬质合金是以一种或几种难熔碳化物的粉末为主要成分，加入起粘结作用的钴粉末，用粉末冶金法制得的材料。
常用硬质合金按成分和性能特点分为：钨钴类、钨钴钛类、钨钛钽（铌）类。
（1）硬质合金的性能硬度高，常温下硬度可达69-81HRC。
热硬性高，可达900-1000℃。
耐磨性好，其切削速度比高速工具钢高4-7倍，刀具寿命高5-80倍，可切削50HRC左右的硬质材料。
抗压强度高，但抗弯强度低，韧性差。
耐腐蚀性和抗氧化性良好。
线膨胀系数小，但导热性差。
硬质合金材料不能用一般的切削方法加工，只能采用电加工（如电火花、线切割、电解磨削等）或砂轮磨削。
因此，一般是将硬质合金制品钎焊、粘结或机械夹固在刀体或模具上使用。
（2）切削加工用硬质合金的分类和分组代号根据GB2075-87规定，切削加工用硬质合金按其切屑排除形式和加工对象范围不同分为P、M、K三个类别，根据被加工材质及适应的加工条件不同，将各类硬质合金按用途进行分组，其代号由在主要类别代号后面加一组数字组成，如P01、M10、K20等。
粉末冶金
7．爆炸成形
借助爆炸波的高能量使粉末固结的成形方法。 可加工普通压制和烧结工艺难以成形的材料，如难熔金属、高 合金材料等，且成形密度接近于理论密度。还可压制普通压力机 无法压制的大型压坯。
5.2.4 烧结
按一定的规范加热到规定高温并保温一段时间，使 压坯获得一定物理与力学性能的工序。 1．连续烧结和间歇烧结 (1)连续烧结：待烧结材料连续地或平稳、分段地通过具有脱腊、
预热、烧结或冷却区段的烧结炉进行烧结的方式。 生产效率高，适用于大批、大量生产 (2) 间歇烧结：在炉内分批烧结零件的方式。 通过对炉温控制进行所需的预热，加热及冷却循环 生产效率较低，适用于单件、小批生产
2．固相烧结和液相烧结 (1)固相烧结：烧结速度较慢，制品强度较低 (2) 液相烧结：烧结速度较快，制品强度较高，用于具有特殊性能
5.1.2 粉末冶金的机理
1．压制的机理
压制是在模具或其它容器 中，在外力作用下，将粉末紧 实成具有预定形状和尺寸的工 艺过程。 压缩过程中，从而形成具有一定密度和强度的压 坯。随着粉末的移动和变形，较大的空隙被填充，颗 粒表面的氧化膜被破碎，接触面积增大，使原子间产 生吸引力且颗粒间的机械楔合作用增强。
5.2
粉末冶金工艺
金属粉末的制取→预处理→坯料的成形→烧结→后处理等
5.2.1 粉末的制取 机械法和物理化学法两大类 1．机械法
用机械力将原材料粉碎而 化学成分基本不发生变化的 工艺过程。
球磨法：用于脆性材料及合金
研磨法：用于金属丝或小块边
角料
雾化法：用于熔点较低的金属
a) 高速气流雾化 b) 离心雾化 c) 旋转电极雾化
4．等静压制
对粉末（或压坯）表面或对装粉末（或压坯）的软膜表面施以各 向大致相等的压力的压制方法
高性能粉末冶金材料
板的支架、反射镜等部件，具有轻量化、耐腐蚀等优点。
生物医疗领域应用
医疗器械
粉末冶金材料可用于制造医疗器械的部件，如手术刀、牙科钻头 等，具有高精度、高耐磨性和生物相容性。
生物植入物
粉末冶金材料可用于制造生物植入物，如人工关节、牙科种植体 等，具有良好的生物相容性和力学性能。
药物载体
粉末冶金材料还可作为药物载体，用于药物的缓释和靶向输送， 提高药物治疗效果和降低副作用。
研究材料在不同温度下的相结构和相变行 为，为材料热处理和性能调控提供依据。
界面与缺陷分析
微观力学性能测试
观察材料内部的界面结构、缺陷类型和分 布，评估其对材料性能的影响。
通过微观力学测试方法，如纳米压痕、微柱 压缩等，获取材料在微观尺度下的力学性能 参数。
04 材料发展趋势与挑战
发展趋势分析
粉末冶金材料向高性能、高精度、 高可靠性方向发展，以满足航空、 航天、汽车等领域对材料性能的
更高要求。
粉末冶金工艺技术的不断创新， 如热等静压、温压成形、注射成 形等技术的广泛应用，提高了材
料的致密度和性能。
粉末冶金材料的功能性不断拓展， 如磁性材料、超导材料、储氢材 料等新型功能材料的研发和应用。
3
研究了多种高性能粉末冶金材料的强化机制，为 开发新型高性能材料提供了理论基础和技术支持。
对未来研究的建议与展望
进一步研究高性能粉末冶金材料的制 备科学，探索更加高效、环保的制备 技术，降低生产成本，提高材料性能。
加强高性能粉末冶金材料的基础理论 研究，深入揭示材料的强化机制、失 效机理等，为材料设计和优化提供更 有力的支持。
能源领域应用
石油钻采设备
01
粉末冶金材料在石油钻采设备中具有广泛应用，如钻头、钻杆、
Powder metallurgy粉末冶金
Powder metallurgy粉末冶金用粉末冶金工艺制得的多孔、半致密或全致密材料（包括制品）。
粉末冶金材料具有传统熔铸工艺所无法获得的独特的化学组成和物理、力学性能，如材料的孔隙度可控，材料组织均匀、无宏观偏析（合金凝固后其截面上不同部位没有因液态合金宏观流动而造成的化学成分不均匀现象），可一次成型等。
粉末冶金材料powder metallurgy material①粉末冶金减摩材料。
又称烧结减摩材料。
通过在材料孔隙中浸润滑油或在材料成分中加减摩剂或固体润滑剂制得。
材料表面间的摩擦系数小，在有限润滑油条件下，使用寿命长、可靠性高；在干摩擦条件下，依靠自身或表层含有的润滑剂，即具有自润滑效果。
广泛用于制造轴承、支承衬套或作端面密封等。
②粉末冶金多孔材料。
又称多孔烧结材料。
由球状或不规则形状的金属或合金粉末经成型、烧结制成。
材料内部孔道纵横交错、互相贯通，一般有30%～60%的体积孔隙度，孔径1～100微米。
透过性能和导热、导电性能好，耐高温、低温，抗热震，抗介质腐蚀。
用于制造过滤器、多孔电极、灭火装置、防冻装置等。
③粉末冶金结构材料。
又称烧结结构材料。
能承受拉伸、压缩、扭曲等载荷，并能在摩擦磨损条件下工作。
由于材料内部有残余孔隙存在，其延展性和冲击值比化学成分相同的铸锻件低，从而使其应用范围受限。
④粉末冶金摩擦材料。
又称烧结摩擦材料。
由基体金属（铜、铁或其他合金）、润滑组元（铅、石墨、二硫化钼等）、摩擦组元（二氧化硅、石棉等）3部分组成。
其摩擦系数高，能很快吸收动能，制动、传动速度快、磨损小；强度高，耐高温，导热性好；抗咬合性好，耐腐蚀，受油脂、潮湿影响小。
主要用于制造离合器和制动器。
⑤粉末冶金工模具材料。
包括硬质合金、粉末冶金高速钢等。
后者组织均匀，晶粒细小，没有偏析，比熔铸高速钢韧性和耐磨性好，热处理变形小，使用寿命长。
可用于制造切削刀具、模具和零件的坯件。
⑥粉末冶金电磁材料。
包括电工材料和磁性材料。
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1.粉末冶金技术的特点（优越性）能制造熔铸法无法获得的材料和制品1、难熔金属及其碳化物、硼化物和硅化物；2、孔隙可控的多孔材料3、假合金4、复合材料；5 微、细晶（准晶）和过饱和固溶的块体金属和制品；能制造性能优于同成分熔铸金属的粉末冶金材料1、制造细晶粒、均匀组织和加工性能好的稀有金属坯锭；2、制造成分偏析小、细晶、过饱和固熔的高性能合金；具有高的经济效益1、少无切削；2、工序短，效率高；3、设备通用性好，适合于大批量生产；2.粉末冶金材料的分类1、机械材料和零件；2、多孔材料及制品；3、硬质工具材料4、电接触材料；5、粉末磁性材料；6、耐热材料；7、原子能工程材料；3.粉末冶金材料的孔隙产生过程及其存在形态产生过程：颗粒间隙（松装粉末聚集体或粉末成形素坯）烧结形成孔隙。
存在形态：开孔：与外表面连通的孔隙，半开孔：孔隙只有一端与外表面连通的孔隙，闭孔：与外表面不连通的孔隙，连通孔：互相连通的孔隙4. 孔隙对材料性能影响的基本理论；减小承载面积；应力集中剂（减小孔隙尺寸、孔隙球化、孔隙内表面圆滑处理能有效降低应力集中，从而提高强度和韧性）应力松弛剂：裂纹遇到孔隙后被磨钝，提高断裂水平5.哪些力学性能对孔隙形状敏感：强度、弹性模量、延伸率、断裂韧性、冲击韧性、硬度6. 提高粉末冶金材料密度的方法：复压复烧，溶浸、粉末冶金热锻7.固溶强化机理：晶体中有合金元素，固溶原子与晶体中缺陷的交互作用，溶质元素使基体（溶剂）金属的塑性变形抗力、强度、硬度增大，延性和韧性降低8.影响固溶度（合金溶解度）的因素：晶格因素，相对尺寸因素，化学亲和力，电子浓度因素9.什么是金属材料热处理?将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以改变金属或合金的内部组织结构，使材料满足使用性能要求。
10.加热奥氏体化时影响粒度的因素：加热温度和保温时间，加热速度，合金元素，原始组织11.刚冷却时等温转变的基本类型及对应组织结构的名称共析钢等温转变：珠光体，贝氏体，马氏体；亚共析钢等温转变：奥氏体，铁素体，珠光体；过共析钢等温转变：奥氏体，渗碳体，珠光体12.烧结钢热处理的工艺特点及注意事项工艺特点：奥氏体化温度高：致密钢为AC+30～50℃，烧结钢为AC+100～200℃，密度的要求：烧结钢密度过低（＜6.0g/cm3）淬火无任何效果，淬透性比致密钢差注意事项：(1)孔隙率＞10%易腐蚀，不能在盐浴中加热(2)表面热处理前应进行封孔处理：滚压、精整、或氮化、硫化处理 (3)加热时应气氛保护或添加保护性填料 (4)淬火介质不能用水。
13.烧结钢淬透性的影响因素：孔隙度，合金元素，氧、碳含量14.身高结钢合金化的特点：1、孔隙的影响：密度低于6.5g/cm3，合金的强化作用很弱；2、某些强化效果好合金元素，如Cr、Mn易氧化，常以中间合金粉或预合金粉引入；3、铜和磷常用，4、烧结钢中常用的合金元素除碳外，主要有Cu、Ni、Mo、Cr、P等15. C含量对烧结Fe-C系结构与性能的影响珠光体随C含量而增大而增大，渗碳体随C含量而增大而增大强度有极大值，塑性（延伸率、断面收缩率）单调下降；由于碳分布不均匀，一般烧结钢显微组织为：珠光体+铁素体+少量渗碳体+孔隙+夹杂16.常见烧结碳钢显微组织：铁素体，珠光体，渗碳体17．影响烧结碳钢化合碳含量的因素：1、石墨加入量，2、烧结气氛3、烧结温度4、烧结时间5、氧含量18.烧结钢牌号的标准及识别:1、烧结铁：FTG10—10、FTG10—15、FTG10—20；2、烧结低碳钢FTG30—10、FTG30—15、FTG30—20；3、烧结中碳钢：FTG60—15、FTG60—20、FTG60—25；烧结高碳钢：FTG90—20、FTG90—25、FTG90--30 19．20．Fe-Cu系烧结时Cu、C含量对铜钢尺寸的影响1、与Fe-Cu二元系烧结尺寸变化区别较大；2、碳降低Fe-Cu的熔点、降低Cu在γ–Fe中的溶解度，增加液相含量，促进收缩；3、C加入可显著改变Fe-Cu-C系烧结尺寸变化4、有一个尺寸稳定区：C＜1%；1% ＜ Cu ＜3%；21．22．23．24.钼、镍、锰、铬在烧结钢中的作用及工艺注意事项Mo的作用：固溶强化、主要是细化晶粒，提高淬透性和防止回火脆性引入Mo应注意的事项：Mo在铁中的扩散系数远低于C，选用共还原Fe-Mo合金粉或Mo-Fe中间合金粉替代Mo粉镍是扩互溶产生固溶强化，在一定添加量内镍可提高强度而不降低韧性。
注意事项：镍在奥氏体铁中的扩散系数低于碳和铜，选用细镍粉并在较高温度下烧结（1200℃）；当镍含量超过 2 ～3%时，镍和碳对收缩同时起作用，温度越高收缩也越大；引入少量的铜可控制这种过大的收缩。
Mn的作用：固溶强化；提高钢的淬透性引入Mn应注意：锰与氧亲合力强，在一般烧结气氛下易氧化且难以还原，应以含碳的母合金形式引入Cr的作用：提高钢的强度，还可以改善钢的抗氧化性和抗腐蚀性。
当含量较少时，Cr主要是通过稳定过冷奥氏体改善组织而其强化作用引入Cr应注意：易氧化，采用混合粉烧结时Cr以Fe-Cr中间合金或σ相粉形式加入到配料中；烧结时严格控制气氛的露点或真空烧结25.磷钢的烧结机制烧结钢中加入P可改善和提高强度和韧性1）固溶强化；2）与Fe在1050℃共晶反应，形成液相，促进致密化；3）铁在铁素体中的扩散系数比在奥氏体中的扩散系数大100倍左右。
而P有缩小奥氏体相区的作用，使铁在铁素体相区或铁素体+奥氏体双相区烧结，故P能促进铁的扩散，加速铁的致密化和孔隙球化4）加P可使Fe-P合金收缩明显，可分别或同时加入Cu和石墨来抑制收缩26．采用铜，锡元素混合粉为原料制备锡青铜合金，烧结时应注意的事项1、低密度制品（＜7g/cm3）用混合粉；高密度制品（＞7g/cm3）用合金粉；2、为改善锡青铜的性能，一般会引入其它合金元素如P、Zn、Ni等27．锌黄铜烧结为什么优先采用合金粉，合金粉烧结时的注意事项1、锌在烧结时易挥发，故常用雾化合金粉，但仍存在烧损。
注意事项：1）气氛干燥；2）采用含锌的填料密封；3）提高升温和降温速度4、烧结温度一般控制在固相线以下100℃左右，5、通过复压复烧将孔隙率降至3～6%，冷锻和热锻都可降至密度提高至97～98%；28.什么是镍银合金？将黄铜中的锌用镍替代10%～20%就得到镍黄铜，Cu-NI-Zn三元合金呈银白色，故又称镍银合金。
29.什么是烧结铝，烧结铝的基本工艺过程铝合金包括两个大类：铸造铝合金和变形铝合金，工艺过程：制粉、混料、压制、烧结和后处理等30.粉末冶金热锻对粉末冶金原料的要求1）优先雾化预合金粉，保证成分均匀，有利于合金化和热处理强化。
2）合金元素的选择要考虑其与氧的亲和力。
如Cr、Mn、V、Ti、Al等合金元素不宜，当Cr、Mn含量小于1%，进行防氧化处理措施后也可应用；常用的合金元素为Cu、Mo和Ni等。
3）原料粉的纯度要高，氧含量和非金属夹杂物含量低。
31.铁基粉末冶金结构材料烧结工艺及各工艺环节的气氛控制铁基粉末冶金零件(主要是烧结钢) 通常是采用铁、石墨和合金元素的混合粉经压制和烧结制成。
在烧结过程中的完成烧结体与气氛的反应以及合金化，并决定最终的组织结构。
只有制定合理的烧结工艺，才能获得合格的烧结钢产品。
气氛控制：1．预热区Ⅰ段：为了有利于润滑剂的烧除，此区需要氧化性气氛。
通常采用的是放热型气氛或混有空气的氮、空气混合气体。
2．预热区Ⅱ段：预热区Ⅱ段是氧化物还原区，此段需要还原性气氛。
通常采用吸热性气氛或还原性氮基气氛。
3．烧结区：烧结区是高温区。
两个以上组元的压坯在此区域将发生合金化反应。
因此这一区的气氛必须要有维持烧结零件成分的作用。
对烧结钢而言，需要维持一定的碳势，通常采用可控碳势气氛，如吸热性气氛或添加有甲烷的氮基气氛，并通过调节气氛中CO2、H2O或CH4的含量来维持一定的碳势。
4．预冷区：对烧结钢而言，这一区为重新渗碳区。
在烧结区产生脱碳的烧结零件，可在这—区域采用渗碳性气氛．如CO、CH4含量较高的吸热性气氛或含甲烷的氮基气氛，恢复或增加烧结钢零件的碳含量。
5．冷却区：这一区的气氛主要起保护作用，防止烧结零件氧化(变黑或变蓝)，以便获得正常的显微结构、性能稳定、再现性好的烧结零件。
通常采用氮气和有轻度还原的烧结气氛。
32.铁基粉末冶金零件的水蒸气表面处理的热力学和动力学原理：3FeO+H2O=Fe3O4+H2；Fe+H2O=FeO+H2；3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2 （低于570℃）根据热力学原理△Z＝RTlnKp，Kp=pH2O/pH2反应取决于蒸汽压与氢的气压比和温度。
在570℃下，只要不断地通入水蒸气，反应便会连续地朝生成Fe3O4的方向进行，因为水蒸气中不存在氢。
动力学：水蒸汽首先吸附于铁的表面，发生氧和氢的分解反应，氧原子具有很强的活性，与铁反应生成Fe3O4的速度很快。
由于Fe3O4膜比较致密．在铁的表面形成连续的氧化膜。
33．烧结减磨材料常用的润滑剂石墨，硫和硫化物，硒化物和碲化物，氟化物，六方氮化硼，一些有机物34.烧结含油轴承自润滑的原理1）热的作用：轴旋转时，因摩擦使轴承升温，导致润滑油粘度降低并同时受热膨胀，油便从孔隙中渗出渗出形成油膜、维持润滑。
轴停止工作，轴承温度降低，油因冷却而收缩，在毛细管吸力下进入轴承内的孔隙内储存起来2）泵的作用：轴旋转时，把润滑油从一个方向压入孔隙，油通过轴承内的孔隙通道渗至较远处后又益处到工作面，使润滑油不断循环使用、35. 钢背轴瓦复合减摩材料的种类：1）铜铅合金（铅青铜）；2）多孔铜镍合金，孔隙中浸渍巴氏合金；3）多孔锡青铜浸渍易熔减摩合金（或浸渍氟塑料、浸油）；36. 钢背-烧结铜铅合金双金属带材生产工艺：粉末冶金+压力加工+机械加工1）制粉：雾化法制取铅青铜粉。
铅含量可达50%以上，粉末粒度控制在0.40mm左右；2）钢带去锈，调平，根据需要可以电镀铜或锡；3）布粉，布粉厚度在0.4至1.5mm之间，可预先在钢带上涂胶以稳定粉末；4）还原气氛下预烧，温度780～850℃，保温时间15～20分钟；5）轧制，精确控制压下量，以保证全致密，但压下量过大会导致二次烧结出汗；6）二次烧结，工艺同预烧；7）二次精轧制至预定尺寸；8）后加工成轴瓦、轴套：下料、打弯、成形、整形和机械加工；9）电镀Cu-Sn、Pb-Sn-Cu或Pb-In合金保护膜，膜厚0.05mm。
37. DU和DX复合减摩材料的性能DU：1）可在干燥条件下工作，2）在-200～280℃范围内减摩性能和耐蚀性基本不变，3）强度高，可承受高的动负荷和静负荷；4）滑动平稳，5）对绝大多数溶剂和和许多工业液体（包括水和油）与气体都是稳定的，6）可用于粉尘浓度高的场所，7）适用于转动、摆动、往复运动和滑动等，8）也可在液体润滑条件下使用DX：1）不适用于干摩擦，2）涂润滑脂后寿命比DU长，3）适用范围不及DU广，3）在聚甲醛减摩层加入固体润滑剂，如Pb、PbI2，以改进减摩性能；38. 摩擦材料的分类：1）石棉摩擦材料2）半金属摩擦材料3）粉末冶金摩擦材料4）碳-碳摩擦材料39.粉末冶金摩擦材料的组成及各组元的作用1.基体组元：其成分、结构决定了摩擦材料的强度、耐热性和耐磨性2、润滑组元：其成分、结构决定了摩擦材料的强度、耐热性和耐磨性3、摩擦组元：提高摩擦系数，消除摩擦对偶件表面从烧结摩擦片转移过来的金属，减少对偶表面的擦伤和磨损。