粉末冶金结构零件
粉末冶金铁基零件的烧结_硬化处理_韩凤麟
粉末冶金零件的金相制样
粉末冶金零件的金相制样除铸造、机械成形与机械加工等技术外，粉末冶金（P/M）技术也是制造金属零件的重要方法之一。
该技术可极大减少钢锭金属的不良性能，通过混合不同金属粉末、或金属与非金属粉末，可以达到预期理想的金属性能，而采用其它方法，这些金属通常不易熔成合金。
粉末加工、将其压制为有用形状、以及烧结的过程费用很高，但与锻件或铸件相比，采用这种方法最终制成的零件具有某些无可比拟的优点。
主要优点包括：- 可生成精细均质晶粒结构- 可形成复杂形状，尺寸公差精密- 制成品表面光洁度性能优良与其它成形方法相比，花费很高的机械加工过程可得以缩减或直接除去，于是减小了碎屑损失。
因此，对于小型、形状复杂，和精密零件（如齿轮、链环等）的大批量生产而言，粉末冶金技术是最经济有效的方法。
而且，通过该加工技术，可制造大量特种合金，这些合金具有完全不同材料性能，如高温刚度与硬度。
由碳化钨粉末烧结而成的高速切割刀具正是这样一个实例：采用粉末冶金加工技术获得许多独特的金属性能。
烧结压制零件的密度影响强度、韧性、硬度等重要性能，因此，达到特定的孔隙度至关重要。
为了进行工艺流程控制，需应用金相学知识以检验孔隙度、非金属杂质、以及交叉污染等。
在研究与失效分析中，金相学也是一个主要工具，用于开发新产品，改进加工工艺。
除化学分析外，质量控制还包括一些物理方法，以检验密度、尺寸变化、流率等。
金相制样困难之处研磨与抛光下图表示正确、典型孔隙度。
解决方案：足够长时间抛光粉末冶金零件制备制造为了达到粉末金属零件的理想构造与近净成形，需对以下生产程序进行严格工艺流程控制：- 制备粉末- 将粉末与添加剂（如：润滑剂、碳、和合金元素）混合- 在硬质合金模具中压制粉末- 在保护性气体环境下高温烧结（1100℃-1200℃）化学方法与雾化法是粉末制备中两种最常用的方法。
化学方法将金属在低于熔点的温度下从矿石氧化物直接转变为金属粉末。
例如，铁粉末制备如下：首先，直接从铁矿中提炼出海绵铁，然后，通过机械加工，将海绵铁压碎为粉末，再通过降低温度退火进一步精炼得到纯铁粉末。
粉末冶金齿轮零件生产加工中几种热处理方法
粉末冶金齿轮零件生产加工中几种常用的热处理方法
粉末冶金齿轮是传动零件中的重要组成部分，是传递动力的核心部件。
所以粉末冶金齿轮必须具有高硬度、高强度、高密度等特点。
如何用热处理的方式提高粉末冶金齿轮的硬度和强度是粉末冶金齿轮生产加工中的必要环节。
下面介绍几种常用的热处理方法。
1.退火和正火
退火和正火是烧结钢生产上应用的预备热处理工艺。
退火和正火的目的是消除内应力，调节材料的组织结构，从而调节钢的力学性能和工艺性能，为下道工序做好组织和性能的准备，如在复压、整形、切削等加工前要经过退火处理。
对于使用要求不高的机械零件，退火和正火产品也可作为成品使用。
2.淬火
将烧结钢加热到临界点以上的温度，保温以后以大于临界的冷却速度，快冷到马氏体组织的热处理工艺称为淬火。
淬火是烧结钢用的最多的热处理方法，通过淬火得到的马氏体组织以提高烧结钢的强度、硬度和耐磨性能。
烧结钢的淬火原理和工艺基本上与致密钢相似。
所不同的是烧结钢淬火过程需要在中性或渗碳性气氛中进行，以防止孔隙表面氧化。
由于烧结钢的孔隙特征，通常是采用油淬，其淬火工艺包括加热奥氏体化、淬火和回火。
3.回火
淬火之后必须回火，回火就是将淬火钢加热到780℃以上的温度，保温以后以适当方式冷却到室温的热处理工艺。
回火的目的有两个，一个是消除内应力，降低材料的脆性。
回火又分为，低温回火、中温回火和高温回火。
关于热处理的方法还有很多，以上是比较常用的几种。
JIS Z 2550日本粉末冶金
铁-碳-铜-镍系 铁-碳（铜熔浸）系
铁-碳-镍系
高强度，耐磨性，热传导性优异。 具有气密性。可进行淬火回火处理
阀板，泵齿轮
棘轮，凸轮，螺线管的柱，机 有韧性，用渗碳淬火可增高耐磨性
械密封件
适用于以淬火回火制造 高强度结构零件。有韧性
齿轮，滚子，链轮
1号 SMS 1 种
2号
1号 SMS 2 种
SMF 5 种 2号
1号 SMF 6 种 2 号
3号 1号 SMF 7 种 2号 1号 SMF 8 种 2号
SMF 2030 SMF 3010 SMF 3020 SMF 3030 SMF 3035 SMF 4020 SMF 4030 SMF 4040 SMF 4050 SMF 5030
SMF 5040
牌号
力学性能
拉伸强度
伸长率
夏比冲击值
密度
2
(kgf/mm )
2 [1]
(N/mm )
（kgf· m/cm2）
3 Fe
C
（g/cm ）
%
2
(J/cm )
SMF 1010 10{98.1}以上 3 以上 0.5{4.9}以上 6.2 以上 余
-
SMF 1015 15{147.1}以上 5 以上 1.0{9.8}以上 6.8 以上 余
摘自《粉末冶金零件实用手册》
1-5
-
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-
-
SMF 4030 30{294.2}以上 1 以上 0.5{4.9}以上 6.4 以上 余 0.2-1.0
1-5
-
-
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-
SMF 4040 40{392.3}以上 1 以上 0.5{4.9}以上 6.6 以上 余 0.2-1.0
粉末冶金铁基零件的烧结-硬化处理
粉末冶金铁基零件的烧结-硬化处理作者：刘宁凯来源：《城市建设理论研究》2014年第22期摘要：铁基粉末冶金零件用烧结－硬化处理，能得到和常规的热处理相同的显微组织与力学性能，从而可取消传统的将零件用间歇式加热炉重新加热奥氏体化－油淬火等作业，不但节能，而且可减低生产费用。
关键词：粉末冶金铁基零件；烧结硬化；淬透性中图分类号：TF文献标识码： A一、粉末冶金铁基零件的烧结以及热处理工艺(一)烧结工艺烧结实际是将压述在低于主要组分恪点的温度下进行的热处理。
目的是使粉末颗粒问从机械喃合转变为原子之间的晶界结合。
压还内部是粉末颗粒表面问机械压力下接触,而原子与原子之间结合的材料,需要通过烧结,使压还达到冶金结合的材料,使粉末冶金材料达到所需要的力学性能和物化性能。
图1烧结过程示意图如图1所示,图1(a)是烧结前压述中粉末的接触状态,这种结合只是机械结合,粉末颗粒的界面仍然可区分可分离开。
图1 (b)中粉末颗粒接触点的结合状态发生了改变,颗粒界面为晶界面所取代。
随着烧结的进行,结合面增加,直至颗粒界面完全转变为晶界面,最后成为图1(C)所示的状态,颗粒之间的孔隙由不规则的形状转变为球形的孔隙。
粉末烧结是系统自由能降低的过程,换句话说,压还的内能高于烧结体的内能,其主要体现在:(1)粉末颗粒的表面能。
粉末压还具有很大的表面自由能,这种表面能随粉末颗粒的细化而增加。
压还烧结后,颗粒表面消失,将会释放出较大的表面能,这也成为烧结的驱动能。
(2)粉末颗粒内部的畸变能。
在混合和压制过程中粉末颗粒会发生变形而产生畸变,蕴藏着丰富的能量,这些能量液是烧结的驱动能。
由此可见,压还从热力学上来说是处于非常不稳定的状态。
当内能高到一定的程度会发生自动烧结,但在一般情况下,体系的内能不足以驱动烧结进行,所以需要加热到某一温度才能进行烧结。
(二)热处理与其他金属材料一样,我们同样可以通过热处理的方法改善粉末冶金材料力学性能。
应用在粉末冶金材料中的热处理方法有:退火、正火、萍火、回火以及渗碳、渗氮等。
粉末冶金材料标准
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1以下
1以下
1以下
1以下
SMF 4020
SMF 4030
SMF 4040
SMF 4050
20｛196.1｝以上
30｛294.2｝以上
40｛392.3｝以上
50｛490.3｝以上
1以上
1以上
1以上
1以上
0.5｛4.9｝以上
0.5｛4.9｝以上
0.5｛4.9｝以上
0.5｛4.9｝以上
0.2以下
0.2以下
－
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12～14
12～14
－
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3以下
3以下
SMK 1010
SMK 1015
10｛98.1｝以上
15｛147.1｝以上
2以上
3以上
0.5｛4.9｝以上
1.0｛9.8｝以上
6.8以上
7.2以上
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1.5以下
1.5以下
余
余
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9～11
9～11
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－
2以下
2以下
产品计划采用SMF5030材质（红色字体）
SMF 1020
10｛98.1｝以上
15｛147.1｝以上
15｛147.1｝以上
3以上
5以上
5以上
0.5｛4.9｝以上
1.0｛9.8｝以上
1.5｛14.7｝以上
6.2以上
6.8以上
7.0以上
余
余
粉末冶金结构零件铆接工艺研究与应用
10.16638/ki.1671-7988.2019.19.053粉末冶金结构零件铆接工艺研究与应用庞亨江，谢锋（东风格特拉克汽车变速箱有限公司，湖北武汉430000）摘要：简要介绍了粉末冶金件的应用情况，结合实例给出粉末冶金件与其他零件的铆接工艺要求，根据粉末冶金铆接特点设计了合理的工艺方案，通过在产品中的应用证实了粉末冶金件的可铆接性。
关键词：粉末冶金；铆接；连接装配中图分类号：U466 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)19-152-04Riveting of powder-metal part structural partsPang Hengjiang, Xie Feng（DongFeng Getrag Transmission Co., Ltd., Hubei Wuhan 430000）Abstract: The paper discusses the riveting method used in connect the powder-metal structural parts and the other parts. Introduce the useful design method, the riveting technology of powder-metal parts and the riveting property of powder- metal parts.Keywords: powder-metal parts; riveted joint; connection assemblyCLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)19-152-041 引言近年来，通过不断引进国外先进技术，逐步与自主开发创新相结合，中国粉末冶金产业和技术都呈现出高速发展的态势，是中国机械通用零部件行业中增长最快的行业之一，每年全国粉末冶金行业的产值以35%的速度递增[1][2]。
MPIF35标准_粉末冶金零件材料标准牌号
硬度（洛氏）
宏观 (表观） 微观 （换算的）
90 120 170 120 160 190
1.5 2Leabharlann 5 7.0 ＜1.0 1.0 1.5 ＜0.5
105 120 160 105 115 135 115 130 140 85 110 115 140 115 115 135 150
40HRF 60.0 80.0 25HRB 40.0 55.0 20HRC 22.0 25.0 35HRB 50.0 N/A 60.0 70.0 22HRC 28.0 32.0 35.0 60HRC 60 60 60 58HRC 58 58 N/A N/A
MPIF标准35（烧结铁和烧结碳钢零件材料性能）
化学成份(%) 牌号 Fe F-0000-10 F-0000-15 F-0000-20 F-0005-15 F-0005-20 F-0005-25 F-0005-50HT F-0005-60HT F-0005-70HT F-0008-20 F-0008-25 97.1-99.4 F-0008-30 F-0008-35 F-0008-55HT F-0008-65HT 97.1-99.4 F-0008-75HT F-0008-85HT 注：参见MPIF标准35整理 0.6-0.9 520 590 590 660 0.6-0.9 210 240 380 450 290 390 450 520 140 170 97.04-99.7 0.3-0.6 97.04-99.7 0.3-0.6 97.7-100.0 0.0-0.3 C 其它 最小强度MPa （A）（E） 屈服 70 100 140 100 140 170 340 410 480 极限
主要特点
46 65 99 60 80 100 160 190 220 80 100 120 170 180 210 240 280
MPIF 35(1998)粉末冶金结构零件材料标准简介
事长 吕海波 、协会秘书长 高一 平 、 名誉理 事长李献璐分别讲 话 。 代 表 们对共 同关心 的问题充分发表 了意 见 ,
还介绍 了本单 位 的产 品 门类 、规格 、 生产 和 销售 形 势 。 大 家 建议 协 会进 一 步 加 强 信 息和 统计 工 作 。 会议 还 建
议加强 行业合作 , 促进建立全 国统一 的行 业协会 。
切削加工时 , 化合碳含量不得高于
。 为进一步提高材料 的强度 与耐磨性 , 还可对之 进行热 处理 。 当 需
要 耐磨性高而不适于进行热处理 时 , 推荐采用含铜量较高
的材 料 。 为 了 在 使 用 中进 行 自润 滑 , 密 度 低 的
零件 可进行 浸 油 处理 。
显微组织
添 加 于铁 粉 中的铜 粉 于
︸内
内
丈 ‘,
一
一
缨缪
巧
塑
中国钢协粉末冶金协会硬面技术专业委员会在湘召 开
中国钢协粉末冶金协会硬 面技术专业委 员会于 究会 。 中国钢协粉末冶金协会副理事 长顾乃粒 同 志和 硬
划 。 协会名誉
为 研讨本
家和领导干部
改革和 结构 优
件 的预 保 护和
希望协会专业委员会努力发挥好政府与企业 间发展硬面技术的桥梁和纽带作用 。
材料牌号
一
一
一
一
一
一
一
一
一
注 其它元素 包括为 了特殊 目的而添加的其他徽量元素 总量最大为
。
最 小值
二 笼泣一倪菌排和烧煊碳 拐 的物理 二力里性篮 一 一一一一塑咧凶组当队塑望 」巨 一
标 准值
最小强度 材料牌号 屈 服 极限
拉 伸性 能
粉末冶金铁基结构材料力学性能
1 粉末冶金基础知识 ⒈1 粉末的化学成分及性能 尺寸小于 1mm 的离散颗粒的集合体通常称为粉末，其计量单位一般是以微米(μm)或纳米(nm)。 1.粉末的化学成分 常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉末，要求其杂质和气体含量不超过 1%～2%，否则会影响制品的质量。
2.粉末的物理性能 ⑴粒度及粒度分布 粉料中能分开并独立存在的最小实体为单颗粒。实际的粉末往往是团聚了的颗粒，即二次颗粒。图 7.1.1 描绘了由若干一次颗 粒聚集成二次颗粒的情形。实际的粉末颗粒体中不同尺寸所占的百分比即为粒度分布。 ⑵颗粒形状 即粉末颗粒的外观几何形状。常见的有球状、柱状、针状、板状和片状等，可以通过显微镜的观察确定。 ⑶比表面积 即单位质量粉末的总表面积，可通过实际测定。比表面积大小影响着粉末的表面能、表面吸附及凝聚等表面特性。 3.粉末的工艺性能 粉末的工艺性能包括流动性、填充特性、压缩性及成形性等。 ⑴填充特性 指在没有外界条件下，粉末自由堆积时的松紧程度。常以松装密度或堆积密度表示。粉末的填充特性与颗粒的大小、形状及表 面性质有关。 ⑵流动性 指粉末的流动能力，常用 50 克粉末从标准漏斗流出所需的时间表示。流动性受颗粒粘附作用的影响。 ⑶压缩性 表示粉末在压制过程中被压紧的能力，用规定的单位压力下所达到的压坯密度表示，在标准模具中,规定的润滑条件下测定。 影响粉末压缩性的因素有颗粒的塑性或显微硬度，塑性金属粉末比硬、脆材料的压缩性好；颗粒的形状和结构也影响粉末的压缩性。 ⑷成形性指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力，用粉末能够成形的最小单位压制压力表示，或用压坯的强度来衡量。成形性受 颗粒形状和结构的影响。 1.2 粉末冶金的机理 1.压制的机理 压制就是在外力作用下，将模具或其它容器中的粉末紧密压实成预定形状和尺寸压坯的工艺过程。钢模冷压成形过程如图 7.1. 2 所示。粉末装入阴模,通过上下模冲对其施压。在压缩过程中，随着粉末的移动和变形，较大的空隙被填充，颗粒表面的氧化膜破 碎，颗粒间接触面积增大，使原子间产生吸引力且颗粒间的机械楔合作用增强，从而形成具有一定密度和强度的压坯。 2.等静压制 压力直接作用在粉末体或弹性模套上，使粉末体在同一时间内各个方向上均衡受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯的过 程。按其特性分为冷等静压制和热等静压制两大类。 ⑴冷等静压制 即在室温下等静压制，液体为压力传递媒介。将粉末体装入弹性模具内，置于钢体密封容器内，用高压泵将液体压入容器，利 用液体均匀传递压力的特性，使弹性模具内的粉末体均匀受压。因此，冷等静压制压坯密度高，较均匀，力学性能较好，尺寸大且 形状复杂，已用于棒材、管材和大型制品的生产。 ⑵热等静压制 把粉末压坯或装入特制容器内的粉末体置入热等静压机高压容器中，施以高温和高压，使这些粉末体被压制和烧结成致密的零 件或材料的过程。在高温下的等静压制，可以激活扩散和蠕变现象的发生，促进粉末的原子扩散和再结晶及以极缓慢的速率进行塑 性变形，气体为压力传递媒介。粉末体在等静压高压容器内同一时间经受高温和高压的联合作用，强化了压制与烧结过程，制品的 压制压力和烧结温度均低于冷等静压制，制品的致密度和强度高，且均匀一致，晶粒细小，力学性能高，消除了材料内部颗粒间的 缺陷和孔隙，形状和尺寸不受限制。但热等静压机价格高，投资大。热等静压制已用于粉末高速钢、难熔金属、高温合金和金属陶 瓷等制品的生产。 3.粉末轧制 将粉末通过漏斗喂入一对旋转轧辊之间使其压实成连续带坯的方法。将金属粉末通过一个特制的漏斗喂入转动的轧辊缝中，可 轧出具有一定厚度、长度连续、强度适宜的板带坯料。这些坯体经预烧结、烧结，再轧制加工及热处理等工序，就可制成具有一定 孔隙度的、致密的粉末冶金板带材。粉末轧制制品的密度比较高，制品的长度原则上不受限制，轧制制品的厚度和宽度会受到轧辊 的限制；成材率高为 80%～90%，熔铸轧制的仅为 60%或更低。粉末轧制适用于生产多孔材料、摩擦材料、复合材料和硬质合金 等的板材及带材。 4.粉浆浇注 是金属粉末在不施加外力的情况下成形的，即将粉末加水或其它液体及悬浮剂调制成粉浆，再注入石膏模内，利用石膏模吸取 水分使之干燥后成形。常用的悬浮剂有聚乙烯醇、甘油、藻肮酸钠等，作用是防止成形颗粒聚集，改善润湿条件。为保证形成稳定
JIS Z 2550日本粉末冶金
1、日本粉末冶金结构零件材料的种类与记号（JIS Z 2550-1983）
2、日本粉末冶金结构零件材料的化学成分与物理-力学性能（JIS Z 2550-1983）
日本粉末冶金结构零件材料的种类与记号（JIS Z 2550-1983）
参 种 类 1号 SMF 1 种 2号 3号 SMF 2 种 1号 2号 牌 号 合金系 SMF 1010 特 征
1-5 2-8 1-5 1-5 1-5 1-5 8-14 8-14 -
-
16-20 16-20 12-14 12-14
-
SMS 1025
[2]
2-3
SMS 1035 SMS 2025[2].2}以上 25{245.2}以上 35{343.2}以上
2-3 -
SMK 1010 SMK 1015
0.2-0.6 0.4-0.8 0.4-0.8 0.4-0.8 0.2-1.0 0.2-1.0 0.2-1.0 0.2-1.0 0.8 以下 0.8 以下 0.3 以下 0.3-0.7 0.3-0.7 0.4-0.8 0.4-0.8 0.08 以下 0.08 以下 0.2 以下 0.2 以下
1-5 1-5 1-5 1-5 0.5-3 0.5-3 15-25 15-25 15-25 -
[2]
10{98.1}以上 20{196.1}以上 30{294.2}以上 35{343.2}以上 20{196.1}以上 30{294.2}以上 40{392.3}以上 50{490.3}以上 30{294.2}以上 40{392.3}以上 40{392.3}以上 55{539.4}以上 65{637.4}以上 20{196.1}以上 25{245.2}以上 35{343.2}以上 40{392.3}以上 25{245.2}以上
MPIF35标准 粉末冶金零件材料标准牌号
120 170 260 170 220 260 410 480 550 200 240
拉伸性能
屈服强度 伸长率 (0.2%)MPa (25.4mm)%
弹性常数
杨氏模量 Gpa
泊松比 0.25 0.25 0.28 0.25 0.25 0.27 0.25 0.27 0.27 0.25 0.25 0.25 0.27 0.25 0.25 0.27 0.27
MPIF标准35（烧结铁和烧结碳钢零件材料性能）
化学成份(%) 牌号 Fe F-0000-10 F-0000-15 F-0000-20 F-0005-15 F-0005-20 F-0005-25 F-0005-50HT F-0005-60HT F-0005-70HT F-0008-20 F-0008-25 97.1-99.4 F-0008-30 F-0008-35 F-0008-55HT F-0008-65HT 97.1-99.4 F-0008-75HT F-0008-85HT 注：参见MPIF标准35整理 0.6-0.9 520 590 590 660 0.6-0.9 210 240 380 450 290 390 450 520 140 170 97.04-99.7 0.3-0.6 97.04-99.7 0.3-0.6 97.7-100.0 0.0-0.3 C 其它 最小强度MPa （A）（E） 屈服 70 100 140 100 140 170 340 410 480 极限
硬度（洛氏）
宏观 (表观） 微观 （换算的）
90 120 170 120 160 190
1.5 2.5 7.0 ＜1.0 1.0 1.5 ＜0.5
105 120 160 105 115 135 115 130 140 85 110 115 140 115 115 135 150
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
汽车用粉末冶金
标准JB 2797－81与JB 3593-84，日本JIS Z 2550,美国MPIF标准35等都
是粉末冶金结构零件材料标准。
一般结构零件材料材质一般分为以下几类：
表4- 常用结构零件材料材质分类
材料
特点
Hale Waihona Puke 应用烧结铁与 碳钢
塑性及韧性好，磁导率 高，焊接性好，可渗碳淬 火，强度低
高密度烧结铁可用于磁化铁 心使用；也可用在外表硬， 心部软的零件或受力不大的 一些传动件。
比粉末锻造的成本更低； b.压制出的生坯强度高，可直接进行机加后再烧结，能降低成本； c.压制压力和脱模压力比常规粉末冶金成本低，利于成形复杂形状
零件和延长模具使用寿命，从而降低了生产成本； d.可生产零件质量为0.1～1kg,形状复杂由一个台阶的正齿轮到多
台阶的内、外齿形和斜齿轮； e.力学性能高，其极限抗拉强度比常规的一次压制和烧结零件零件
表：粉末锻造铁基结构零件的典型力学性能
合金
热处 硬度 理
拉伸强 度/MPa
屈服强 度/MPa
伸长 率/%
P/F-1040 N HRB80 515
310
27
P/F-1040 Q HRC30 965
825
12
P/F-1060 N HRB80 585
345
22
P/F-1060 Q HRC40 1345
1205
测定的；
2 夏氏V型凹口冲击功；
3 N；正火的；Q:淬硬和回火到表中所示硬度值。
2.粉末冶金结构零件烧结工艺
粉末冶金的烧结，是将粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下进
行加热，从而时粉末颗粒之间结合，提高强度和力学性能的过程。烧结
粉末冶金日本工业标准 JIS Z2550-1983
日本工业标准JISZ2550－1983机械结构零件用烧结材料SintedMaterialsforStructuralParts1.适用标准本标准规定了机械结构零件用烧结金属材料。
但是，这种材料都是烧结态材料。
备考作为参考，在本标准中一并记入了国际单位制（SI）的单位与数值，它们都附加有｛｝。
2.种类与记号材料的种类与记号是根据材料的化学成分与机械性能来划分的，如表1所示。
3.质量材料的机械性能、密度及化学成分如表2所示。
表2备考：表2也适用于烧结后进行尺寸整形者。
参考：（1）关于SMF种材料的硬度与热处理，各种烧结材料的表面处理，含油处理后的各项性能，作为参考值，在解说中给出。
再者，关于含碳量与适用的热处理可参照解说。
（2）用高纯氢中烧结或真空烧结制造的不锈钢系的质量，例如解说中所示。
4.试验4.1机械性能试验4.1.1拉伸试验（1）试件试件是用下列方法制造的：（a）压制压坯用阴模内部的形状与尺寸（b）压坯压坯高度为4.00～5.00mm，压坯中不得有肉眼可见的分层及其它缺陷。
（c）润滑方法用油布拭擦阴模内表面，或用将60g硬脂酸锌溶于1L四氯化碳中制成的溶液涂覆阴模内表面。
另外，将硬脂酸锌之类的润滑剂添加于使用的粉末中，充分进行混合也可以。
（d）成形成形压坯所需之粉末量依据测定质量，测定充填体积，或将粉末充满阴模后将上表面刮平来决定。
成形方面，有规定成形压力和规定压坯密度二种情况。
在规定压制压力的场合，一组压坯对于规定的压力变化不得大于±3%，质量方面，对于平均值的变化不得大于±2%。
在规定压坯密度的场合，一组压坯对于规定的高度变化不得大于±2%，和质量方面，对于规定的值变化不得大于±1%。
另外，关于压制速度，保压时间，脱模方法及一组压坯的数量，皆由当事者间协商决定。
（e）烧结烧结条件根据当事者间的协定进行。
但是，对于烧结温度范围，保温时间，加热—冷却条件及烧结气氛的各项条件都必须进行记录。
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在材料中添加Mn、P、S等 添加剂来改善粉末冶金零件 的切削性。通过适当地选择 硬质合金切削工具与工具的 几何形状，也可改善粉末冶 金材料的切削加工的性状。
粉末冶金零件材料密度的影响
在粉末冶金结构零件生产中，往往采用复压和二次 烧结来提高零件的材料密度，依照压制——一次烧 结——复压——二次烧结的工艺路线生产结构零件。 用复压与二次烧结、温压可将零件材料密度提高到 普通铁的95﹪左右。 复压与精整相似，复压时施加较高的 压力仅仅是为了增高零件的整体密度， 二次烧结是指复压后再次进行烧结。 经复压与二次烧结的结构零件，由于 材料密度较高，可提高结构零件材料 的强度与韧性。
①当零件具有不规则形状，凸出或凹坑，各 种异形孔状，粉末冶金均易于制造，不需要 或只需少量补充切削加工。具有明显的经济 性。 ②当采用粉末治金工艺生产等机械零件时材 料利用率可达99.5%以上。 ③因粉末冶金工艺的零件是用模具生产出来 的，所以零件的轮廓、形状和尺寸的一致性 均非常好，而用机械加工时各方面的变量很 多，很难保持一致性。
缺 点
由于有残余孔隙存在，其延展性 和冲击值比化学成分相同的铸锻 材料低，从而限制了它的应用范 围。
结构零件设计
结 构 零 件 的 大 小 与 形 状
☞ 用粉末冶金工艺可生产尺寸与形状范围广 阔的结构零件，可生产零件的最大尺寸取 决于可利用的压机能力。 ☞ 用粉末冶金工艺最容易制作的零 件形状是在压制方向尺寸相同者。 在压制方向有通孔的零件，一般 是用芯棒成形的。位于压制方向 的键与键槽易于压制成形，而诸 如凹槽，与压制方向呈某一角度 的孔、倒锥、凹角及螺纹之类的 形状特征用一般粉末冶金工艺不 能压制成形。但是，用结构较复 杂的模具可成形形状较复杂的零 件。那样曾加了成本。
化学成分与力学性能
用一般压制与烧结工艺生产的粉末冶金零件具 有多孔性，其力学性能低于用常规方法生产的 化学组成相同的致密金属材料。为提高粉末冶 金结构零件的力学性能： 现在采用的添加有合金化元素的原料粉末有： 铁粉、铜粉及石墨粉的混合粉，铁粉、镍粉、 石墨粉的混合粉，铁粉、磷铁粉的混合粉，扩 扩散合金化粉末，欲合金化钢粉及不锈钢粉等。 采用的生产工艺有：压制——烧 结、压制——预烧结——复压— —烧结、温压——烧结、热压、 热锻等。
粉 末 冶 金 零 件 的 尺 寸 公 差
粉末冶金零件间的尺寸波动主要是是压制 压力变动所致。 鉴于压制压力相同时，模冲的纵向 弹性挠曲比阴模的弹性胀大要大， 因此在压制方向的尺寸公差比在垂 直压制方向的尺寸公差要大。 力学关系： △模冲／△阴模＝3L／D
D表示阴模型腔的平均径向尺寸，
L表示模冲总长度。
④粉末冶金工艺可将几个零件一体化制造，从而可 省下以后的处理和组装费用。 ⑤粉末结构零件的材料密度是可控制的、具有一定 量的连通孔隙，一般都会浸有5%-20%的润滑油， 以供某种程度的自润滑，从而提高耐磨性。 ⑥在粉末冶金生产中，为便于成形后从压模中脱出 零件，模具的工作表面都具有很高的光洁度，从而 使零件具有调幅的光洁度。另粉末冶金结构零件也 可以象机械零件一样进行电镀、涂层、热处理等各 种后续处理。
如 何 消 减 尺 寸 公 差
用精整可改善零件的尺寸公 差，精整是将烧结零件装于 阴模中用模冲施压，即于精 整模具中进行复压。精整的 主要目的是校正烧结时产生 的扭曲变形。
粉末冶金结构零件的切削加工
☀ 采用粉末冶金零件的主要目的在于实现少 切削、无切削加工，节能，省材，降低零 件生产成本。粉末冶金零件不像相应的常 规金属零件那样容易切削加工。由于材料 组织中的孔隙导致的断续切削作用，刀具 寿命较短，零件表面粗糙度较差。 测定粉末冶金的切削性的标准： 用测定可钻削的孔数来确定切削 性。规定1045钢的值为100，切 削性额定值可由以下公式确定， 切削性额定值=烧结刚钻的孔数∕1045 钢钻的孔数×100
四 、 零 件 形 状 设 计 要 有 利
于 压 坯 密 度 均 匀
齿轮、棘轮及凸轮
齿轮、棘轮及凸轮都特别适用于用粉末冶金 工艺生产。 用粉末冶金生产的好处： ①大批量生产的齿轮尺寸精度均一。 ②由于材料组织中含有一定孔隙度， 有有助于齿轮平静运转，并可自润滑。 ③可制作带盲角的粉末冶金齿轮。 ④可将齿轮与其他形状零件用粉末冶 金工艺实现一体化制作。 ⑤可制作各种形状的齿轮。 ⑥生产简易且费用低廉。
粉末冶金结构零件
粉末冶金结构零件
定义：用粉末冶金方法制造的具有一定尺寸精度 并能承受拉伸、压缩、扭曲等载荷 或在摩擦磨 损条件下工作的烧结零件，又称烧结结构零件 。 方法：在室温，于单轴向刚性模具中压制成形 与随后烧结的零件。 应用：粉末冶金结构零件主要应用 在汽车工业，未来有较好的应用领 用。
粉末冶金结构零件的主要优点
采用熔渗铜技术可提高结构零件材料 的密度、强度、硬度及韧性。
粉 末 冶 金 零 件 发 展 趋 势
这类材料的发展趋势是减少或消除材料内部的 残余孔隙，发展以铬、锰、钛、硅等元素合金 化的铁基材料，以提高材料的机械性能，扩大 应用领域。
谢谢大家！
粉末冶金结构零件设计的限制
在粉末冶金结构零件的生产中，通常采用单轴向刚 性模具压制成形，既仅在轴向施加压力，零件压坯 必须在轴向从模具中脱出。因此，在设计结构零件 时，零件形状就受到一些限制。 一 、 压 坯 脱 模 的 限 制
二 、 压 模 强 固 性 的易 于 装 粉