粉末冶金铁基结构材料力学性能

强度与硬度高，耐磨性、淬透性及热稳定性 淬
700 65 好，适用于受力大和耐磨零件，如滚子、活 火
塞环、锁紧块、齿轮等
粉末冶金材料
英文：powder metallurgy material 解释：
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。通常按用途分为 7 类。
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
⑦粉末冶金高温材料。包括粉末冶金高温合金、难熔金属和合金、 金属陶瓷 、弥散强化和纤维强化材料等。用于制造高温下使 用的涡轮盘、喷嘴、叶片及其他耐高温零部件。
粉末冶金工艺及材料
粉末冶金工艺及材料 粉末冶金是制取金属粉末并通过成形和烧结等工艺将金属粉末或与非金属粉末的混合物制成制品的加工方法，既可制取用普通熔
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。电工材料中，用作电能头材料的有金、银、铂等贵金属的粉末冶金材料和以银、 铜为基体添加钨、镍、铁、碳化钨、石墨等制成的粉末冶金材料；用作电极的有钨铜、钨镍铜等粉末冶金材料；用作电刷的有金属 -石墨粉末冶金材料；用作电热合金和热电偶的有钼、钽、钨等粉末冶金材料。磁性材料分为软磁材料和硬磁材料。软磁材料有磁 性粉末、磁粉芯、软磁铁氧体、矩磁铁氧体、压磁铁氧体、微波铁氧体、正铁氧体和粉末硅钢等；硬磁材料有硬磁铁氧体、稀土钴 硬磁、 磁记录材料 、微粉硬磁、磁性塑料等。用于制造各种转换、传递、储存能量和信息的磁性器件。
铜
火
和耐磨零件如链轮、齿轮、锁紧螺母等
钢
烧 结 铜 FTG60Cu3Mo-40 6.5 400 0.5 112700 铝 钢
淬
强度与硬度高，耐磨性、淬透性及热稳定性
550 55 好，适用于受力大和耐磨零件，如滚子、活
火
ห้องสมุดไป่ตู้
塞环、锁紧块、齿轮等
烧 结 铜 FTG60Cu3Mo-55 6.8 550 0.5 127400 铝 钢
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。
粉末冶金的品种繁多，主要有：钨等难熔金属及合金制品；用 Co、Ni 等作粘结剂的碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC) 等硬质合金，用于制造切削刀具和耐磨刀具中的钻头、车刀、铣刀，还可制造模具等；Cu 合金、不锈钢及 Ni 等多孔材料，用于制 造烧结含油轴承、烧结金属过滤器及纺织环等。随着粉末冶金生产技术的发展，粉末冶金及其制品将在更加广泛的应用。
粉末冶金铁基结构材料力学性能
烧结状态 体
热处理状态
类
牌号
积抗伸
表处
表
别
质拉
弹性模 现 理 抗拉强 现
长
量强
量 硬方 度 硬
率
度
度法
度
应用
烧
塑性、韧性、焊接性与导磁性较好，适用于
结 FTG10-10 6.3 100 3.0 78400 40 -
-
- 受力极小，要求翻铆或焊接及要求导磁的零
铁
件，如垫片、磁筒、极靴等
烧
塑性、韧性、焊接性与导磁性较好，适用于
结 FTG10-15 6.8 150 5.0 88200 50 -
-
- 受力极小，要求翻铆或焊接及要求导磁的零
铁
件，如垫片、磁筒、极靴等
烧
塑性、韧性、焊接性与导磁性较好，适用于
结 FTG10-20 7.0 200 7.0 98000 60 -
-
- 受力极小，要求翻铆或焊接及要求导磁的零
炼方法难以制取的特殊材料，又可制造各种精密的机械零件，省工省料。但其模具和金属粉末成本较高，批量小或制品尺寸过大时 不宜采用。粉末冶金材料和工艺与传统材料工艺相比，具有以下特点：
1.粉末冶金工艺是在低于基体金属的熔点下进行的，因此可以获得熔点、密度相差悬殊的多种金属、金属与陶瓷、金属与塑料 等多相不均质的特殊功能复合材料和制品。
-
碳
钢
强度较高，适用于轻载结构件，如隔套、接
-
头、调节螺母、传动小齿轮等
烧
结
淬
强度较高，适用于轻载结构件，如隔套、接
中 FTG60-20 6.5 200 1.5 88200 70
450 45
火
头、调节螺母、传动小齿轮等
碳
钢
烧
结
淬
强度较高，适用于轻载结构件，如隔套、接
中 FTG60-25 6.0 250 2.0 98000 100
铁
件，如垫片、磁筒、极靴等
烧
结
渗
碳
低 FTG30-10 6.2 100 1.5 78400 50
-
淬
碳
火
钢
塑性、韧性、焊接性较好，适用于受力较小， - 要求番铆或焊接及要求渗碳淬火零件，如端
盖、滑块、底座等
烧
渗
结
塑性、韧性、焊接性较好，适用于受力较小，
碳
低 FTG30-15 6.5 150 2.0 83300 60
火
不大和耐磨零件，如挡套、推力垫、刀杆等
碳
钢
烧
结
淬
强度与硬度较高，耐磨性较好，适用于受力
高 FTG90-30 6.8 300 1.0 102900 90
550 55
火
不大和耐磨零件，如挡套、推力垫、刀杆等
碳
钢
烧
结
淬
FTG70Cu3-25 6.2 250 0.5 93100 90
-
铜
火
钢
强度与硬度高，耐磨性好，适用于受力较大 -
①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。
和耐磨零件如链轮、齿轮、锁紧螺母等
烧
结
淬
强度与硬度高，耐磨性好，适用于受力较大
FTG70Cu3-35 6.5 350 0.5 107800 100
550 55
铜
火
和耐磨零件如链轮、齿轮、锁紧螺母等
钢
烧
结 FTG70Cu3-50 6.8 500 0.5 122500 110 淬 650 60 强度与硬度高，耐磨性好，适用于受力较大
2.提高材料性能。用特殊方法制取的细小金属或合金粉末，凝固速度极快、晶粒细小均匀，保证了材料的组织均匀，性能稳定， 以及良好的冷、热加工性能，且粉末颗粒不受合金元素和含量的限制，可提高强化相含量，从而发展新的材料体系。
3.利用各种成形工艺，可以将粉末原料直接成形为少余量、无余量的毛坯或净形零件，大量减少机加工量。提高材料利用率， 降低成本。
500 50
火
头、调节螺母、传动小齿轮等
碳
钢
烧
结
淬
高
FTG90-20
6.2 200 0.5 88200 70 火
-
碳
钢
强度与硬度较高，耐磨性较好，适用于受力 - 不大和耐磨零件，如挡套、推力垫、刀杆等
烧
结
高
FTG90-25
6.5 250 0.5 93100 80 淬 500 50 强度与硬度较高，耐磨性较好，适用于受力
（400） 50 要求番铆或焊接及要求渗碳淬火零件，如端
淬
碳
火
盖、滑块、底座等
钢
烧
渗
结
塑性、韧性、焊接性较好，适用于受力较小，
碳
低 FTG30-20 6.8 20 3.0 88200 70
450 55 要求番铆或焊接及要求渗碳淬火零件，如端
碳
淬
盖、滑块、底座等
火
钢
烧
结
淬
中
FTG60-15
6.2 150 1.0 83300 60 火