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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材料及制品名称烧结结构零件烧结铁基材料: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:烧结减摩零件多孔轴承:铁基,铜基,铝基,不锈钢基固体自润滑材料:铁基,铜基,银基,双金属烧结摩擦零件铜基摩擦零件:铁基摩擦零件:碳-碳复合材料:陶瓷基复合摩擦材料;1.1烧结结构零件•粉末冶金的主战场•齿轮,凸轮,连杆,……1.1.1烧结铁基结构零件•1).孔隙对性能的影响承受载荷面积的减少结构缺陷与应力集中硬度与强度大体随密度而线性增大韧性在接近理论密度时急剧增加2).提高材料的密度的方法•复压复烧:二次压制与烧结.•熔浸:低熔点组元熔化后浸入到骨架中.•粉末冶金热锻:•热等静压:还原铁粉复压复烧后的密度与性能复压压力（MPa）复压密度（g/cm3）抗拉强度（MPa）延伸率（%）2004006008006.36.87.17.315720124526016.016.521.025.5浸铜烧结铁-石墨材料的性能化学成分（%）密度（g/cm3）抗拉强度（MPa）延伸率（%）硬度（HB）孔隙度（%）FeCuC余1500.250.50.751.08.027.947.897.907.694685936447137208544474788790932~33).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,密度小于6.5g/cm3时效果不好强化效果好的元素Cr,Mn易于氧化,合金形式Cu,P在烧结钢中有强化作用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•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，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，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、脆性的渗碳体网络出现，烧结碳钢的横向断裂强度减低。Fe-Cu-C与Fe-Cu-Mo-C系•烧结铜:10%以内•熔浸铜:15~25%•较佳配比为C,1.5%;Cu,8%•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•Mo的扩散慢,一般采用合金粉烧结铜铁合金与烧结铜钢•在粉末冶金铁基结构零件生产中的一种常用合金元素是铜。在常用的烧结条件下，虽然可能有些铜末熔化，但在烧结温度1095～1120℃时，7.5％～9％的铜可溶于奥氏体铁中，由铁粉与铜粉的混合粉压制成形的压坯．烧结后冷却到室温时，在烧结温度下以液相存在的铜将凝固，同时将铁粉颗粒铜焊在一起。在室温下，铜在纯铁体中的平衡溶解度不大于0.1％，因此溶解于固溶体铁中的铜将沉淀出来。粉末冶金Cu-Fe合金零件材料的强度与硬度，就是由于铜的铜焊与时效硬化作用而大大高于烧结纯铁材料。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。•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。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。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，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。•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，这些尺寸变化可能不均一，较难控制。Fe-Ni-C系与Fe-Ni-Cu-C系Ni: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•通常．也用铁粉、镍粉及石墨粉的混合粉生产铁基粉末冶金结构零件。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。添加镍粉的颗粒大小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℃烧结)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。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，这些富镍区可能溶解足够数量的碳形成马氏体，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。•Fe-Mn-C系固溶强化,提高淬透性资源丰富,价格低易于氧化•Fe-Cr-C系改善力学性能抗氧化性,耐腐蚀性以合金粉的形式加入Fe-P-C系形成Fe-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1.1.2烧结铜基结构材料•耐腐蚀性,表面光洁,无磁•种类:青铜(锡青铜,铝青铜),黄铜,弥散强化铜(Cu-Al2O3)等1)烧结青铜•元素粉末与合金粉末•烧结时的膨胀与收缩•性能膨胀与收缩•在包晶线温度以下烧结，不发生异常膨胀。超过包晶温度时，液相迅速消失，氢气自液相析出，造成气孔而出现异常膨胀。烧结温度越低，所需要的保温时间越长。烧结青铜零件的成分与性能化学成分（%）密度（g/cm3）抗拉强度（MPa）延伸率（%）压缩屈服强度（MPa）硬度（HRH）Cu：87.5~90.5Sn：9.5~10.5C≤1.75Fe≤0.1其它总量≤0.056.46.87.293110138123761034384555652)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;使用含锌填料结构零件用烧结黄铜零件的成分与性能化学成分（%）密度（g/cm3）抗拉强度（MPa）延伸率（%）压缩屈服强度（MPa）硬度（HRH）Cu：77.0~80.0Pb：1.0~2.0C≤1.75其余为Zn7.27.78.01401601809.010.013.07080110647985•特点: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,飞机构件•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.•常用体系:Al-Cu,Al-Cu-Si,Al-Cu-Mg等.1.1.3烧结铝基结构材料制造工艺•原料粉末及润滑剂:雾化Al,元素粉末,容易压制,烧结时出现液相,利于烧结.•压制:不大的压力下,能够达到95%的相对密度.•烧结:润滑剂(湿度低,灰分少)与烧结气氛(低露点,-40度以下),添加溶解度高的合金元素.•烧结后处理铝基粉末冶金结构零件•铝基粉末冶金结构零件也在大批量生产。铝粉如此之软，以致压制成形时，铝粉压坏强烈趋向于黏附在阴模。为克服这种趋向，必须在铝粉中加人大量润滑剂。使用较粗的铝粉颗粒，也能减小这种黏附倾向。铝基台金结构零件压坯是由元素铝粉、铜粉、镁粉、硅粉及外加1.5％(质量分数）润滑剂的混合粉压制成形的。压制时，采用低压制压力，以便压坯具有足够高的开孔孔隙度．从而烧结时使润滑剂能迅速排出。•烧结温度位于600℃附近。烧结时铝与铜、镁及硅反应形成液相。铝粉颗粒表面的氧化物层相当薄，因此液相得以在金属粉末颗粒之间铺展和很好地接触。•最好的烧结气氛是-40℃左右的低露点、高纯氮气。往往在烧结后随即进行热处理，以通过时效硬化强化台金。1.3烧结摩擦材料•1.3.1概述•1.3.2材料组成及摩擦条件对性能的影响•1.3.3烧结摩擦材料的性能与制造工艺•1.3.4发展方向•烧结金属摩擦材料是以金属及其合金为基体，添加摩擦组元和润滑组元，用粉末冶金技术制成的复合材料，是摩擦式离合器与制动器的关键组件。它具有足够的强度，合适而稳定的摩擦系数，工作平稳可靠，耐磨及污染少等优点，是现代摩擦材料家族中应用面最大、量最大的材料。1.3.1概述•是用于干摩擦式离合器和制动器的关键材料.•基本要求:足够的摩擦系数,高温高压下的稳定性,耐磨性,强度,导热性，耐腐蚀,不黏结,抗咬合等.•通常所用的摩擦材料:铸铁,钢,青铜,石棉-树脂等摩擦系数小,工作温度低,抗咬合性能差烧结摩擦材料的特征•摩擦系数大,且范围宽。0.35~0.5,700~800ºC。石棉-树脂为0.3,且250ºC就下降，500ºC为0.15•导热性好。42W/mK（石棉-树脂0.42）•强度高。1~1.5MPa（石棉-树脂0.3）•调整材料成分的范围大。加入不同的润滑剂与摩擦剂。•使用寿命长。为石棉-树脂材料的5~10倍。历史•用粉末冶金技术制造烧结金属摩擦材料已有70年的历史，1929年美国开始了这项工作的研究，30年代末期首先将该材料用在了D-7、D-8铲运机中的离合器片上。发展到现在，所有载荷量高的飞机，包括米格、伊尔、波音707、747和三叉戟等，其制动器摩擦衬材料都采用了烧结金属摩擦材料。在我国，特别是在1965年以后，烧结金属摩擦材料的科研、生产得到迅速发展。迄今，我国已有十多个具有一定生产规模的生产企业，年产铜基和铁基摩擦制品约850万件，广泛应用于飞机、船舶、工程机械、农业机械、重型车辆等领域，基本满足了国内主机配套和引进设备摩擦片的备件供应和使用要求。烧结摩擦材料的分类•干摩擦传动装置：轻负荷（农业机械，金属切削,飞机控制，修路拖拉机）和中等负荷（压印机，冲压机，工业运输工具）的传动装置。•干摩擦制动器：中等负荷（自动压机，压印机，冲压机）和重负荷（飞机）制动器。•油中工作的离合器：中等负荷（轻型自动传动装置，金属切削机床，拖拉机）控制离合器和重负荷（拖拉机动力传递装置）的离合器。•液体润滑制动器：中等负荷和重负荷（农用栽种汽车）的制动器。1.3.2材料组成及摩擦条件对性能的影响•烧结摩擦材料是一种包含多种金属与非金属元素的复合材料。•烧结摩擦材料的三组元：基体组元，润滑组元，摩擦组元。基体组元•作用：很大程度上决定材料的强度，耐热性，耐磨性。•分类：铁基：熔点高，强度大；易于对偶材料形成黏附。可加入合金元素改善性能，硬度、强度、摩擦系数等。铜基：耐腐蚀，与对偶材料配合好；Cu50~90%；强化合金元素：Sn，Al，Zn，Ni等。润滑组元•作用：改善抗卡性，提高耐磨性。•分类：低熔点金属：铅、铋、锑等。石墨硫化物：二硫化钼、二硫化钨、硫化亚铜。金属（Cu、Ni、Fe、Co）磷化物，滑石等。•低熔点金属润滑原理：熔化形成润滑膜，降低温度，使滑动平稳，提高抗卡能力。•石墨的润滑原理：层状结构，层间距离远大于层面的距离；微粒对金属（合金）的黏附作用；润滑与存在状态有很大关系。•硫化物：也是层状结构，可提高综合性能。摩擦组元•作用：增大摩擦系数、消除迁移来的金属、减少对偶面的磨