粉末冶金5

1五、粉末冶金材料和制品1.金属粉末的直接应用1.1食品添加用粉末用作食品的添加元素铁粉可以采用还原铁粉、电解铁粉和羰基铁粉。在美国用于食品的元素铁粉每年达450t。1.2颜料、油墨和复印用粉末片状金属颜料的生产起源于生产金箔的方法，现今金属颜料都用机械法生产。片状不锈钢粉末颜料可应用于受强腐蚀气氛作用的涂层，以改善外观。铝粉颜料和金色青铜粉都可作为印刷用的油墨颜料。复印机采用球形铁氧体粉末是载体颗粒工艺领域中的一项重要进展。1.3燃料、烟火和炸药用金属粉末金属粉末可用作为固体推进器的燃料、烟火以及炸药等，应用最广的是铝粉，在烟火中还使用镁、锆、钛、钨、锰、铍和铈等粉末。21.4磁性粉末探伤磁性粉末探伤是一种无损检测方法，此法能显示位于金属表面或表面附近的缺陷。材料或零件被磁化时，通常在横过磁场方向的方向，磁场的不连续性会使零件表面与其上部形成一漏磁场。用撒在表面的细的铁磁性粉末便可显示出这种漏磁场，从而可以显示出缺陷。图5-1是磁性粉末探伤的典型应用示意图。图5-1用磁粉显示断裂处的空气间隙五、粉末冶金材料和制品31.5焊药、表面涂层用粉末金属粉末可以用作焊条、焊剂中的合金材料成分，用作表面硬化的涂层材料，还可以在钎焊中作为填充金属。选择焊条药皮用的金属粉末，一般都采用还原铁粉和水雾化铁粉。用作表面硬化的粉末要有一定的粒度要求，图5-2是各种表面硬化方法所用粉末的粒度范围。表面硬化粉末的化学组成对沉积金属的性能影响很大。在钎焊技术中，广泛应用金属粉末作为填充金属。1.6粉末的其它应用图5-2各种表面硬化方法所用粉末的粒度范围五、粉末冶金材料和制品42.高性能粉末冶金材料2.1概述孔隙、成分、组织偏析定义：采用传统的或特殊的粉末冶金方法所制备的性能更高的粉末冶金材料。高性能：物理性能：光、电、磁、热、辐射等化学性能：耐腐蚀性等力学性能：强度、韧性等五、粉末冶金材料和制品5使用粉末冶金材料的理由结构材料：主要考虑其力学性能功能材料：力学性能以外的性能减少偏析成分偏析：材料不同的部位元素的比例不同组织偏析：材料不同的部位微观结构不同细化晶粒直接成形，减少机加工五、粉末冶金材料和制品6达成手段有效地消除残留在材料内的一切形式的孔隙。——全致密化（结构材料：力学性能）热压热等静压热锻热挤压粉末轧制粉末高温合金粉末高速钢粉末不锈钢粉末钛合金五、粉末冶金材料和制品7达成手段提高密度、调整最佳组织（功能材料：物理性能）以磁性材料为例粉末颗粒的大小（与一个磁畴相当）颗粒的形状，容易取向成分的调整五、粉末冶金材料和制品8全致密化技术全致密化技术：热压、热等静压、热挤压、粉末热煅近终成形:优点：材料与能量的合理利用成分设计的灵活性微观组织的完整性五、粉末冶金材料和制品9粉末冶金零件制造用的结构材料按用途可分:粉末冶金结构零件(粉末冶金机械零件和高温结构材料)粉末冶金减摩零件粉末冶金摩擦零件五、粉末冶金材料和制品10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;五、粉末冶金材料和制品112.2粉末冶金机械零件2.2.1烧结铁基机械零件烧结铁基机械零件主要用作为中等以上负荷的零部件。与铁基含油承轴相比，烧结铁基机械零件具有高的密度（孔隙度低于10％或密度高于7.0~7.6g/cm³）、高的强度（抗拉强度在350~1100MPa），并能保证一定的尺寸精度。烧结铁基机械零件按强度可分为四类（表5-2）。五、粉末冶金材料和制品表5-2铁基结构材料分类表12五、粉末冶金材料和制品13五、粉末冶金材料和制品14五、粉末冶金材料和制品15五、粉末冶金材料和制品16生产工艺路线为:五、粉末冶金材料和制品17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五、粉末冶金材料和制品18五、粉末冶金材料和制品192).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:五、粉末冶金材料和制品20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（%）2004006008006.36.87.17.315720124526016.016.521.025.5五、粉末冶金材料和制品21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1500.250.50.751.08.027.947.897.907.694685936447137208544474788790932~3五、粉末冶金材料和制品223).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五、粉末冶金材料和制品234).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五、粉末冶金材料和制品245).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五、粉末冶金材料和制品25Fe-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。五、粉末冶金材料和制品26五、粉末冶金材料和制品27Fe-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,一般采用合金粉五、粉末冶金材料和制品28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。五、粉末冶金材料和制品29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。五、粉末冶金材料和制品30Fe-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,强度增加五、粉末冶金材料和制品31Fe-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。五、粉末冶金材料和制品32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五、粉末冶金材料和制品33Fe-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以合金形式加入五、粉末冶金材料和制品342.2粉末冶金不锈钢不锈钢的价格通常都远高于钢铁，但由于不锈钢具有耐腐蚀性、抗氧化性、外观好、耐磨、力学性能好，某些还具有淬硬性和非磁性，因此不锈钢获得广泛采用。粉末冶金不锈钢零件是粉末冶金技术中的一个重要的正在发展的领域。工业用的压制级的不锈钢粉末都是用雾化法生产的。不锈钢粉末由于高度合金化，其硬度较铁或铜等金属为高，因此在压制时可以采用硬质合金模具。烧结是不锈钢粉末冶金零件最重要的工序。由于碳能降低不锈钢的耐蚀性，因此在烧结过程中必须注意到碳的因素。工业上常用的烧结气氛是离解氨。另外，进行真空烧结也是很好的一种烧结方法。五、粉末冶金材料和制品352.3烧结有色金属机械零件2.3.1烧结铜和铜合金烧结有色金属材料应用较多的是烧结铜及其合金。常用的烧结铜基合金有青铜（铜-锡）和黄铜（铜-锌）以及铜-镍-锌、铜-镍、铜-铝等合金系。铜基材料具有耐腐蚀的特点，有一定的强度和韧性，较容易进行机械加工。烧结铜基合金零件采用一般的压制、烧结法。烧结铜基合金多用来制造含油轴承、摩擦材料、电器接点材料、过滤材料以及发汗材料的渗透金属。此外，也可用来制造小型齿轮、凸轮、垫圈、螺母等高密度烧结铜基机械零件。粉末冶金铜基材料的性能列于表5-4。五、粉末冶金材料和制品36表5-4粉末冶金铜基材料的性能2.3.2烧结铝和铝合金几乎所有粉末冶金生产工艺均可用来生产烧结铝基材料。成形工艺可用模压、等静压、轧制和挤压等。烧结可以在低露点（－40℃）的惰性或还原性气氛中进行，也可用真空烧结。为进一步提高烧结体的密度和强度，可以采用复压、冷凝或热煅等工艺。烧结铝材料可以进行热处理，也可以进行机械抛光和电化学处理等。五、粉末冶金材料和制品372.3.3烧结钛和钛合金钛的相对密度低，强度高，耐蚀性好，使用温度范围为广（540～－253℃）。烧结钛合金具有较高的纯度和可加工性，其性能列于表5-5。表5-5烧结钛基合金的性能2.3.4烧结铍和铍合金五、粉末冶金材料和制品383.粉末冶金摩擦材料摩擦材料是组成摩擦式离合器和振动器的关键材料。摩擦材料应满足如下要求：足够的