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粉末冶金的教育资料2/3粉末冶金定义及特点粉末冶金：以金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)为原料，通过成形、烧结制成金属制品或材料的一种冶金工艺技术。0255075100铸造粉末冶金冷成型锻造机械加工能耗MI/KG材料利用率%111213141516拉拔成形磨加工级径向可达到的ISO公差标准5678910精密锻造加工工艺锻造（冲裁）高精度锻造冷压粉末冶金0.060.100.160.250.400.631.001.602.504.006.301016254080100160250400630锻造○○○○○○○○○○冲压○○○○○○○○○○○高精度锻造○○○○机械加工○○○○○○○○○○○○○○磨加工○○○○○○○○○○○○○粉末冶金○○○○○○加工工艺平均粗糙度其他：可根据零件使用，随意调配材料成分；接近工件终物形态，后续加工余量小；生产过程无噪声污染，无处理/无排放有毒物质；可成型出任何切削加工都无法制作的复杂形状。3/3粉末冶金工艺流程混粉制粉压制成型烧结水蒸气处理（ST）4/3粉末制备粉末制备方法：1、机械法：不改变原材料的化学成分，通过切削/研磨将金属制备粉末；2、物理法：液态金属的通过冷却、雾化制备粉末。3、化学法：以还原和离解等化学反应为基础，使其化学成分和集聚状态发生变化来制备粉末。备注：尺寸大于0.001mm，且小于1mm的固体颗粒称为粉末。5/31、混粉定义：混粉及粉末性能不同粒度等级粉末微量元素成型剂润滑剂造孔剂按所需配比进行混合，用于制备具有一定化学成分和一定粒度，以及适合的其它物理化学性能的混合料6/32、粉末性能金属粉末的性能对其成形和烧结过程以及制品的质量都有重大影响。金属粉末的性能可以用化学成分、物理性能和工艺性能来表征。粉末制备及性能CSiMnPSNiMo盐酸不溶物氢损SFB200.25099.300.020.050.150.0150.015--0.200.22.6±0.1＜336.507.00-＜1-＜40SFB200.26198.900.050.100.300.0300.030--0.200.42.6±0.15＜356.406.90-＜3-＜50SFG200.30099.300.020.050.150.0150.015--0.200.23.0±0.1＜286.607.03-＜1-＜35SFG200.30198.900.050.100.300.0300.030--0.200.43.0±0.15＜306.506.90-＜3-＜45SFJ200.30096.800.020.050.200.0200.0201.7～2.00.5～0.60.200.23.0±0.1＜306.306.80-＜1-＜40SFJ200.30196.000.050.100.300.0300.0301.5～2.20.4～0.70.200.43.0±0.15＜336.206.70-＜3-＜50流动性（S/50g)392MPa588MPa压缩性(g/cm3)粒度组成（%）＞400um＞200um＞76um＞63um牌号级别≤松装密度（g/cm3)化学成分（%）Fe≥例：以鞍钢冶金粉末水雾化铁粉性能参数进行说明主要金属组元杂质夹杂物气体粉末工艺性能粉末物理性能化学成分7/33、粉末性能导致不良事例粉末制备及性能粉末中混入杂物（X100）粒度偏大润滑剂（X100）8/3压制成形1、概念：将松散粉末施加一定压力（15—600Mpa），成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。上模冲阴模下冲1下冲2下冲3芯杆装粉→压制→保压→脱模9/3压制成形2、压制方式（单向压制）（双向压制）因为粉末体在压模内受力后向各个方向流动，于是引起垂直于压模壁的侧压力。侧压力引起摩擦力，会使压坯在高度方向存在明显的压力降，因此不同的压制方式，密度分布不同。10/3压制成形3、成形模具结构上冲上芯杆下芯杆下冲1下冲2阴模填粉压制脱模举例：11/3压制成形4、典型不良举例例1:部品棱边塌陷原因：模具设计不合理，不良部位疏松，脱模塌边。例2:部品局部密度不均匀原因：工件结构不合理，成型必然性。12/3压制成形5、成形常见不良预防措施NO.现状描述现象特征原因对策1局部密度超差中间密度过低1、侧面积过大2、模壁粗糙度差3、模壁润滑剂差4、粉料压制性差1、大孔薄壁可改用双向压制2、改善模壁粗糙度3、在模壁或粉料中添加润滑剂4、粉料还原退火一端密度过低1、长细比或长壁厚比大，单向压制不适用2、模壁粗糙度差3、模壁润滑剂差4、粉料压制性差1、改为双向压制或后压2、改善模壁粗糙度3、在模壁或粉料中添加润滑剂4、粉料还原退火台阶密度过高或过低补偿装粉不恰当调节补偿装粉量薄壁处密度过低局部长与壁厚比过大，单向压制不适用1、改为双向压制或薄壁处局部改为双向压制2、改善模壁粗糙度3、模壁局部加强润滑2裂纹拐角处裂纹1、补偿装粉不当，密度差大2、材料压制性能差3、脱模方式不对1、调节补偿装粉2、改善粉料压制性3、采用正确脱模方式，如带内台产品，应先脱薄壁处，带外台产品，应带压套，用压套先脱凸台。测量龟裂1、阴模内沿脱模方向尺寸变小2、粉料中石墨偏析分层3、压面上下台面不平或模具垂直度和平行度超差4、粉末压制性差1、阴模沿脱模方向加工除脱模锥度2、粉料中加润滑剂，避免粉料偏析3、改善压机和模具的平行度4、改善粉料压制性能13/3压制成形NO.现状描述现象特征原因对策2裂纹对角裂纹1、模具刚性差2、压制压力过大3、粉料压制性能差1、增大阴模壁厚，改用圆形模套2、改善粉料压制性，降低压制压力波形裂纹从阴模脱出时的弹性后效，可能形成波形裂纹1、阴模出口带锥度或倒角2、采取保压脱模3皱纹内台拐角皱纹大孔芯棒过早压下，端台已先成形，薄壁套继续压制时，粉末流动冲破已成形部位，又重新成形，多次反复出现皱纹1、加大大孔芯棒最终压下量，适当降低薄壁部位的密度2、适当减小拐角处的圆角4环角掉边掉楞角1、密度不均匀，局部密度过低2、脱模不当如脱模时不平直，模具结构不合理或脱模时有弹跳1、改进压制方式，避免局部密度过低2、改善脱模条件3、操作时细心侧面局部剥落1、镶拼阴模接缝处有缝2、镶拼阴模接缝处有倒台阶，压坯脱模时必然有脱落1、拼接时应无缝2、拼缝处只允许有不影响脱模的台阶5表面划伤1、模壁表面粗糙度大或模腔硬度低2、模壁产生横瘤3、模腔表面局部被划伤1、提高模壁的硬度和降低粗糙度2、消除模瘤，加强润滑6尺寸超差1、模具磨损过大2、工艺参数选择不合理1、采用硬质合金模2、调整工艺参数7同轴度超差或端面跳动大1、模具安装有偏差2、装粉不匀3、模具间隙大1、调模对中要好2、采用振动或吸入式装粉3、合理选择间隙5、成形常见不良预防措施14/3烧结1、概念将压坯置于基体金属熔点以下温度加热保温，粉末颗粒之间产生原子扩散、固溶、化合和熔接，致使压坯收缩并强化，这一过程称为烧结。烧结不同于金属熔化，烧结时至少有一种元素仍处于固态。烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程，成为具有一定孔隙度的冶金产品。成形体烧结三部曲：成形体：点接触粘结阶段烧结颈长大阶段闭孔隙球化和缩小阶段烧结孔隙晶粒间界15/3烧结2、烧结炉举例：无锡住电（DDS供方）网式连续烧结炉BA700℃1120℃850℃160℃区1：预热区2：烧结区3：保温区4：冷却A口：进气B口：烟气排除16/3烧结3、烧结缺陷及改善措施烧结对最终产品的性能起着决定性作用，且烧结前的工序中的某些缺陷，在一定的范围内可以通过烧结工艺的调整加以纠正。（例如成型尺寸不良适当改变温度，调节升降温时间与速度等改变工件收缩比来纠正）NO.现状描述现象特征原因对策1粘附性积碳在烧结件的表面、底面或侧面出现黑色污点且不易擦掉脱蜡不当导致：1、预热带气氛气体露点太低2、预热带长度太短3、烧结件密度太高4、预热带温度不合适5、网带负载太大6、炉子温度曲线不正确1、提高预热带气氛气体的露点2、降低网速的负载与速度3、加长预热带4、安装快速烧除装置2颗粒状积碳烧结件上表面覆盖一层沉积的黑色碳粉，易擦除。润滑剂蒸气热分解所致：1、预热带气氛气体露点太低2、润滑剂蒸气进入了烧结带3、气氛气体前进的速度太慢4、由于设备通风，设备气氛气体曲线产生了偏移5、排气管设计不当1、加大气氛气体的总流量2、改变气氛气体的流动方向3、重新调整各个进气口的流量4、控制排气管通风的忽高忽低3烧结件严重氧化烧结件严重氧化（发黑），强度低1、氧气或水蒸气从炉的前端、后端或由于马弗泄漏而进入了烧结带2、进炉的气氛气体太湿3、炉两端压差不合适1、找出和修理氧化剂源2、可能需要较高的氢百分含量17/3烧结3、烧结缺陷及改善措施NO.现状描述现象特征原因对策4烧结件表面无光泽出炉的烧结件表面无光泽且粗糙，趋向于脱碳及硬度较低烧结件在预热带被氧化，随后在烧结带被还原：1、预热带气氛气体的露点太高2、空气从前端或马弗中的孔洞中进入预热带3、前端排气管的通风减低4、气氛气体曲线发生位移1、减少从前端的氧化2、解决排气系统的不平衡3、重新调整气氛气体的流动方向5烧结不充分烧结件强度低、硬度低级尺寸不合适1、烧结温度太低2、还原剂（H2、分解氨或吸热性煤气）量不够多3、烧结带气氛气体的露点太高4、烧结带气氛气体的O2含量高5、压坯密度不合适6、网带速度或保温时间不当1、测定和控制燃烧带气氛气体的露点和02含量2、测定和增高气氛气体的H2含量3、校验和改正网带速度或粉末组成6脱碳烧结件的硬度低或显微组织中珠光体的含量低1、烧结带气氛气体的露点高2、空气漏进炉内3、烧结点气氛气体的CO2含量高1、降低烧结带气氛气体的露点2、在缓冷带增加或添加天然气3、放置湿N2进入烧结带4、试着于石墨板上烧结5、销验和控制石墨的起始加入量6、校验生坯密度和长径比大且高的零件的密度变异18/3水蒸气处理（ST）1、水蒸气处理：处理前：亮银色处理后：蓝黑色作用：1）、提高粉末冶金件防锈能力；2）密闭孔隙。高温+水蒸气一定时间烧结体截面图19/3水蒸气处理（ST）2、过程说明：项目操作规范0-A产品吊入炉内，升温与A点（440°±10°）A-B440°±10°B-CB点加温至570°±10°C-D570°±10°加速反应D-断气、出炉冷却至室温影响ST膜（四氧化三铁生成因素）：温度、蒸汽量、水气比，过程中需严格控制。20/3水蒸气处理（ST）NO.不良内容原因对策1产品出炉后，外观虽呈蓝黑色，但表面粗糙无光泽，严重时表面附有一层黑色的附着物。1、反应时放热，导致局部炉温超过570℃，当蒸气量不足时，则生成FeO2、在大筐料中央和气流死角部位，蒸气供给不足，蒸气/氢气比值降低，FeO发生歧化反应生成Fe，进而被氧化腐蚀。1、严格控制蒸汽处理作业温度,凡出现上述现象的,应将炉温降低20~40。特别是井式炉测温点少,测温点并不一定指示炉膛最高温区,且炉内纵向和径向温度梯度大,故以降低温度防止出现高于570的高温区2、合理规划料筐结构，每一层料筐高度一般不要超过20~25cm,料筐之间应留有间隙(10mm左右),防止料筐内部产生气流死角。2产品表面呈暗红色，疏松易剥落，无防锈能力产品表面呈现疏松多孔的红色颗粒物,应该认定是Fe2O3。因为在铁的氧化物系中,唯有Fe2O3是疏松多孔的红色物质。在处理后期，反应速度变慢，此时若仍大量通入水蒸气，则会导致K值迅速增大，Fe3O4被氧化成Fe2O31、处理后期减少水蒸气的通入量2、处理时增加产品的数量3产品表面局部呈银灰色白色花斑状，似未发生氧化反应在蒸气处理前使用了切削液进行加工。蒸气处理时，残留的切削液阻碍了铁的氧化反应将进行加工后的产品进行冲洗，并立即风干或进行抛光处理4产品发脆，表面硬度提高很多，但强度下降低密度零件本身强度低,脆性大,而孔隙率高,氧化速度快,氧化增重高,导致硬度上升,产品发脆。这种零件在紧配安装或受到冲击载荷时,容易出现开裂从防锈功能考虑，应根据零件不同的密度，适当调整处理时间，并通过检验氧化增重来控制氧化程度。3、烧结缺陷及改善措施