金属工艺学电子教案（20）
【课题编号】
20-9.1
【课题名称】
粉末冶金材料
【教材版本】
郁兆昌主编．中等职业教育国家规划教材—金属工艺学（工程技术类）．第2版．北京：高等教育出版社，2006
【教学目标与要求】
－．知识目标
了解粉末的特点与工艺；粉末冶金材料性能及应用；硬质合金的分类、牌号、性能及应用。
二、能力目标
能根据切削材料的种类、性能与加工精度要求，初步学会选择刀具的硬质合金种类和牌号。
三、素质目标
初步了解粉末冶金的特点、工艺、粉末冶金材料的性能及应用；一般了解硬质合金的分类、牌号、性能及应用，初步学会选用硬质合金刀具。
四、教学要求
初步了解粉末冶金的特点、工艺、粉末冶金材料的性能及应用；一般了解硬质合金的分类、牌号、性能及应用。
【教学重点】
硬质合金的分类、牌号、性能及应用。
【难点分析】
粉末冶金材料（含硬质合金）的性能特点及应用。
【分析学生】
1．具有学习的知识基础。
2．具有学习的能力基础。
3．粉末冶金法是不同于金属熔炼铸造法的金属制品生产方法，有其性能特点和使用特点，以满足零件千姿百态使用条件对材料性能的需要。
【教学设计思路】
教学方法：讲练法、演示法、讨论法、归纳法。
【教学资源】
1．郁兆昌，潘展，高楷模研编制作．金属工艺学网络课程．北京：高等教育出版社，2005
2．郁兆昌主编．金属工艺学教学参考书（附助学光盘）．北京：高等教育出版社，2005 【教学安排】
2学时（90分钟）
教学步骤：讲授主要内容、讲授中穿插练习与设问，穿插讨论，最后进行归纳。
【教学过程】
一、复习旧课（15分钟）
1．简述
简述铜合金的种类、牌号和用途。
2．讲评作业批改情况；
3．提问：
题8-9.
二、导入新课
将金属或非金属粉末混合后压制成型，并在低于金属熔点的温度下进行烧结，利用粉末间原子扩散来使其结合的过程称为粉末冶金工艺，其制品被称为粉末冶金材料。随着科技发展对新材料的需求不断增长和粉末冶金技术的发展，粉末冶金材料的种类日益增多，在交通运输、轻工、精密机械及家用电器等方面得到广泛应用。
三、新课教学（70分钟）
1．粉末冶金的特点与工艺（30分钟）
教师讲授粉末冶金的特点、生产工艺过程、新技术。演示网络课程chapter9内容说明，粉末冶金应用，粉末冶金优点、粉末制备、粉末配料、压制成型、烧结等视频。
学生课堂练习：题9-1；9-2。教师巡回指导、设问、提问；学生回答、讨论；教师讲评。
2．硬质合金（25分钟）
教师讲授硬质合金的性能特点、分类、化学成分与性能。演示网络课程中硬质合金应用实例。
学生课堂练习：题9-5；9-7。教教师巡回指导、设问、提问；学生回答、讨论；教师讲评。
3．其他粉末冶金材料（15分钟）
教师讲授含油轴承材料、摩擦材料、铁基结构材料。演示网络课程多孔含油轴承应用实例、摩擦材料应用实例、粉末冶金耐高温材料应用实例等视频。
学生课堂练习：题9-8。教师巡回指导、设问、提问；学生回答、讨论；教师讲评。
四、小结（5分钟）
简述硬质合金的分类、牌号及应用。
五、作业布置
1．习题：
题9-4；9-9。
2．思考题
题9-3；9-6。
【板书设计】
参考相应的PPT文集。【教学后记】
转贴]粉末冶金生产的基本工艺流程 标签：转贴粉末冶金生产基本工艺流程时间：2008-11-26 21:23:53 点击：2803 回帖：0 上一篇：[转贴]金属磨损自修复抗磨剂的性下一篇：金相显微镜的外形尺寸图(图) 粉末冶金生产的基本工艺流程包括：粉末制备、粉末混合、压制成形、烧结及后续处理等。用简图表示于图7-1中。陶瓷制品的生产过程与粉末冶金有许多相似之处，其工艺过程包括粉末制备、成形和致密化三个阶段。 2．1 粉末制备 2．1．1 粉末制备 粉末是制造烧结零件的基本原料。粉末 的制备方法有很多种，归纳起来可分为机械 法和物理化学法两大类。 （1）机械法机械法有机械破碎法与液 态雾化法。 机械破碎法中最常用的是球磨法。该法 用直径10~20mm钢球或硬质合金对金属进行 球磨，适用于制备一些脆性的金属粉末（如 铁合金粉）。对于软金属粉，采用旋涡研磨 法。 雾化法也是目前用得比较多的一种机械 制粉方法，特别有利于制造合金粉，如低合 金钢粉、不锈钢粉等。将熔化的金属液体通 过小孔缓慢下流，用高压气体（如压缩空气） 或液体（如水）喷射，通过机械力与急冷作 用使金属熔液雾化。结果获得颗粒大小不同的金属粉末。图7-2为粉末气体雾化示意图。雾化法工艺简单，可连续、大量生产，而被广泛采用。
（2）物理化学法常见的物理方法有气相与液相沉 积法。如锌、铅的金属气体冷凝而获得低熔点金属粉末。 又如金属羰基物Fe(CO)5、Ni(CO)4等液体经180~250℃ 加热的热离解法，能够获得纯度高的超细铁与镍粉末， 称为羰基铁与羰基镍。 化学法主要有电解法与还原法。电解法是生产工业 铜粉的主要方法，即采用硫酸铜水溶液电解析出纯高的 铜。还原法是生产工业铁粉的主要方法，采用固体碳还 原铁磷或铁矿石粉的方法。还原后得到得到海绵铁，经 过破碎后的铁粉在氢气气氛下退火，最后筛分便制得所 需要的铁粉。图7-2 粉末气体雾化示意图 2．1．2 粉末性能 粉末的性能对其成形和烧结过程，及制品的性能都有重大影响，因而对粉末的性能必须加以了解。粉末的性能可分为物理性能、化学性能和工艺性能。物理性能有颗粒形状、粒度及粒度组成、密度、硬度、加工硬化性、塑性变形能力以及显微组织等；化学性能有化学成分；工艺性能有粉末的松装密度、流动性和压制性等。通常用下述几个主要性能来评价粉末的性能。 （1）颗粒形状、粒度及粒度组成 a．颗粒形状颗粒形状是决定粉末工艺性能的主要因素。用不同方法制造的粉末形状不同，如表7-2所示。颗粒的形状如图7-3所示。颗粒形状对粉末的压制成形和烧结都会带来影响。如表面光滑的粉末颗粒，其流动性好，对提高压坯的密度有利。但形状复杂的粉末，对提高制品的压坯强度有利，同时能促进烧结的进行。 表7-2 颗粒形状、松装密度与粉末生产方法的关系 粉末生产方法 粉末颗粒形状 松装密度g/cm3 粉末生产方法
公司制造的铁基粉末冶金零件执行标准与成分性能<一> GB/T14667.1-93 <二> MPIF-35
烧结铁和烧结碳钢的化学成分(%). 材料牌号Fe C F-0000 97.7-100 0.0-0.3 F-0005 97.4-99.7 0.3-0.6 F-0008 97.1-99.4 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0%。▲烧结铁-铜合金和烧结铜钢的化学成分(%). 材料牌号Fe Cu C FC-0200 83.8-98.5 1.5-3.9 0.0-0.3 FC-0205 93.5-98.2 1.5-3.9 0.3-0.6 FC-020893.2-97.9 1.5-3.9 0.6-0.9 FC-0505 91.4-95.7 4.0-6.0 0.3-0.6 FC-0508 91.1-95.4 4.0-6.0 0.6-0.9 FC-0808 88.1-92.4 7.0-9.0 0.6-0.9 FC-1000 87.2-90.5 9.5-10.5 0.0-0.3 烧结铁-镍合金和烧结镍钢的化学成分(%). 材料牌 号 Fe Ni Cu C FN-0200 92.2-99.0 1.0-3.0 0.0-2.5 0.0-0.3 FN-0205 91.9-98.7 1.0-3.0 0.0-2.5 0.3-0.6 FN-0208 91.6-98.4 1.0-3.0 0.0-2.5 0.6-0.9 FN-0405 89.9-96.7 3.0-5.5 0.2-2.0 0.3-0.6 FN-0408 89.6-96.4 3.0-5.5 0.0-2.0 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊
公司制造的铁基粉末冶金零件执行标准与成分性能 <一> GB/T14667.1-93 <二> MPIF-35 编辑版word
烧结铁和烧结碳钢的化学成分(%). 材料牌号Fe C F-0000 97.7-100 0.0-0.3 F-0005 97.4-99.7 0.3-0.6 F-0008 97.1-99.4 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0%。▲烧结铁-铜合金和烧结铜钢的化学成分(%). 材料牌号Fe Cu C FC-0200 83.8-98.5 1.5-3.9 0.0-0.3 FC-0205 93.5-98.2 1.5-3.9 0.3-0.6 FC-020893.2-97.9 1.5-3.9 0.6-0.9 FC-0505 91.4-95.7 4.0-6.0 0.3-0.6 FC-0508 91.1-95.4 4.0-6.0 0.6-0.9 FC-0808 88.1-92.4 7.0-9.0 0.6-0.9 FC-1000 87.2-90.5 9.5-10.5 0.0-0.3 烧结铁-镍合金和烧结镍钢的化学成分(%). 材料牌 号 Fe Ni Cu C FN-0200 92.2-99.0 1.0-3.0 0.0-2.5 0.0-0.3 FN-0205 91.9-98.7 1.0-3.0 0.0-2.5 0.3-0.6 FN-0208 91.6-98.4 1.0-3.0 0.0-2.5 0.6-0.9 FN-0405 89.9-96.7 3.0-5.5 0.2-2.0 0.3-0.6 FN-0408 89.6-96.4 3.0-5.5 0.0-2.0 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊 编辑版word
KISSsoft 03/2017 –教程12 精密机械中的行星齿轮组的选型 KISSsoft AG Rosengartenstrasse 4 8608 Bubikon Switzerland Tel: +41 55 254 20 50 Fax: +41 55 254 20 51 info@KISSsoft.AG www.KISSsoft.AG
目录 1目标 (3) 2打开 KISSsoft (3) 2.1打开软件 (3) 2.2打开“Planetary gear行星轮”计算模块 (3) 2.3基础设置 (4) 2.4设置约束 (4) 2.4.1定义材料 (5) 2.4.2定义计算方法和工况 (5) 2.4.3定义其余系数 (6) 2.5粗选型 (6) 2.6精细选型 (9) 2.7优化齿形 (14) 2.8现有教程 (18)
1 目标 选型出一个行星齿轮组，要求输入扭矩 450 Nmm （0.45 Nm），转速 10000 rpm。额定传动比 4.25。要求的工作寿命 20,000 小时，应用系数K A =1.25。 整体尺寸（齿圈的外直径）为35 mm，包括齿根圆和外直径之间3 mm的材料。齿轮使用粉末冶金制造。模数必须大于0.5 mm （由于制造要求）。因为齿轮并非使用滚齿加工，所以必须利用这个优点对齿形进行优化。本案例中使用的计算方法是由AGMA: 2101-D04定义的。 2 打开 KISSsoft 2.1 打开软件 在软件安装并激活之后，用户便可以启动KISSsoft。通常，用户可以通过点击“Start→Program Files→KISSsoft 03-2017→KISSsoft 03-2017”打开如下的用户界面： 图1.KISSsoft主界面 2.2 打开“Planetary gear行星轮”计算模块 在“Modules tree模块树”窗口中，双击“Planetary gear”标签来启动行星齿轮计算模块，如图2：
粉末冶金零件的切削加工 内容摘要：粉末冶金是一种以金属粉末为原料，用于烧结成形，制造金属摩擦材料和制品的工艺技术。目前，粉末冶金工业中主导性产品为粉末冶金机械零件和铁氧磁性材料。粉末冶金的机械零件生产主要集中在结构零件、滑动轴承、摩擦零件以及过滤元件、过孔性材料等几方面。 粉末冶金是一种以金属粉末(包括有非金属粉末混入状况)为原料，用于烧结成形，制造金属摩擦材料和制品的工艺技术。粉末冶金生产的材料、零件具有质优、价廉、节能和省材等特点，被广泛应用于汽车、电子、仪器仪表、机械制造、原子反应堆、特种高性能合金制造等工业领域，用途愈来愈广泛。粉末冶金材料的产品结构大体分为粉末冶金机械零件;铁氧体磁性材料。包括永生磁铁磁性材料和软磁铁磁性材料;硬质合金材料和制品;高熔点金属材料和难熔性金属材料;精细陶瓷材料和制品。 目前，粉末冶金工业中主导性产品为粉末冶金机械零件和铁氧磁性材料。粉末冶金的机械零件生产主要集中在结构零件、滑动轴承、摩擦零件以及过滤元件、过孔性材料等几方面。磁性材料则主要分为硬磁材料、软磁材料及磁介质材料3大类。软磁磁性材料生产主要为纯铁、铁铜磷相合金、铁镍合金、铁铝合金材料和制品。硬磁材料生产的主体则为铝镍铁合金、铝镍钻铁合金、钐钻合金、钕铁硼合金材料和制品的生产。而磁介质的生产主要集中在软磁材料和制品的生产。而磁介质的生产主要集中在软磁材料和电介质组合物制成的制品生产方面。随着需求的增加和产品范围的扩大，在该领域新技术的开发和利用愈来愈收到人们的关注。 粉末冶金工艺制造有许多重要独特的优点，如实现净成形，消除切削加工，还有采用粉末冶金工艺制造的零件，可以在零件中有意识留下残余的多空结构，提高零件自润滑和隔音效果，另外使用粉末冶金制造工艺能够生产用传统铸造工艺很难或者不可能制造的复杂合金零件。正由于这些优点，使用粉末冶金工艺制造的初衷之一是消除所有的加工，但是这个目标还没有达到。大多数的零件只是“接近最终形状”，还需要某种精加工。然而和铸件和锻件相比，粉末冶金零件很耐磨，难以加工，这也制约了冶金粉末工艺制造的推广应用。 性能 粉末冶金零件的性能，包括可加工性能，不仅和合金化学成分相关，而且和多孔结构的水平相关。许多粉末冶金制造的结构零件含孔率多大15~20%，用作过滤装置的零件的含孔率可能高达50%。而采用锻造或热离子压铸的粉末冶金的零件含孔率较低，只有1%或更少。后者在汽车和飞机制造应用中正变得特别重要，因为这种材料的零件具有更高的强度。
详细说明 改进前的设计 改进后的设计 1．应使压模中的粉末受到大致相等的压缩，并能顺利地从压模中取出模压成型的制品。在零件压制方向如有凸起或凹槽时，则粉末在压制时各部分的密实度不易一致，因此凸起或凹槽的深度以不大于零件总高度的１／５为宜，并有一定的拔模锥度 2．当由上向下压制的结构零件较长时，其中间部分和两端的粉末密实度差别比较大。所以在实际生产中，常现在其长度为直径的2.5～3.5倍，壁愈薄其长度与直径之比的倍数愈低 3．当零件的壁厚急剧变化或零件的壁厚悬殊时，零件各部的密度也相差很大，这样烧结时会引起尺寸变化和变形，应尽量避免 4．设计带有凸缘或台阶的零件，其内角应设计成圆角，以利于压制时凹模中粉末的流动和便于脱模，并可避免产生裂纹 5．尽量避免深窄的凹槽、尖角或薄边的轮廓，避免细齿滚花和细齿形因为这些结构装粉成型都很困难 6．避免尖边、锐角和切向过渡 7．零件只能设计成与压制方向平行的花纹，菱形的花纹不能成型，应避免 8．与压制方向垂直的孔（图a ）、径向凹槽（图b ）、内螺纹及外螺纹（图c ）、倒锥（图d ）、拐角处的退刀槽（图f ）等结构难以压制成型，当需要时可在烧结后进行切削加工 9．底部凹陷的法兰（图a ）、外圆中部的凸缘（图b ）不能压制成型。上部凹陷的法兰（图c ）为坯件，当埋头孔的面积小于压制面积的1倍左右，深度（H ）小于零件全高的1/4左右时，要作5°的拔梢（图d ）才可以成型
10．从模具强度和压制件强度方面的因素考虑，并从孔与外侧间的壁厚要便于装粉考虑，制品窄条部分的最小尺寸应有一定的限度 11．为了使凸模具有必要的刚度，使粉末容易充满型腔和便于从压模内取出制品，零件结构应避免尖锐的棱角，并适当增加横截面的面积 12．避免过小的公差 13．对于长度大于20mm 的法兰制作，法兰直径不应超过轴套直径的1.5倍，在可能条件下，应尽量减下法兰的直径，以避免烧结后的变形。法兰根部的圆角半径可参考右图的表，轴套壁厚（δ）与法兰边宽（b ）都必须大于1.5mm 设计阶梯形制件时，阶差不应小于直径的1/16，其尺寸不应小于0.9mm 轴套直径/mm <12 >12～25 >25～50 >50～65 >65 圆角半径/mm 0.8 1.2 1.6 2.4 >2.5 14．粉末冶金制件的端部最好不要有过锐棱角，并避免工具倒圆。倒角时尽可能留出0.2mm 左右的小平面，以延长凸模的寿命 在设计粉末冶金齿轮时，齿根圆直径应大于轮毂直径3mm 以上，以减小成型中的困难 15．在很多情况下，粉末冶金零件适于代替机械加工比较困难或加工劳动量大、材料利用率低的一些零件。在某些情况下，还可以代替一些本来需要加工后装配在一起的部件 需要装配的零件 不需装配的粉末冶金零件 16．当把铸件或锻件改为粉末冶金零件时，将粉末冶金零件上的凸部移到与其相配合的零件上，以简化模具结构和减少制造上的困难 用模锻或铸造，然后用机械加工法制造 用粉末冶金法制造
粉末冶金材料学 一、填空题 1、液相沉淀法在粉末冶金中的应用主要有以下四种：金属置换法、溶液气体还原法、从熔盐中沉淀法、辅助金属浴法。 2、多相反应一个突出特点就是反应中反应物间具有界面。按界面的特点，多相反应一般包括五种类型：固气反应、固液反应、固固反应、液气反应、液液反应。 3、雾化法制粉过程中，根据雾化介质对金属液流作用的方式不同，雾化具有多种形式：平行喷射、垂直喷射、互成角度的喷射。 从液态金属制取快速冷凝粉末有传导传热和对流传热两种机制，其中基于传导传热的方法有：熔体喷纺法、熔体沾出法；基于对流传热机制有：超声气体雾化法、离心雾化法、气体雾化与旋转盘雾化相结合的雾化法。 粉体颗粒粒度测定方法中的比表面粒径包括以下三种：吸附法、透过法、润湿热法。 钢的合金化基本原则是多元适量、复合加入。细化晶粒对钢性能的贡献是既提高强度又提高塑韧性。 7、在钢中，常见碳化物形成元素有Ti、Nb、V、W、Mo、Cr 按强弱顺序排列，列举5个以上）。钢中二元碳化物分为两类：rc/rM ≤
0.59为简单点阵结构，有MC 和M2C 型，其性能特点是硬度高、熔点高、稳定性好； rc/rM > 0.59为复杂点阵结构，有M3C 、M7C3 和M23C7 型。 8、选择零件材料的一般原则是力学性能、工艺性能、经济性和环境协调性等其它因素。 9、奥氏体不锈钢1Cr18Ni9晶界腐蚀倾向比较大，产生晶界腐蚀的主要原因是 在晶界上析出了Cr23C6 ，为防止或减轻晶界腐蚀，在合金化方面主要措施有加入Ti、Nb 等强碳化物形成元素、降低钢中的含C量。 10、影响铸铁石墨化的主要因素有化学成分、冷却速度。球墨铸铁在浇注时要经过孕育处理和球化处理。QT600-3是球墨铸铁。 11、对耐热钢最基本的性能要求是热强性、抗氧化性。 12、铁基固溶体的形成有一定规律，影响组元在置换固溶体中溶解情况的因素有：点阵结构、电子因素、原子半径。 13、提高钢淬透性的主要作用是获得均匀的组织，满足力学性能要求、 能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向。 14、钢的强化机制主要有固溶强化、位错强化、细晶强化、沉淀强化。其中细晶强化对钢性能的贡献是既提高强度又改善
1.粉末冶金技术的特点（优越性） 能制造熔铸法无法获得的材料和制品 1、难熔金属及其碳化物、硼化物和硅化物； 2、孔隙可控的多孔材料 3、假合金 4、复合材料；5 微、细晶（准晶）和过饱和固溶的块体金属和制品； 能制造性能优于同成分熔铸金属的粉末冶金材料 1、制造细晶粒、均匀组织和加工性能好的稀有金属坯锭； 2、制造成分偏析小、细晶、过饱和固熔的高性能合金； 具有高的经济效益 1、少无切削； 2、工序短，效率高； 3、设备通用性好，适合于大批量生产； 2.粉末冶金材料的分类 1、机械材料和零件； 2、多孔材料及制品； 3、硬质工具材料 4、电接触材料； 5、粉末磁性材料； 6、耐热材料； 7、原子能工程材料； 3.粉末冶金材料的孔隙产生过程及其存在形态 产生过程：颗粒间隙（松装粉末聚集体或粉末成形素坯）烧结形成孔隙。存在形态：开孔：与外表面连通的孔隙，半开孔：孔隙只有一端与外表面连通的孔隙，闭孔：与外表面不连通的孔隙，连通孔：互相连通的孔隙 4. 孔隙对材料性能影响的基本理论； 减小承载面积；应力集中剂（减小孔隙尺寸、孔隙球化、孔隙内表面圆滑处理能有效降低应力集中，从而提高强度和韧性）应力松弛剂：裂纹遇到孔隙后被磨钝，提高断裂水平 5.哪些力学性能对孔隙形状敏感：强度、弹性模量、延伸率、断裂韧性、冲击韧性、硬度 6. 提高粉末冶金材料密度的方法：复压复烧，溶浸、粉末冶金热锻 7.固溶强化机理：晶体中有合金元素，固溶原子与晶体中缺陷的交互作用，溶质元素使基体（溶剂）金属的塑性变形抗力、强度、硬度增大，延性和韧性降低 8.影响固溶度（合金溶解度）的因素：晶格因素，相对尺寸因素，化学亲和力，电子浓度因素 9.什么是金属材料热处理?将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以改变金属或合金的内部组织结构，使材料满足使用性能要求。 10.加热奥氏体化时影响粒度的因素：加热温度和保温时间，加热速度，合金元素，原始组织 11.刚冷却时等温转变的基本类型及对应组织结构的名称 共析钢等温转变：珠光体，贝氏体，马氏体；亚共析钢等温转变：奥氏体，铁素体，珠光体；过共析钢等温转变：奥氏体，渗碳体，珠光体 12.烧结钢热处理的工艺特点及注意事项 工艺特点：奥氏体化温度高：致密钢为AC+30～50℃，烧结钢为AC+100～200℃，密度的要求：烧结钢密度过低（＜6.0g/cm3）淬火无任何效果，淬透性比致密钢差 注意事项：(1)孔隙率＞10%易腐蚀，不能在盐浴中加热(2)表面热处理前应进行封孔处理：滚压、精整、或氮化、硫化处理 (3)加热时应气氛保护或添加保护性填料 (4)淬火介质不能用水。 13.烧结钢淬透性的影响因素：孔隙度，合金元素，氧、碳含量 14.身高结钢合金化的特点：1、孔隙的影响：密度低于6.5g/cm3，合金的强化作用很弱；2、某些强化效果好合金元素，如Cr、Mn易氧化，常以中间合金粉或预合金粉引入；3、铜和磷常用，4、烧结钢中常用的合金元素除碳外，主要有Cu、Ni、Mo、Cr、P等 15. C含量对烧结Fe-C系结构与性能的影响 珠光体随C含量而增大而增大，渗碳体随C含量而增大而增大强度有极大值，塑性（延伸率、断面收缩率）单调下降；由于碳分布不均匀，一般烧结钢显微组织为：珠光体+铁素体+少量渗碳体+孔隙+夹杂 16.常见烧结碳钢显微组织：铁素体，珠光体，渗碳体 17．影响烧结碳钢化合碳含量的因素：1、石墨加入量，2、烧结气氛3、烧结温度4、烧结时间5、氧含量
粉末冶金新技术在烧结齿轮中的应用 烧结齿轮的性能与粉末冶金工艺密切相关，不同工艺和技术路线生产的齿轮，性能差异很大，而粉末冶金技术的发展促进了烧结齿轮性能的提高和尺寸的稳定。文章作者根据其多年从事粉末冶金齿轮生产与科研的实践经验分析和评述了近年来发展起来的温压成形、高速成形、烧结硬化、高温烧结、熔渗和齿轮表面致密化等技术及其在齿轮制造中的应用，采用温压成形、高速成形、烧结硬化、高温烧结或溶渗等新技术配合表面数字化，可望同时实现高密度、低成本和高精度的齿轮生产。 作为传动系统重要零件的齿轮，一般都是通过机械加工法制成的。但是随着汽车工业的发展，对齿轮等零件的要求越来越高，在成本、交货日期和噪音等方面机加工齿轮难以满足要求；而粉末冶金则是项能制造形状复杂零件的技术，可以节料、节能、省工、优质，适合大批量生产，能满足汽车工业对零部件的要求。因此，粉末冶金工业与汽车工业密切相关。在美国，铁基粉末冶金零件的市场有70%以上属于汽车市场；而在国内，远未达到这个比例，据中国机协粉末冶金专业委员会2004年3月的统计，国内粉末冶金行业的汽车市场仅占19%。 对于汽车和其他工业而言，粉末冶金是生产高强度和形状复杂齿轮的有效工艺。目前，通过使用高性能的粉末成形、烧结和特殊的后加工，粉末冶金工艺已经可以生产出密度超过7．5 g／cm3的齿轮。这些技术的使用，已经成功地替代了机加工或其他方法加工的零件。粉末冶金工艺的成功，使机械工程师设计高性能和较低成本的零件成为可能。目前在汽车上使用的齿轮零件有同步器齿毂、离合器齿毂等，随着汽车工业的发展，必将对粉末冶金工业提出更高的要求。本文将从粉末冶金材料工艺和齿轮表面致密化等方面探讨粉末冶金工业的最新进展及其在齿轮生产中的应用，为机械工程师在设计齿轮时提供参考。 齿轮作为重要的传动零件，在汽车上起着关键的作用。齿轮的密度、硬度等与材料的性能及制备工艺息息相关。先进的压形技术提高了粉末压坯的密度，改进了粉末冶金制品的性能；同时，零件的尺寸精度可以获得提高，形状也可以更加复杂。温压技术的致密化主要通过在温压温度下铁粉颗粒的加工硬化速率降低和程度减轻，以及铁粉颗粒塑性变形阻力减小来实现的。此外，在成形过程中的颗粒重新排列，也可以使密度提高D]。目前已经制备出抗拉强度达1 500 MPa的烧结铁基零件。Ford汽车公司已将质量达1．2 kg的温压流体变速涡轮毂用在发动机上。温压工艺的关键在于以较低的成本制造出高性能的铁基粉末冶金零件，为汽车的零部件在性能与成本之间找到一个较佳的结合点。温压的优势在于：压坯密度和烧结密度高，压坯强度高，脱模压力低，弹性后效小。 瑞典开发了高速压制的工艺。这种工艺的开发使高密度和超过5 kg的大型粉末冶金零件的开发成为可能，它使粉末能在20 ms以内被压缩，而且在300 ms内多次压制还可以进一步提高密度。高速压制作为大批量的生产方法可以突破目前粉末冶金的局限性。传统压制成形要求高的成形压力，而成形压力又受到压机吨位的限制，高速压制则不受此限制。基于预合金化和扩散合金化的粉末密度可以达到7．4～7．7g／cm3，这种新型的制造技术最近引入到了粉末冶金行业。高速压制的致密化主要通过由液压控制的冲锤产生的强烈冲击波来实现，冲锤的质量和压制时的速度决定了冲击功的大小和致密化程度。由于采用液压控制，安全性能较高。通过合适的工艺控制，可以避免非轴向的反弹引起压坯的微观缺陷。 烧结硬化是将粉末冶金的烧结与提高材料性能的淬火热处理工序合二为一，以降低成本。烧结硬化工艺可以省去烧结后热处理工序，同时可以获得高强度和高硬度的性能，从而降低生产成本。此外，淬火时会产生高的残余内应力并且使零件发生变形，给控制零件尺寸公差带来困难。烧结硬化工艺，由于烧结后的冷却速度远低于淬火的冷却速度，因而可以使变形减少到最小。因此烧结硬化工艺适用于难以处理的大型以及形状复杂的零件。烧结硬化钢一般用来制造中高密度零件。一般情况下，烧结硬化铁粉的主要合金元素有钼、锰、铬、
牌号密度(g/cm3) Fe C Cu Ni Sn Cr Mo 其他合计SMF1010 6.2以上余1以下SMF1015 6.8以上余1以下SMF1020 7.0以上余1以下SMF2015 6.2以上余0.5～3 1以下SMF2025 6.6以上余0.5～3 1以下SMF2030 6.8以上余0.5～3 1以下SMF3010 6.2以上余0.2～0.6 1以下SMF3020 6.4以上余0.4～0.8 1以下SMF3030 6.6以上余0.4～0.8 1以下SMF3035 6.8以上余0.4～0.8 1以下SMF4020 6.2以上余0.2～1.0 1～5 1以下SMF4030 6.4以上余0.2～1.0 1～5 1以下SMF4040 6.6以上余0.2～1.0 1～5 1以下SMF4050 6.8以上余0.2～1.0 1～5 1以下SMF5030 6.6以上余0.8以下0.5～3 1～5 1以下SMF5040 6.8以上余0.8以下0.5～3 2～8 1以下SMF6040 7.2以上余0.3以下15～25 4以下SMF6055 7.2以上余0.3～0.7 15～25 4以下SMF6065 7.4以上余0.3～0.7 15～25 4以下SMF7020 6.6以上余1～5 1以下SMF7025 6.8以上余1～5 1以下SMF8035 6.6以上余0.4～0.8 1～5 1以下SMF8040 6.8以上余0.4～0.8 1～5 1以下SMS1025 6.4以上余0.08以下8～14 16～20 2～3 3以下SMS1035 6.8以上余0.08以下8～14 16～20 2～3 3以下SMS2025 6.4以上余0.2以下12～14 3以下SMS235 6.8以上余0.2以下12～14 3以下
公司制造的铁基粉末冶金零件执行标准与成分性能<一>G B/T14667.1-9 3
-35 240 390 260 1.0 25070 7.0 F-0008-50HT -65HT -75HT -85HT 380 450<0.5S 480 22HRC 60HRC 6.3 450520 <0.5 55028 60 6.6 520 590 <0.5 620 32 60 6.9 590 660 <0.5 690 35 60 7.1 烧结铁和烧结碳钢的化学成分(%). 材料牌号Fe C F-0000 97.7-100 0.0-0.3 F-0005 97.4-99.7 0.3-0.6 F-0008 97.1-99.4 0.6-0.9 注:用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0%。▲ 注:用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大烧结铁-铜合金和烧结铜钢的化学成分(%). 材料牌号Fe Cu C FC-0200 83.8-98.5 1.5-3.9 0.0-0.3 FC-0205 93.5-98.2 1.5-3.9 0.3-0.6 FC-020893.2-97.9 1.5-3.9 0.6-0.9 FC-0505 91.4-95.7 4.0-6.0 0.3-0.6 FC-0508 91.1-95.4 4.0-6.0 0.6-0.9 FC-0808 88.1-92.4 7.0-9.0 0.6-0.9 FC-1000 87.2-90.5 9.5-10.5 0.0-0.3 烧结铁-镍合金和烧结镍钢的化学成分(%). 材料牌 号 Fe Ni Cu C FN-0200 92.2-99.0 1.0-3.0 0.0-2.5 0.0-0.3 FN-0205 91.9-98.7 1.0-3.0 0.0-2.5 0.3-0.6 FN-0208 91.6-98.4 1.0-3.0 0.0-2.5 0.6-0.9 FN-0405 89.9-96.7 3.0-5.5 0.2-2.0 0.3-0.6 FN-0408 89.6-96.4 3.0-5.5 0.0-2.0 0.6-0.9 注:用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目 的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0% ⊙铁-铜合金和铜钢粉末冶金材料性能(MPIF-35) 材料编号最小强度(A)(E) 拉伸性能 横向 断裂 压缩 屈服 强度 (0.1%) 硬度 密度屈服极限极限强度 屈服强度 (0.2%) 伸长率 (25.4mm ) 宏观 (表 现) 微观 (换算 的) MPa MPa MPa % MPa MPa 络氏g/cm3 FC-0200-15 -18 -21 -24 100 170 140 1.0 310 120 11HR B N/A 6.0 120 190 160 1.5 350140 18 6.3 140 210 180 1.5 390 160 26 6.6 170 230 200 2.0 430 180 36 6.9 FC-0205-30 -35 -40 -45 210 240 240 <1.0 410 340 37HR B N/A 6.0 240 280 280 <1.0 520 370 48 6.3 280 340 310 <1.0 660 390 60 6.7
粉末冶金齿轮设计简介 作者：REVER 为帮助客户理解粉末冶金齿轮的特点，加深双方之间理解，便于双方沟通，特作如下介绍： 齿轮种类很多，目前广泛使用的是渐开线齿轮，所以以渐开线齿轮为例作简单介绍。 一．粉末冶金齿轮材料： 1．粉末冶金齿轮的材料适合于粉末冶金材料标准，粉末冶金材料有多种材料标准，多数国家和部分大公司都有自己的标准，由于日本和美国在粉末冶金的研究方 面走在世界前列，所以目前广泛采用的材料标准是JIS(日本)，MPIF(美国)两种 标准。 2．齿轮通常对强度都有一定的要求，故其选用材料的性能要好，目前齿轮使用较广泛的材料是Fe-Cu-C-Ni的材料，(其符合JIS SMF5030，SMF5040标准；符 合MPIF FN-0205，FN-0205-80HT标准)；也有厂家选择Cu，Fe-Cu-C材料。 ★在图纸材料一栏中要注明材料等级：如 JIS SMF5030。 注：在材料标准中包含了推荐的相应密度和硬度范围。 二．粉末冶金齿轮密度确定： 由于齿轮用于传动，对齿轮的强度要求较高，故要求产品的密度也较高(通常是齿轮密度越高则齿抗越高，强度越好)： 1．常温压制成形齿轮密度通常控制在6.60g/cm3 min OR 6.80 g/cm3 min。 2．温压压制成形齿轮密度通常控制在7.00g/cm3 min。 ★在图纸密度一栏中注明密度等级：如 6.6g/cm3 min。 三．粉末冶金齿轮硬度确定： 齿轮硬度与产品的材料、密度等级及后处理密切相关。以材料Fe-Cu-C-Ni 为例，其相应的硬度建议为： 1．密度6.6g/cm3 min 时： 1)．烧结态硬度控制在 HRB 40min； （FN-0205-20 烧结态硬度典型值为 HRB 44） 2)．水蒸汽处理硬度控制在 HRB 50min； 3)．渗碳处理硬度控制在HRC 20min； （FN-0205-80HT 渗碳处理硬度典型值为 HRC 23） 2．密度6.8g/cm3 min 时： 1)．烧结态硬度控制在 HRB55min； （FN-0205-25 烧结态硬度典型值为 59HRB） 2)．水蒸汽处理硬度控制在 HRB70min； 3)．渗碳处理硬度控制在HRC25min； （FN-0205-105HT 渗碳处理硬度典型值为 HRC 29） 3．密度7.0g/cm3 min 时： 1)．烧结态硬度控制在 HRB 65min； （FN-0205-30 烧结态硬度典型值为 HRB 69） 2)．渗碳处理硬度控制在HRC 30min； （FN-0205-130HT 渗碳处理硬度典型值为 HRC 33）
粉末冶金工艺及材料基础知识介绍 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。 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。 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。
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
M ATERIALS FOR S INTERED S TRUCTURAL C OMPONENTS AN D S ELF-LUBRICATING B EARINGS
2 The GKN Sinter Metals List of Materials provides an overview of PM alloys that are commonly used for powder metal structural components and self-lubricating bearings including selected material properties. Other compositons can be supplied by GKN Sinter Metals when agreed with sales and technology. Modifications and supplements to the list materials will be introduced without reference or notification. This does not refer to the duty of information on the current supply of parts. Additional information and refences are given in the brochures related to special processes or products and in the GKN Sinter Metals General Brochure. Remarks Referring to the Tables The tables are divided into the main sections “Admissible Range“ and “Informative Values“.Admissible ranges of density and porosity as well as the range of chemical composition are given in the left section. Also included are minimum hardness values that are attained even at the lowest possible density and with unfavourable chemical composi-tions within the admissible range. These hardness values can be verified on the finished components.The section on the right contains informative values of selected material properties representing a given specified density value and a certain chemical composition within the range specified in the section on the left. These properties should not be regarded as guaranteed properties in a legal sense. Informative property values have been determined on test bars (ISO 2740) in the as-sintered state; therefore they cannot be verified on the finished component. The use of micro tensile test bars cut out of a supplied component is not allowed nor can the tensile strenght be deducted from a hardness measurement. Many material properties are positively affected by subsequent sizing or heat treatment. It is strongly recommended to inquire the consequences of these processes on mechanical and physical properties as well as on part dimensions from the supplying plant. Determination of Properties Mechanical and physical properties stated in the tables haven been determined on the basis of Sint Test Standards (DIN 30910 Part 1, Part 3 and Part 4).Further details are given in DIN 30910 Part 1 Section 6. The chemical composition is determined according to the respective standards. Where these are not applicable, suitable test methods should be agreed.
主要钛产品生产工艺流程 成都工业学院材料工程学院邹建新 攀枝花学院材料工程学院彭富昌 1 钛产品生产原则流程 所有钛产品的最初原料都是含钛矿物，通常为钛铁矿。最终钛产品有两种，一是单质的金属钛，二是氧化物TiO2，前者作为结构性钛（合金）材料，广泛用于航空航天、海洋、化工及高档民用等领域，后者作为功能性钛白粉颜料，广泛用于涂料、造纸、塑料及电子等领域。钛铁矿经选矿工艺后成为钛精矿，钛精矿经熔炼为钛渣或经湿法冶金处理为人造金红石或富钛料，钛精矿或酸溶性钛渣作为硫酸法钛白的原料，与浓硫酸酸解后生产钛白粉，氯化钛渣或人造金红石经氯化后生成四氯化钛，再用镁高温还原生产海绵钛，海绵钛经高温熔融为钛锭，即可进一步加工成钛材。工艺流程如图1所示。 图 1 钛产品生产原则工艺流程 2 钛渣生产工艺 电炉熔炼钛渣的工艺流程包括：配料，制团（可选），电炉熔炼，渣铁分离，冷却炉前钛渣，破碎，磁选，获得成品高钛渣等步骤。钛精矿与碳还原剂一起置于高温电弧炉中熔炼，铁氧化物被还原为金属铁，余下部分为二氧化钛、氧化钙、氧化镁、二氧化硅的熔融混合物，冷却后即为钛渣。如图 2所示。其中的半钢是指电炉熔炼后获得的含碳较高的铁水。
图 2 电炉熔炼钛渣的原则工艺流程 3 硫酸法钛白粉的生产工艺 钛白生产方法包括如下三种：①硫酸法，可生产金红石型和锐钛型钛白；②氯化法，国内仅中信锦州钛业、云南新立、洛阳万基、漯河兴茂、攀钢在生产或在建，国外55%企业采用，只能生产金红石型钛白；③盐酸法，尚未产业化，新西兰曾进行试生产，国内不少学者也开展过实验研究。 生产钛白的硫酸法与氯化法各有优缺点，业界评价褒贬不一。硫酸法会产生绿矾和废酸，但可综合利用，氯化法产生的氯化废渣处理难度较大，一般只能深埋，国内攀钢集团已开发了一种可以有效回收利用氯化废渣的专有技术。硫酸法可生产锐钛型钛白，但氯化法不行。随着环保成本的增加，硫酸法钛白粉厂只要愿意增大资金投入，其“三废”污染问题是可以得到较好解决的。 硫酸法生产钛白是成熟的生产方法，使用的原料为钛精矿或钛渣，以及矿渣混合物。硫酸法钛白生产，实际上是一个通过分离、提纯等化学和物理方法，去除钛精矿（钛渣）中的杂质，只保留90%以上TiO2的一个化工过程。 硫酸法钛白生产的主要环节包括： ①酸解；②钛液水解；③偏钛酸盐处理；④偏钛酸煅烧；⑤钛白后处理。 生产钛白的原料：钛精矿或钛渣、硫酸（本节以钛精矿为例）。生产钛白的产品：金红石型钛白或锐钛型钛白，另外副产硫酸亚铁。硫酸法生产钛白主要由下列几个工序组成：原矿准备，用硫酸分解精矿制取硫酸钛溶液，溶液净化除铁，由硫酸钛溶液水解析出偏钛酸，偏钛酸煅烧制得二氧化钛以及后处理工序等。原则工艺流程如图 3所示。
粉末冶金常识 1.粉末冶金常识之什么是粉末冶金 粉末冶金是一门制造金属粉末，并以金属粉末（有时也添加少量非金属粉末）为原料，经过混合、成形和烧结，制造材料或制品的技术。它包括两部分内容，即：(1)制造金属粉末（也包括合金粉末，以下统称"金属粉末"）。 (2)用金属粉末（有时也添加少量非金属粉末）作原料，经过混合、成形和烧结，制造材料（称为"粉末冶金材料"）或制品（称为"粉末冶金制品"）。 2、粉末冶金常识之粉末冶金最突出的优点是什么 粉末冶金最突出的优点有两个： (1)能够制造目前使用其他工艺无法制造或难于制造的材料和制品，如多孔、发汗、减震、隔音等材料和制品，钨、钼、钛等难熔金属材料和制品，金属-塑料、双金属等复合材料及制品。 (2)能够直接制造出合乎或者接近成品尺寸要求的制品，从而减少或取消机械加工，其材料利用率可以高达95%以上，它还能在一些制品中以铁代，做到了"省材、节能"。 粉末冶金件 3、粉末冶金常识之什么是"铁基"什么是铁基粉末冶金 铁基是指材料的组成是以铁为基体。铁基粉末冶金是指用烧结（也包括粉末锻造）方法，制造以铁为主要成分的粉末冶金材料和制品（铁基机械零件、减磨材料、摩擦材料，以及其他铁基粉末冶金材料）的工艺总称。 4、粉末冶金常识之用于粉末冶金的粉末制造方法主要有哪几类 粉末制造方法主要有物理化学法和机械粉碎法两大类。前者包括还原法、电解法和羰基法等；后者包括研磨法和雾化法。 5、粉末冶金常识之用还原法制造金属粉末是怎么回事 该法是用还原剂把金属氧化物中的氧夺取出来，从而得到金属粉末的一种方法。 6、粉末冶金常识之什么叫还原剂 还原剂是指能够夺取氧化物中氧的物质。制取金属粉末所用的还原剂，是指能够除掉金属氧化物中氧的物质。就金属氧化物而言，凡是与其中氧的亲合力大于这种金属与氧的亲合力的物质，都称其为这种金属氧化物的还原剂。 7、粉末冶金常识之粉末还原退火的目的是什么 粉末还原退火的目的主要有以下三个方面：（1）去除金属粉末颗粒表面的氧化膜；（2）除掉颗粒表面吸附的气体和水分等异物；（3）消除颗粒的加工硬化。 粉末冶金工艺流程图 8、粉末冶金常识之用于粉末冶金的粉末性能测定一般有哪几项 用于粉末冶金的粉末性能测定一般有三项：化学成分、物理性能和工艺性能。9、用于粉末冶金的粉末物理性能主要包括那几项