铁基粉末冶金零件的蒸汽处理
关键词:粉末冶金蒸汽处理铁基零件铁基粉末冶金零件的蒸汽处理
摘要：蒸汽处理在铁基粉末冶金零件生产中得到了广泛应用。
本文论述了铁基粉末冶金零件蒸汽处理的优点、机理、工艺流程以及零件在蒸汽处理后的检测方法和标准，并对常见的问题进行分析和提出相应的解决措施。
关键词粉末冶金,蒸汽处理,铁基零件本论文已公开刊出，如需引用或参考，请注明出处：
李其龙, 徐伟, 董吉宝, 段聪翀, 张东.铁基粉末冶金零件的蒸汽处理.现代制造技术与装备专刊即2012第十四届华东五省一市粉末冶金交流会.2012：58-61.
作者简介：李其龙，男，硕士学历，主要从事材料科学与机械加工方面的研究。Email：li-qilong@https://www.doczj.com/doc/f811980905.html,
1．引言粉末冶金工艺可以用来制造多种材料的零件[1-4]，而铁基零件又是主要产品，在汽车、农机、仪表、家电等行业中均有使用，既可以作为减摩零件使用，比如含油轴承，也可以作为结构零件使用，比如齿轮、转子等。粉末冶金生产工序通常包括制粉、混粉、压制、烧结等[5]，工业制造铁基粉末冶金零件，此外，高温水蒸汽处理，简称蒸汽处理，也是大部分零件中所必经的工序，它是对粉末冶金件的后续表面热处理，可以提高或改善零件的性能，比如硬度、气密性、耐磨性和耐腐蚀性等。为了使蒸汽处理更好的服务于生产，本文根据作者对蒸汽处理的理解和在实践中的一些经验总结，就蒸汽处理的优点、机理、工艺流程、质量检测以及常见问题和解决措施进行分析讨论。
2．蒸汽处理工艺的优点在用粉末冶金工艺开发铁基零件过程中，传统的压制-烧结工艺制造的零件，一次压制密度一般在7.0g/cm3左右，即相对密度在90%左右，采用复压-复烧工艺和温压工艺制造的零件，相对密度一般都在92%～94%之间，即粉末冶金零件不可避免的存在着空隙，蒸汽处理一个很重要的目的就是封孔作用。对于制冷压缩机用粉末冶金零件来说，蒸汽处理已经成为对其封孔，增加其气密性的最好、最经济的工艺，比如连杆式压缩机中的活塞，要求能承受1.5～3.0MPa的气体压力不发生泄漏，蒸汽处理封孔仅是渗铜封孔处理的15%和氟塑料封孔处理的30%左右[6]。为进行蒸汽处理的零件在使用和放置过程中，环境中的水汽和一些腐蚀介质容易吸附在表面和入浸到内部，在不均匀组织之间产生微电池腐蚀，导致零件较容易的生锈和被腐蚀，蒸汽处理防腐蚀的有效期比化学发蓝处理明显增加[7]。蒸汽处理，即把铁基零件放置在加热炉中，在一定温度下，向炉中通入一定量的过饱和水蒸汽，在零件的周围就存在着大量水蒸汽，凡是接触到蒸汽的表面铁原子，包括外表面和连通空隙的内表面，就会发生氧化反应，生成一层氧化物膜，这层氧化物膜的主要成分是Fe3O4，Fe3O4属体心立方系，密度5.16g/cm3，故Fe3O4比铁的容积比大，使零件的内部连通空隙封闭，达到封孔的目的，增加零件的气密性。由于该氧化物膜和覆盖在零件的基体表面，非常致密牢固的黏附着，导致环境中的水汽和腐蚀介质难以进入零件内部，到达良好的防锈功能。由于Fe3O4的硬度很高，纯Fe3O4的洛氏硬度为50HRC左右，处理后的零件的表观硬度到达60HRB以上，有利于提高零件基体的表面硬度、耐磨性、抗磨损能力，抗拉强度也可以得到提高，文献[8]显示，蒸汽处理后，铁基材料的抗拉强度提高40-50%。蒸汽处理后的零件，上乘的处理结果是零件外观颜色呈现出非常光滑美观的蓝黑色金属光泽，这种颜色，人眼看上去是比较舒适的，在分拣、包装产品时，不容易产生视觉疲劳。蒸汽处理前后对零件尺寸影响不大，氧化物层深度可能在0.51～1.27mm[9]，尺寸一般增加约0.005～0.01mm[10]，在技术和装置都没有苛刻的要求，企业较容易满足其处理条件，处理时对环境没有污染，能耗不高，经济环保。 3．蒸汽处理机理 Fe在不同的条件下，可能会
生成三种氧化物，即FeO、Fe2O3、Fe3O4，FeO不稳定，且具有多孔结构，Fe2O3是非常疏松的氧化物，它们两者与铁基体的结合力都不强，不利于提高零件的硬度、气密性等，蒸汽处理应避免其生成，Fe3O4是一种硬质化合物，是蒸汽处理所希望得到的氧化物。影响蒸汽处理的关键参数有：蒸汽处理温度即炉中的温度、保温时间和通入炉中的水蒸汽量，根据零件的工艺要求，通过控制这三个参数来控制蒸汽处理的质量。令H2O%/H2%=K，K即是水汽平衡常数，在570℃上下和不同的蒸汽量可能会发生下面5个可逆反应[6]：570℃以下，3Fe+4H2O?Fe3O4+4H2反应①
570℃以上，K值较低：Fe+H2O?FeO+H2反应②
570℃以上，K值较高：3FeO+H2O?Fe3O4+H2反应③
570℃以下,③未完成：4FeO→Fe3O4+Fe反应④
K值很大时：2 Fe3O4+H2O?3Fe2O3+H2反应⑤
若蒸汽处理按反应①进行，蒸汽与铁基材料发生反应生成一种粘附性的兰黑色氧化物，即Fe3O4，此是蒸汽处理时的理想反应，是我们想要得到的，例如在550℃，K=0.5时，即发生该反应。反应②是在温度超过570℃，在蒸汽量较低时发生，反应③是在反应②的基础上发生的，我们单从反应结果上看，都生成了Fe3O4和H2，两者没有什么不同，但实际是不同的，由于FeO与铁基体的结合力较弱，在此基础上生成的Fe3O4难以牢固的黏附于基体上，若反应②生成的FeO没有进一步发生反应③生成Fe3O4，在降温时570℃以下会发生反应④，这种结果同样也达不到蒸汽处理的目的。当K值很大时，比如500℃，K=19，可能会发生反应⑤，生成的Fe3O4可能会进一步反应生成Fe2O3。 4．蒸汽处理工艺流程蒸汽处理的工艺流程一般为：1)抛光-2)除油污-3)清水洗-4)烘干-5)蒸汽处理-6)浸油-7)送检。除油污包括超声波清洗、除锈清洗等，有些零件还有煮油，煮油的目的是清除零件内部的水分，防止有些零件生锈。有些流程根据实际情况可以省去，1～4为前处理，前处理主要目的是除去零件的表面油污、铁锈、切削液、抛光液等，增加表面活性，是为了保证蒸汽处理的质量，6是后处理，主要目的是防锈，7是对结果进行检验，确保零件蒸汽处理的结果符合要求。蒸汽处理的具体过程是：将适量工件放入夹具内，在炉温达到350～370℃时装入炉中，10～15min后（估计工件的温度在150℃以上，以避免蒸汽凝结）通电加热，随即通入蒸汽，这时，应完全打开排气阀，进气压保持在0.2～0.3MPa，以便排除炉膛中的空气，排气10～15min，调节排气阀，提高炉膛蒸汽压力到0.3～0.5MPa，进气压力相应地提高到0.4～0.6MPa，然后直接升温到540～570℃，保温60～200min，保温时间根据装炉量的多少和经验确定。保温时蒸汽压力保持不变。保温完毕，应立即打开排气阀，进气压力可适当加大，断电，炉冷到300℃，停止输入蒸汽，出炉空冷。如果装炉量较大，一次处理出来的氧化膜颜色较浅，可采取两次蒸汽处理，以加深颜色，提高表面质量。要注意的操作事项有：首先装料必须合理，这是保证处理质量的前提，然后是清洗去油污必须干净，最后一道水清洗，水必须呈中性水质，接着是清洗后的入炉过程，操作必须迅速，通入蒸汽量要大，再次在通入蒸汽前，必须先排除管道中的污水，避免沾在零件上造成缺陷，最后为了保证安全，出炉时，最好将蒸汽，电源切断，然后出炉。
5．蒸汽处理质量检测蒸汽处理后的零件表面已经生成了一层氧化膜，为了保证膜的质量，应对其进行质量检测，包括外观检测、耐磨性检测、抗腐蚀性检测等，检测合格的零件按照工艺要求处理，不合格的零件，分析其发生的原因，再次进行抛光等处理，重新蒸汽处理。外观检验是在光线充足的条件下，用眼睛观察，零件表面呈均匀的黑色或微带蓝的黑色，但由于零件化学成分及蒸汽处理的时间温度不同，颜色也会略有不同。所有零件表面不允许有未氧化的部位、花斑、锈斑、附着的沉淀物、红色附着物，不允许零件表面上出现腐蚀，可以参照《电镀手册》、《黑色金属化学保护层的外观》等。零件蒸汽处理后，检测时应按GB/T 12609 -2005《电沉积金属覆盖层和相关精饰计数检验抽样程序》从检查批中随
机抽取样品，氧化膜质量的检测是根据零件的使用条件及客户的要求，根据相关标准进行检测的，均匀度及膜层厚度可以采用扫描电子显微镜测试；耐磨性可以使用NOS-ISO壹型磨耗试验机，采用Q/OJS0001－1995标准；结合力也称氧化膜疏松度，可以用5%中性硫酸铜滴在去油后的工件光滑表面，以在15min内不显示铜色为合格，粗糙面及边缘棱角处则以5分钟内不显示铜色为合格；耐腐蚀性采用盐雾试验[11]，在25℃下，用0.05%氯化钠水溶液作为腐蚀剂，30 min喷一次盐雾；可以参考的标准有：GB/T 15519-2002《化学转化膜钢铁黑色氧化膜规范和实验方法》、兵工民品行业标准WJ 535-2007《炮弹、火箭弹、导弹、引信、火工品钢零件碱性氧化膜层规范》和WJ 534-2007《炮弹、火箭弹、导弹、引信、火工品钢零件加热氧化膜层规范》、航空工业行业标准HB 5062-1996《钢铁零件化学氧化(发蓝)膜层质量检验》、GB5936-1986《轻工产品黑色金属化学保护层的测试方法》、美国国防部军标MID-DLT-13924D标准、德国DIN50938标准等。
6．常见问题和解决措施粉末冶金方法生产零件，每一道工序都要对其进行检验，不合格的产品绝不流入下道工序，蒸汽处理也不例外。检验处理后的零件，通常会出现一些质量问题，下面对常见的质量问题的原因进行分析，并提出对应的解决措施，表1是对其进行归纳总结。表1蒸汽处理铁基粉末冶金常见问题及解决措施出现的质量问题可能的原因分析对应的解决措施零件脆性增加，强度降低蒸汽处理时间较长，氧化层较厚减少蒸汽处理时间蒸汽压偏大，速度加快，氧化膜较厚减少蒸汽压力部分零件表面附有锈迹炉内零件受热不均匀，蒸汽与部分零件没有良好的接触减少装炉量，或减少料框的装填量，或增加料框的直径（井式炉），或改善蒸汽通入方式零件氧化膜呈暗红色，甚至疏松多孔蒸汽压较大，有过多Fe2O3生成增加装炉量，或减少蒸汽压力局部温度过高，有过多Fe2O3生成降低温度，或改善加热方式零件表面有花斑，或者氧化层不均匀蒸汽处理前零件表面受到污染，残存有油污、切削液、抛光液等增加抛光处理，清洗，烘干等工序蒸汽处理经验需要长期摸索和累积，除了表1中列出的因素外，在蒸汽处理过程中还要注意以下细节，才能保证零件的合格率。比如蒸汽处理时，其它条件完全一样，产品堆放方式不同，蒸汽处理的效果就可能不一样。产品堆放有两种情况：排列有序和随意堆放。排列有序就是要根据产品的大小和形状设计相应的装料工装，产品分层摆放、相互之间留有一定的间隙，为蒸汽处理质量的一致性和均匀性提供了保障，还可以避免产品相互间的磕碰。随意堆放就是将产品装入一个框篮内，产品摆放位置、相互之间间隙不确定，对炉内蒸汽流动方式和温度均匀性就会产生差别，故对产品蒸汽处理的效果就会不一样。其二，蒸汽压力和流量的影响。在实际连续生产中，温度基本上是设定不变的，一般在550℃-570℃范围，电器自动控制，是相对稳定的；蒸汽一般采用蒸汽发生器产生，进气压力会有一定的波动，比如设定的是0.40MPa，一般会在0.25～0.45MPa之间波动，它是蒸汽发生器本身决定的；控制蒸汽的进气流量，比如进气流量要求是6m3/h，实际上会有一定的波动和误差，减小进气流量的波动误差，可选择合适量程的仪表、提高仪表如压力表、流量计的精度来解决；要想减小蒸汽压力和流量的波动范围，应采用加大蒸汽发生器的功率和容量来保证。同时要确保炉体的密封，通常会因为炉盖边缘的翘曲、炉沿的不平整影响炉盖压紧，造成蒸汽从边缘冒出，炉内气压不稳定。还有就是装炉量，这是需要很准确控制的。由于通常生产过程中制订的蒸汽处理工艺是不变的，如果每次装炉量不同，会导致蒸汽处理产品的质量不一样。装炉量过多和过少，都会使产品表面色泽不一样，甚至出现有部分产品表面发红、尺寸不一致等质量问题，这是由于装炉量不同导致蒸汽与产品接触面积、加热速度、炉内气氛成分的变化造成的。总的来说，就是产品要排列有序，减小蒸汽压力和流量误差，准确控制装炉量，就能较好的控制产品不出现质量问题。
7、总结本文论述了铁基粉末冶金零件蒸汽处理的优点、机理、工艺流程、处理后的质量检测方法和检测标准，并对蒸汽处理可能出现的质量问题进行分析，提出了相应的解决措
施。文中提供的内容可供相关技术和操作人员作参考。参考文献 [1]徐伟,尹延国,田清源.铁基粉末冶金齿轮泵侧板摩擦学性能研究[J].粉末冶金工业,20011,21(3):20-23.
[2]钟涛生,邹伟,付求涯.用粉末冶金法制备Cf-Al复合材料研究[J].热处理,2009,24(6):53～55. [3]李其龙,金之铂,石景罡,詹斌,刘宁.NiTi短纤维对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响[J].硬质合金,2010,27(6):326-～331. [4]陈顺民,张庆,祝新发.粉末冶金高速钢的特性、热处理工艺及应用[J].热处理,2008,23(2):14～16. [5]李其龙.Ti(C,N)基金属陶瓷中应力诱发马氏体相变强韧化机理研究[D].合肥工业大学硕士学位论文,2011. [6]周作平,申小平.粉末冶金机械零件实用技术[M].北京:化学工业出版社, 2006. [7]邵琦,刘建韬.蒸汽法在粉末冶金制品表面防腐处理方面的应用[J].新技术新工艺,1997,5:42～45. [8]王成福.铁基粉末冶金材料的合金化与热处理[J].机械工程材料,1979,5:46-48. [9]韩凤麟.中国模具工程大典第6卷粉末冶金零件模具设计[M].北京:电子工业出版社, 2007. [10]夏永红.铁基粉末冶金零件蒸汽处理中常见的质量问题及其解决措施[J].粉末冶金工业,2005, 15(4):29～32. [11]邵瑞.铁基粉末冶金配流盘蒸汽处理表面发红质量问题分析[J].湖南有色金属,2009,25( 5):68～70.
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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
浅谈粉末冶金材料的热处理工艺的分析与研究 发表时间：2019-04-30T14:04:43.727Z 来源：《基层建设》2019年第5期作者：罗艳归[导读] 摘要：粉末冶金材料在现代工业中的应用越来越广泛，特别是汽车工业、生活用品、机械设备等的应用中，粉末冶金材料已经占有很大的比重。 国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心摘要：粉末冶金材料在现代工业中的应用越来越广泛，特别是汽车工业、生活用品、机械设备等的应用中，粉末冶金材料已经占有很大的比重。它们在取代低密度、低硬度和强度的铸铁材料方面已经具有明显优势，在高硬度、高精度和强度的精密复杂零件的应用中也在逐渐推广，这要归功于粉末冶金技术的快速发展。全致密钢的热处理工艺已经取得了成功，但是粉末冶金材料的热处理，由于粉末冶金材 料的物理性能差异和热处理工艺的差异，还存在着一些缺陷。各铸造冶炼企业在粉末冶金材料的技术研究中，热锻、粉末注射成型、热等静压、液相烧结、组合烧结等热处理和后续处理工艺，在粉末冶金材料的物理性能与力学性能缺陷的改善中，取得了一定效果，提高了粉末冶金材料的强度和耐磨性，将大大扩展粉末冶金的应用范围。粉末冶金材料在现代工业中的应用越来越广，在取代锻钢件的高密度和高精度的复杂零件的应用中，随着粉末冶金技术的不断进步也取得了快速发展。但是由于后续处理工艺的差异，其物理性能和力学性能还存在着一些缺陷，本文就针对粉末冶金材料的热处理工艺进行简要阐述分析，并分析其影响因素，提出改善工艺的策略。 关键词：粉末冶金材料；热处理；密度；强度；淬透性；碳氮共渗 一.前言 粉末冶金材料在现代工业中的应用越来越广泛，特别是汽车工业、生活用品、机械设备等的应用中，粉末冶金材料已经占有很大的比重。它们在取代低密度、低硬度和强度的铸铁材料方面已经具有明显优势，在高硬度、高精度和强度的精密复杂零件的应用中也在逐渐推广，这要归功于粉末冶金技术的快速发展。全致密钢的热处理工艺已经取得了成功，但是粉末冶金材料的热处理，由于粉末冶金材料的物理性能差异和热处理工艺的差异，还存在着一些缺陷。各铸造冶炼企业在粉末冶金材料的技术研究中，热锻、粉末注射成型、热等静压、液相烧结、组合烧结等热处理和后续处理工艺，在粉末冶金材料的物理性能与力学性能缺陷的改善中，取得了一定效果，提高了粉末冶金材料的强度和耐磨性，将大大扩展粉末冶金的应用范围。 二.粉末冶金材料的热处理工艺 粉末冶金材料的热处理要根据其化学成分和晶粒度确定，其中的孔隙存在是一个重要因素，粉末冶金材料在压制和烧结过程中，形成的孔隙贯穿整个零件中，孔隙的存在影响热处理的方式和效果。粉末冶金材料的热处理有淬火、化学热处理、蒸汽处理和特殊热处理几种形式： 1.淬火热处理工艺 粉末冶金材料由于孔隙的存在，在传热速度方面要低于致密材料，因此在淬火时，淬透性相对较差。另外淬火时，粉末材料的烧结密度和材料的导热性是成正比关系的；粉末冶金材料因为烧结工艺与致密材料的差异，内部组织均匀性要优于致密材料，但存在较小的微观区域的不均匀性，所以，完全奥氏体化时间比相应锻件长50%，在添加合金元素时，完全奥氏体化温度会更高、时间会更长。比如，以不同化合碳含量的烧结碳钢为例，淬火温度如表1所示，在粉末冶金材料的热处理中，为了提高淬透性，通常加入一些合金元素如：镍、钼、锰、铬、钒等，它们的作用跟在致密材料中的作用机理相同，可明显细化晶粒，当其溶于奥氏体后会增加过冷奥氏体的稳定性，保证淬火时的奥氏体转变，使淬火后材料的表面硬度增加，淬硬深度也增加。另外，粉末冶金材料淬火后都要进行回火处理，回火处理的温度控制对粉末冶金材料的的性能影响较大，因此要根据不同材料的特性确定回火温度，降低回火脆性的影响，一般的材料可在175-250℃下空气或油中回火0.5-1.0h。 2.化学热处理工艺 化学热处理一般都包括分解、吸收、扩散三个基本过程，比如，渗碳热处理的反应如下： 2CO≒[C]+CO2（放热反应） CH4≒[C]+2H2（吸热反应）碳分解出后被金属表面吸收并逐渐向内部扩散，在材料的表面获得足够的碳浓度后再进行淬火和回火处理，会提高粉末冶金材料的表面硬度和淬硬深度。由于粉末冶金材料的孔隙存在，使得活性炭原子从表面渗入内部，完成化学热处理的过程。但是，材料密度越高，孔隙效应就越弱，化学热处理的效果就越不明显，因此，要采用碳势较高的还原性气氛保护。根据粉末冶金材料的孔隙特点，其加热和冷却速度要低于致密材料，所以加热时要延长保温时间，提高加热温度。 粉末冶金材料的化学热处理包括渗碳、渗氮、渗硫和多元共渗等几种形式，在化学热处理中，淬硬深度主要与材料的密度有关。因此，可以在热处理工艺上采取相应措施，比如：渗碳时，在材料密度大于7g/cm3时适当延长时间。通过化学热处理可提高材料的耐磨性，粉末冶金材料的不均匀奥氏体渗碳工艺，使处理后的材料渗层表面的含碳量可达2%以上，碳化物均匀分布于渗层表面，能够很好地提高硬度和耐磨性能。 3.蒸汽处理 蒸汽处理是把材料通过加热蒸汽使其表面氧化，在材料表层形成氧化膜，从而改善粉末冶金材料的性能。特别是对于粉末冶金材料的表面的防腐，其有效期比发蓝处理效果明显，处理后的材料硬度和耐磨性明显增加。 4.特殊热处理工艺 特殊热处理工艺是近些年来科技发展的产物，包括感应加热淬火、激光表面硬化等。感应加热淬火是在高频电磁感应涡流的影响下，加热温度提升快，对于表面硬度的增加有显著效果，但是容易出现软点，一般可以采取间断加热法延长奥氏体化时间；激光表面硬化工艺是以激光为热源使金属表面快速升温和冷却，使奥氏体晶粒内部的亚结构来不及回复再结晶而获得超细结构。 三.粉末冶金材料热处理的影响因素分析 粉末冶金材料在烧结过程中生成的孔隙是其固有特点，也给热处理带来了很大影响，特别是孔隙率的变化与热处理的关系，为了改善致密性和晶粒度，加入的合金元素也对热处理有一定影响： 1.孔隙对热处理过程的影响
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
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
毕业设计（论文） 题目:粉末冶金及模具设计 专业:数控应用技术 班 成都电子机械高等专科学校
二〇〇七年六月 摘要 本文主要围绕粉末冶金及模具设计开展了以下几方面的研究 1、在粉末冶金技术的特点及其在新材料中的作用进行研究，重点介绍了粉末冶金在工业中的重要性及其压制步骤。 2、在粉末冶金工艺中，根据产品的要求选择金属粉末或非金属粉末为原材料来压制。 3、在粉末冶金模具设计原理方面，本文重点围绕精整模具设计进行研究，归纳、总结并提出了精整模具三个关键零部件(芯棒、模冲、阴模)。
关键词：粉末冶金粉末冶金模具精整 Abstract This text was main circumambience powder metallurgy and molding tool design to open an exhibition the following several aspect of research 1,carry on research in the new function within material in the characteristics of technique of the powder metallurgy and it,point introduction the powder metallurgy is in the industry of importance and
it inhibit a step。 2,in the powder metallurgy the craft,according to the metals powder of the request choice or nonmetal powder of product for original material to inhibit。 3,at the molding tool design of the powder metallurgy principle,this text point around Jing's whole molding tool design carry on research and induce,summary and put forward Jing the whole key with three molding tool zero partses(Xin stick,mold blunt,Yin mold)new of classification method。 Key Words:Craft and material of the powder metallurgy Powder metallurgy molding tool The Jing is whole
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
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。
粉末冶金零件毛刺产生原因及去除技术 粉末冶金是绿色制造技术，具有高质量、高效率、低成本的特点，已广泛应用于机械、电子、自动化和航空航天等领域。随着工业化和自动化水平的提高，对机械零件的制造精度要求越来越高，使用条件要求越来越苛刻，毛刺逐渐引起高度重视，去除毛刺成为零件加工过程中的关键工序。 1毛刺产生原因 毛刺的产生与零件的设计和制造方法有很大关系。粉末冶金是以金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合）作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料及各种类型制品的工艺过程。粉末零件压制模具的设计、安装粉坯成形过程，将直接影响到粉末冶金零件的表面质量。 1、模具结构 粉末冶金模具一般包括4部分，例如用于制作压溃强度试样的成形模具，即由上模冲、下模冲、芯棒、阴模组成，如图1所示。 2、毛刺产生的原因 （1）模具的间隙 粉末冶金技术是一种金属粉末模压成形技术，模具的阴模与模冲、模冲与芯棒之间的相对滑动必然存在配合间隙，当金属粉末或精整烧结坯件在模具中受到压力而成形时，会产生流动或塑性变形。成型件在模具配合间隙处，产生的填充效应，是造成毛刺的根本原因。当间隙在0.008mm左右时，零件的直线、棱角部分会出现毛刺；当模具间隙达0.002mm 时，就易出现锐边毛刺。粉末冶金件的毛刺会随着间隙的变化而变化，而模具的间隙还依赖于加工表面粗糙度的变化，如图2所示，当Ra值从0.2增加到0.8，间隙从0.002mm增加0.008mm。这类毛刺均匀分布在零件周围，零件表面粗糙度好。 （2）模具的精度 粉末压制多采用容量装粉法，模具表面与粉末直接接触，细小的粉末颗粒，易进入模具间隙中，形成多体摩擦。在生产实践中，模冲与阴模、模冲与芯棒之间的间隙是动态变化的，粉末颗粒就会随着模具间隙的变化而变形，从而产生加工硬化，增加了粉末颗粒的硬度和耐磨性。虽然模具具有较高的硬度和耐磨性，但模具间的粉末颗粒在加工硬
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-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
铁基粉末冶金零件热处理 摘要：热处理是一种成熟的，经常使用的工艺性技术。这篇文章评述了人们不大注意的铁基粉末冶金零件整体淬火时，孔隙度与合金含量对其淬透性的影响。 关键词：铁基粉末冶金零件；热处理；淬透性 在铁基粉末冶金零件生产中，零件材料必须具有的许多性能与组织结构都是在烧结过程中形成的，但其中一些性能只有通过后续热处理，才能得到改进与完善。因此，热处理对于铁基粉末冶金零件产业是极其重要的一项技术。 铁基粉末冶金零件的热处理原理，虽然和成分相同的铸锻零件相同，但由于粉末冶金零件具有一定量孔隙度与合金化元素的微观分布可能不均一，因此，粉末冶金零件的热处理工艺可能有所不同。关于孔隙度对铁基粉末冶金零件材料热处理性能的影响，经几十年的探索与实践，已有较清楚地认识，摘要介绍如下。 1 孔隙度对铁基粉末冶金零件整体淬火的影响 大部分铁基粉末冶金零件，为了增高强度、硬度及耐磨性，都需要进行整体淬火，即淬火与回火。需要进行整体淬火的铁基粉末冶金零件，其化合碳含量应≥0.3%(质量分数)，并且在图1中的A3温度以上呈奥氏体状态。 图1 碳钢的热处理相图 铁基粉末冶金零件的整体淬火由以下3道工序组成: 奥氏体化。在具有和化合碳含量相当碳势的保护性气氛下，将零件加热到高于A3温度，通常为850℃，并保温一定时间，其长短视零件形状及尺寸而定。诸如30min，使之奥氏体化。 淬火。从奥氏体化温度或稍低，但仍高于A3的温度，将零件淬于油或水中，使奥氏体转变成硬且脆的马氏体或贝氏体。对于铁基粉末冶金零件，最好是淬于温油(50℃)中，这是因为粉末冶金零件具有孔隙度，淬火冷却速度太快时，零件可能开裂。另外，采用盐水淬火时，淬火后，存留于孔隙中的盐水会导致零件严重腐蚀。 回火。依据GB/T19076-2003“烧结金属材料-规范”铁基粉末冶金零件通常是在180℃(烧结镍钢为260℃)下回火，回火时间通常是依据零件断面厚度，按每25.4mm回火1h。其目的是消除奥氏体转变为马氏体与贝氏体时产生的内应力。回火可减小马氏体与贝氏体的脆性，提升零件材料的韧性。 1.1 孔隙度对粉末冶金Fe-C材料淬透性的影响 淬透性的定义是，快速冷却时，在一给定深度，材料试样从奥氏体转变为马氏体的能力。淬透性通常是用顶端淬火法测定的。为测定烧结碳钢的淬透性，由水雾化铁粉与0.9%(质量分数)石墨粉的混合粉，用压制-烧结制成Φ80mm×高30mm，密度为6.0～7.1g/cm3的坯料[化合碳0.8%(质量分数)]。再由坯料切削加工成顶端淬火试样，于870℃，在中性气氛中，奥氏体化30min后水淬。从淬火端每隔2.5mm测定一次表观硬度HRA。同时，还和由C-1080锻钢切削加工的顶端淬火试样进行了对比。试验结果示于图2。 从图2可看出，材料试样的密度(即孔隙度)对淬透性有若干影响。首先，孔隙度减低材料的热导率，这是因为孔隙中充满空气，而空气的热导率比钢小。另外，由于硬度压痕和材料基体中的孔隙度相关，从而也影响测定的硬度值。图2还表明，淬透性差不多随着烧结钢材料密度增大呈直线性增高。因此，在设计-具有给定材料密度的粉末冶金碳钢零件时，对于选择使零件横截面能全部转变成马氏体的合适材料组成，图2是有用的。 1.2 铁基粉末冶金材料的淬透性标准 在设计-铁基粉末冶金零件时，要想使粉末金零件的横截面经过淬火-回火转变成马氏体，就必须依据材料的淬透性来选择适当的材料。
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%。▲ 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-0208 93.2-97.9 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%
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
冶金粉末生产工艺 生产金属粉末的主要方法，按重要性依序为，（a）液态金属雾化；（b）化学反应（金属氧化物还原反应）；（c）（金属盐）电解沉积；（d）固态材料机械加工（如研磨法，用于脆性金属，只能热固结，不能冷压成形；冷流冲击法）。 各种金属粉末的生产方法 1．液态金属雾化 雾化原理：许多雾化法都是采用双液流：一为液态金属流，一为液体或气体流。用后者冲击液态金属流，将之破碎成金属液滴，随后凝固成粉末颗粒。对于制取铁、钢粉末，一般用水或油作为冲击流体；对于某些特殊金属和／或应用，则采用空气、水蒸气或惰性气体作为冲击流体；对于其他金属，用惰性气体氮、氩或氦作为雾化介质；在某些场合，采用水蒸气。图3-1与图3-2分别为气雾化与水雾化装置示意图。
熔点较低的金属（如锡和铝）通常采用气体雾化。对于高熔点合金，诸如高温合金与工具钢，采用惰性气体，特别是氩气，作为雾化介质气体进行雾化，防止金属氧化。 鉴于液体介质的散热速率比气体高得多，故用液体介质雾化容易制得不规则的颗粒。因此，生产粉末冶金结构零件用的铁粉、钢粉、铜粉及不锈钢粉，通常都是用水雾化法生产。这主要是因为不规则形状的颗粒粉末用一般刚性磨具压制成形后，借助于粉末颗粒间的相互联结，生坯具有足够高的强度，便于搬运。 在工业上用水雾化法生产不锈钢粉时，是在一个用氮气吹洗的雾化筒内，用压力为的高压水喷射流雾化不锈钢液流生产的。图3-6为水雾化不锈钢粉颗粒的扫描电镜照片。 铁粉与铜粉也在用水雾化法生产。图3-7为水雾化铜粉颗粒的光学显微镜照片。雾化铜 粉颗粒的不规则形状，是在雾化过程中由细小的球形颗粒聚结形成的。
对于含锰与铬的铁合金，用水雾化法生产的粉末会在颗粒表面形成锰与铬的氧化物，这些氧化物在随后的退火作业中难以被还原。解决这个问题的方法之一是，用油作为雾化介质，以之雾化含锰或铬的铁合金熔体。因此，也称之为油雾化法。 特种雾化方法：
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
零件选材及其热处理工艺 一、机床主轴 1、工作条件及失效形式 主轴是机床主轴部件的关键零件之一，主要起支承传动件和传递转矩的作用，其工作条件为： （1）承受交变载荷、交变弯曲载荷或拉—压载荷。 （2）局部（轴颈、花键等处）承受摩擦和磨损。 （3）特殊条件下受高温或介质作用。 主轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈处磨损，有时也发生冲击过载断裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。 2、性能要求： （1）由于机床的主运动由其提供，主轴工作时的运动精度对工件加工质量将产生直接影响，因此必须保证主轴工作时具有很高的运动精度。 （2）高的疲劳强度，以防轴疲劳断裂。 （3）优良的综合力学性能，即较高的屈服强度和抗拉强度、较高的韧性，以防塑性变形及过载或冲击载荷作用下的折断和扭断。 （4）局部承受摩擦的部位具有高硬度和耐磨性，以防磨损失效。 （5）在特殊条件下工作时应具有特殊性能，如蠕变抗力、耐腐蚀性等。 3、主轴的选材与热处理 不同工作要求的机床主轴，其性能要求是不同的，加工工艺也是有差异的，因此选用的材料及相应的热处理工艺也会不同． 3.1 普通机床主轴的选材与热处理工艺 普通机床往往用于一般精度要求的工件加工．机床主轴通常采用滚动轴承支承，直接影响主轴回转工作精度的轴颈没有直接的运动磨损．因此，针对主轴工作时承受交变载荷的受力特性，一般选用综合机械性能较好的材料．同时，作为提供机床主运动的基准件，主轴的几何质量好坏直接影响机床主运动的精度， 因此通常对普通机床主轴关键表面的几何质量提出下列要求?： 1) 轴颈的直径精度为IT6，圆度、圆柱度应限制在直径公差之内； 2) 配合轴颈(装配传动件的轴颈)相对支承轴颈(装配轴承的轴颈)的径向圆跳动为0．01～0．03 mm，端面圆跳动为0.005～0.010mm； 3) 支承轴颈的表面粗糙度为Ra0．63～0．16μm，配合轴颈为Ra2.5—0.63μm． 从几何精度要求和经济性两方面考虑，主轴的加工一般采用车削基础上的磨削工艺来实现，可见，主轴用材必须同时具有良好的车削工艺性和磨削工艺性． 3.1.1主轴选材 依据主轴的工作环境和工作要求，普通机床主轴材料通常选用下列3类： 1) 中碳结构钢：常用牌号45，50，55结构钢； 2) 中碳合金钢：常用牌号40Cr，50Cr合金钢； 3) 锰钢：常用牌号65Mn合金钢． 3.1.2热处理工艺 一般首先采用整体表面淬火或整体调质后主轴头部内外锥、主轴颈及花键表面淬火，然后进行低温回火的常规热处理工艺根据需要，硬度一般可控制在42—47HRC，45—50HRC 或48—53HRC等3种状态．
粉末冶金材料的热处理工艺 【摘要】粉末冶金材料在现代工业中的应用越来越广，在取代锻钢件的高密度和高精度的复杂零件的应用中，随着粉末冶金技术的不断进步也取得了快速发展。但是由于后续处理工艺的差异，其物理性能和力学性能还存在着一些缺陷，本文就针对粉末冶金材料的热处理工艺进行简要阐述分析，并分析其影响因素，提出改善工艺的策略。 【关键词】粉末冶金材料热处理密度强度淬透性碳氮共渗 一. 前言 粉末冶金材料在现代工业中的应用越来越广泛，特别是汽车工业、生活用品、机械设备等的应用中，粉末冶金材料已经占有很大的比重。它们在取代低密度、低硬度和强度的铸铁材料方面已经具有明显优势，在高硬度、高精度和强度的精密复杂零件的应用中也在逐渐推广，这要归功于粉末冶金技术的快速发展。全致密钢的热处理工艺已经取得了成功，但是粉末冶金材料的热处理，由于粉末冶金材料的物理性能差异和热处理工艺的差异，还存在着一些缺陷。各铸造冶炼企业在粉末冶金材料的技术研究中，热锻、粉末注射成型、热等静压、液相烧结、组合烧结等热处理和后续处理工艺，在粉末冶金材料的物理性能与力学性能缺陷的改善中，取得了一定效果，提高了粉末冶金材料的强度和耐磨性，将大大扩展粉末冶金的应用范围。 二. 粉末冶金材料的热处理工艺 粉末冶金材料的热处理要根据其化学成分和晶粒度确定，其中的孔隙存在是一个重要因素，粉末冶金材料在压制和烧结过程中，形成
的孔隙贯穿整个零件中，孔隙的存在影响热处理的方式和效果。粉末冶金材料的热处理有淬火、化学热处理、蒸汽处理和特殊热处理几种形式： 1.淬火热处理工艺 粉末冶金材料由于孔隙的存在，在传热速度方面要低于致密材料，因此在淬火时，淬透性相对较差。另外淬火时，粉末材料的烧结密度和材料的导热性是成正比关系的；粉末冶金材料因为烧结工艺与致密材料的差异，内部组织均匀性要优于致密材料，但存在较小的微观区域的不均匀性，所以，完全奥氏体化时间比相应锻件长50%，在添加合金元素时，完全奥氏体化温度会更高、时间会更长。比如，以不同化合碳含量的烧结碳钢为例，淬火温度如表1所示， 在粉末冶金材料的热处理中，为了提高淬透性，通常加入一些合金元素如：镍、钼、锰、铬、钒等，它们的作用跟在致密材料中的作用机理相同，可明显细化晶粒，当其溶于奥氏体后会增加过冷奥氏体的稳定性，保证淬火时的奥氏体转变，使淬火后材料的表面硬度增加，淬硬深度也增加。另外，粉末冶金材料淬火后都要进行回火处理，回火处理的温度控制对粉末冶金材料的的性能影响较大，因此要根据不同材料的特性确定回火温度，降低回火脆性的影响，一般的材料可在175-250℃下空气或油中回火0.5-1.0h。 2.化学热处理工艺 化学热处理一般都包括分解、吸收、扩散三个基本过程，比如，渗碳热处理的反应如下：