烧结原理
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一、烧结(1)、烧结基本原理烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之一。
烧结对最终产品的性能起着决定性作用,因为由烧结造成的废品是无法通过以后的工序挽救的;相反,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,例如适当改变温度,调节升降温时间与速度等而加以纠正。
烧结是粉末或粉末压坯,加热到低于其中基本成分的熔点温度,然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程。
烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结,烧结体的强度增加。
在烧结过程中发生一系列物理和化学的变化,把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体,从而获得具有所需物理,机械性能的制品或材料。
烧结时,除了粉末颗粒联结外,还可能发生致密化,合金化,热处理,联接等作用。
人们一般还把金属粉末烧结过程分类为:1、单相粉末(纯金属、古熔体或金属化合物)烧结;2、多相粉末(金属—金属或金属—非金属)固相烧结;3、多相粉末液相烧结;4、熔浸。
通常在目前PORITE微小轴承所接触的和需要了解的为前三类烧结。
通常在烧结过程中粉末颗粒常发生有以下几个阶段的变化:1、颗粒间开始联结;2、颗粒间粘结颈长大;3、孔隙通道的封闭;4、孔隙球化;5、孔隙收缩;6、孔隙粗化。
上述烧结过程中的种种变化都与物质的运动和迁移密切相关。
理论上机理为:1、蒸发凝聚;2、体积扩散;3、表面扩散;4、晶间扩散;5、粘性流动;6、塑性流动。
(2)、烧结工艺2-1、烧结的过程粉末冶金的烧结过程大致可以分成四个温度阶段:1、低温预烧阶段,在此阶段主要发生金属的回复及吸附气体和水分的挥发,压坯内成形剂的分解和排除等。
在PORITE微小铜、铁系轴承中,用R、B、O(Rapid Burning Off)来代替低温预烧阶段,且铜、铁系产品经过R、B、O 后会氧化,但在本体中可以被还原,同时还可以促进烧结。
2、中温升温烧结阶段,在此阶段开始出现再结晶,首先在颗粒内,变形的晶粒得以恢复,改组为新晶粒,同时颗粒表面氧化物被完全还原,颗粒界面形成烧结颈。
一、烧结(1)、烧结基本原理烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之一。
烧结对最终产品的性能起着决定性作用,因为由烧结造成的废品是无法通过以后的工序挽救的;相反,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,例如适当改变温度,调节升降温时间与速度等而加以纠正。
烧结是粉末或粉末压坯,加热到低于其中基本成分的熔点温度,然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程。
烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结,烧结体的强度增加。
在烧结过程中发生一系列物理和化学的变化,把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体,从而获得具有所需物理,机械性能的制品或材料。
烧结时,除了粉末颗粒联结外,还可能发生致密化,合金化,热处理,联接等作用。
人们一般还把金属粉末烧结过程分类为:1、单相粉末(纯金属、古熔体或金属化合物)烧结;2、多相粉末(金属—金属或金属—非金属)固相烧结;3、多相粉末液相烧结;4、熔浸。
通常在目前PORITE微小轴承所接触的和需要了解的为前三类烧结。
通常在烧结过程中粉末颗粒常发生有以下几个阶段的变化:1、颗粒间开始联结;2、颗粒间粘结颈长大;3、孔隙通道的封闭;4、孔隙球化;5、孔隙收缩;6、孔隙粗化。
上述烧结过程中的种种变化都与物质的运动和迁移密切相关。
理论上机理为:1、蒸发凝聚;2、体积扩散;3、表面扩散;4、晶间扩散;5、粘性流动;6、塑性流动。
(2)、烧结工艺2-1、烧结的过程粉末冶金的烧结过程大致可以分成四个温度阶段:1、低温预烧阶段,在此阶段主要发生金属的回复及吸附气体和水分的挥发,压坯内成形剂的分解和排除等。
在PORITE微小铜、铁系轴承中,用R、B、O(Rapid Burning Off)来代替低温预烧阶段,且铜、铁系产品经过R、B、O 后会氧化,但在本体中可以被还原,同时还可以促进烧结。
2、中温升温烧结阶段,在此阶段开始出现再结晶,首先在颗粒内,变形的晶粒得以恢复,改组为新晶粒,同时颗粒表面氧化物被完全还原,颗粒界面形成烧结颈。
烧结原理所谓烧结就是将粉末压坯加热到一定温度(烧结温度)并保持一定的时间(保温时间),然后冷却下来,从而得到所需性能的材料,这种热处理工艺叫做烧结。
烧结使多孔的粉末压坯变为具有一定组织和性能的制品,尽管制品性能与烧结前的许多工艺因素有关,但是在许多情况下,烧结工艺对最终制品组织和性能有着重大的甚至是决定性的影响。
硬质合金的烧结过程是比较复杂的,但是这些基本知识又是必须掌握的。
4.1 烧结过程的分类烧结过程的分类方法很多,按烧结制品组元的多少可以分为单元系烧结和多元系烧结,如钨、钼条烧结属于单元系烧结,硬质合金绕结则属于多元系烧结。
按烧结时组元中相的状态分为固相烧结和液相烧结,如钨钼的烧结过程中不出现液相,属于固相烧结,硬质合金制品在烧结过程中会出现液相,属于液相烧结。
按工艺特征来分,可分为氢气烧结、真空烧结、活化烧结、热等静压烧结等。
许多烧结方法都能用于硬质合金的烧结。
此外,还可以依烧结材料的名称来分,如硬质合金烧结,钼顶头烧结。
从学习烧结过程的实质来说,将烧结过程分为固相烧结和液相烧结两大类是比较合理的,但在生产中多按烧结工艺特点来进行分类。
4.2 烧结过程的基本变化硬质合金压坯经过烧结后,最容易观察到的变化是压块体积收缩变小,强度急剧增大,压块孔隙度一般为50%,而烧结后制品已接近理论密度,其孔隙一般应小于0.2%,压块强度的变化就更大了,烧结前压坯强度低到无法用一般方法来测定,压坯只承受生产过程中转移时所必备的强度,而烧结后制品却能达到满足各种苛刻工作条件所需要的强度值,显然制品强度提高的幅度较之密度的提高要大得多。
制品强度及其他物理机械能的突变说明在烧结过程中压块发生了质的变化。
在压制过程中,虽然由于外力的作用能增加粉末体的接触面,而颗粒中表面原子和分子还是杂乱无章的,甚至还存在有内应力,颗粒间的联结力是很弱的,但烧结后颗粒表面接触状态发生了质的变化,这是由于粉末接触表面原子﹑分子进行化学反应,以及扩散、流动、晶粒长大等物理化学变化,使颗粒间接触紧密,内应力消除,制品形成了一个强的整体,从而使其性能大大提高。
烧结工艺介绍烧结工艺是一种常见的冶金工艺,用于将粉末状物质加热至接触点熔融,形成固态结合体的过程。
本文将介绍烧结工艺的原理、应用范围以及工艺流程。
一、原理烧结是通过热量作用使粉末颗粒表面融合,而形成较强的固态接触的过程。
烧结过程中,粉末颗粒相互接触,颗粒表面由于温度升高而软化或熔化,粒子间形成了弥散相和连续相,使颗粒间形成了较强的结合力。
通过控制加热温度、时间以及加压力度等工艺参数,使颗粒状物质在相互接触的同时,形成致密且高强度的结构体。
二、应用范围烧结工艺在冶金、陶瓷、粉末冶金、高分子材料等领域有着广泛的应用。
1. 冶金领域烧结工艺在冶金领域广泛应用于粉末冶金制品的制备,如金属粉末冶金零件、冶金陶瓷、高合金材料等。
2. 陶瓷领域烧结是陶瓷领域中常用的制备工艺之一,通过烧结工艺可以制备出具有高强度和良好耐磨性的陶瓷制品,如瓷砖、陶瓷碗碟等。
3. 粉末冶金领域粉末冶金是一种以粉末为原料,通过烧结工艺制备制品的工艺。
烧结工艺可以将金属粉末制备成各种零件,如齿轮、凸轮等。
4. 高分子材料领域烧结工艺在高分子材料领域中用于制备具有特殊性能的塑料制品,如高强度塑料零件、高耐磨塑料制品等。
三、工艺流程烧结工艺的基本流程包括原料制备、粉末颗粒的装填、加热烧结和冷却等步骤。
1. 原料制备:首先需要根据所需制品的要求,选择合适的原料并对其进行加工和处理。
这一步骤可以包括粉末的混合、筛分以及添加特定添加剂等。
2. 粉末颗粒的装填:将经过处理的粉末颗粒通过特定的装填方式填入烧结模具中。
装填要求均匀且适量,以确保烧结过程中的热量传导均匀。
3. 加热烧结:将装有粉末颗粒的模具放入烧结炉中,加热至一定温度并保持一定时间。
温度和时间的选择根据所需制品的要求来确定。
4. 冷却:烧结结束后,需要进行冷却处理。
冷却可以通过自然冷却或者采用特殊的冷却方法来进行。
四、工艺优势烧结工艺相对于其他加工方式具有以下优势:1. 提高材料的致密度和强度。
烧结的原理
烧结是一种粉末冶金工艺,通过在高温和压力下将金属或陶瓷粉末进行热处理,使其形成一种固体材料的过程。
其原理主要包括以下几个步骤:
1. 混合:首先将金属或陶瓷粉末按照一定比例混合在一起,以得到所需的配料。
这些粉末可以是不同种类的金属或陶瓷材料,也可以添加一些其他的添加剂,以改变材料的性能。
2. 压制:将混合好的粉末置于模具中,然后施加一定的压力。
这样可以使粉末颗粒之间发生变形和变稠,在压力作用下相互黏结在一起。
压制过程中,常常采用均匀的压力分布,以确保整个烧结体具有均匀的压力和密度。
3. 烧结:经过压制的粉末坯体被置于高温炉中进行烧结。
在高温下,粉末颗粒会发生扩散和结晶,使得颗粒之间相互溶解或结合。
同时,由于高温下的不同原子或分子的运动,形成了新的结晶相和晶界,使得颗粒逐渐合并,并改变了材料的物理和化学性质。
4. 冷却和处理:烧结后的坯体通过冷却,使得材料固化和成型。
通常还需要进行一些后续处理,如热处理、机械加工或表面涂层等,以进一步改善材料的性能和外观。
总的来说,烧结通过压制和高温处理的方式,使粉末颗粒逐渐结合,形成了一个整体材料。
其优点包括制造成本低、能耗低、
材料利用率高以及可以生产复杂形状的工件等。
因此,烧结在金属、陶瓷、粉末冶金等领域有着广泛的应用。
烧结工艺知识点总结大全一、烧结原理1. 烧结是指将粉末材料在一定温度下加热,使其颗粒间发生结合,形成致密的块状产品。
烧结的基本原理是固相扩散,即热力学上的固相之间的扩散过程。
2. 烧结过程中主要有三种力学过程,分别为颗粒间的原子扩散、颗粒间的表面扩散和颗粒间的体扩散。
这三种扩散方式相互作用,共同促进颗粒间发生结合。
3. 烧结过程中温度、时间和压力是影响烧结效果的重要因素。
通过控制这些参数,可以使烧结过程更加均匀和有效。
二、烧结设备1. 烧结设备主要包括热处理炉、烧结炉、烧结机等。
不同的烧结设备适用于不同的烧结材料和工艺要求。
2. 烧结设备的主要部件包括燃烧室、加热炉、炉膛、热风循环系统、控制系统等。
这些部件共同作用,实现对粉末材料的加热和烧结作用。
3. 热处理炉是常见的烧结设备之一,主要通过电阻加热、气体燃烧等方式对粉末材料进行加热处理,适用于各种金属和非金属材料的烧结工艺。
三、烧结工艺控制1. 烧结工艺控制是烧结过程中的关键环节,可以通过控制温度、时间、压力等参数,实现对烧结过程的精确控制。
2. 烧结工艺控制的主要方法包括PID控制、自适应控制、模糊控制等。
这些控制方法通过对烧结过程中的各个参数进行实时监测和调整,以实现对烧结过程的精确控制。
3. 在实际生产中,烧结工艺控制可以通过计算机控制系统实现自动化,提高生产效率和产品质量。
四、烧结材料选型1. 烧结工艺适用于各种粉末材料,包括金属粉末、陶瓷粉末、粉末冶金材料等。
根据不同的材料性质和要求,选择合适的烧结工艺和设备。
2. 烧结材料的选型考虑因素包括原料种类、粒度、成分、形状等。
根据不同的要求,选择合适的烧结材料,可以有效提高产品质量和生产效率。
3. 在烧结材料选型过程中,也需要考虑成本、资源利用率和环境保护等方面的因素,以实现经济、环保和可持续发展。
五、烧结工艺的应用1. 烧结工艺广泛应用于金属、陶瓷、粉末冶金、电子材料等行业。
在金属制品生产中,烧结工艺可以用于制造各种粉末冶金制品、焊接材料、钎焊材料等。
耐火材料是指能够在高温环境下保持结构完整性和抗热震性能的材料。
其中,烧结是耐火材料生产过程中重要的步骤之一,它通过高温下的化学反应和结晶使粉末颗粒紧密结合,形成固体块状耐火材料。
烧结的化学原理主要包括以下几个方面:
1. 预热:耐火材料的粉末颗粒首先经过预热,以去除其中的水分和挥发性有机物。
这个步骤通常在较低温度下进行,旨在防止颗粒在高温下可能发生的裂纹或爆炸。
2. 烧结:在预热之后,耐火材料的粉末颗粒被加热到高温,通常在材料的熔点以下。
高温下,粉末颗粒之间发生化学反应,原始的颗粒逐渐熔合在一起。
这个过程涉及到几种化学反应,如颗粒之间的表面扩散、颗粒的熔融和再结晶。
3. 冷却和固化:烧结完成后,耐火材料由于冷却而成为坚固的固体。
在冷却的过程中,材料内部的化学结构逐渐稳定,并形成相互连接的结构。
总的来说,烧结的化学原理涉及到颗粒间的化学反应、熔融和再结晶,这些过程使得耐火材料的颗粒能够均匀结合在一起,形成密实且坚固的结构。
需要注意的是,不同的耐火材料有不同的烧结机理和化学原理。
具体的烧结过程和化学反应可能会因材料的种类、成分和制备方法的不同而有所不同。
因此,在实际生产和应用中,具体的耐火材料和制备过程需要根据具体情况来进行选择和研究。
、烧结(1)、烧结基本原理烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之一。
烧结对最终产品的性能起着决定性作用,因为由烧结造成的废品是无法通过以后的工序挽救的;相反,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,例如适当改变温度,调节升降温时间与速度等而加以纠正。
烧结是粉末或粉末压坯,加热到低于其中基本成分的熔点温度,然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程。
烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结,烧结体的强度增加。
在烧结过程中发生一系列物理和化学的变化,把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体,从而获得具有所需物理,机械性能的制品或材料。
烧结时,除了粉末颗粒联结外,还可能发生致密化,合金化,热处理,联接等作用。
人们一般还把金属粉末烧结过程分类为:1、单相粉末(纯金属、古熔体或金属化合物)烧结;2、多相粉末(金属—金属或金属—非金属)固相烧结;3、多相粉末液相烧结;4、熔浸。
通常在目前PORITE微小轴承所接触的和需要了解的为前三类烧结。
通常在烧结过程中粉末颗粒常发生有以下几个阶段的变化:1、颗粒间开始联结;2、颗粒间粘结颈长大;3、孔隙通道的封闭;4、孔隙球化;5、孔隙收缩;6、孔隙粗化。
上述烧结过程中的种种变化都与物质的运动和迁移密切相关。
理论上机理为:1、蒸发凝聚;2、体积扩散;3、表面扩散;4、晶间扩散;5、粘性流动;6、塑性流动。
(2)、烧结工艺2-1、烧结的过程粉末冶金的烧结过程大致可以分成四个温度阶段:低温预烧阶段,在此阶段主要发生金属的回复及吸附气体和水分的挥 发,压坯内成形剂的分解和排除等。
在PORITE 微小铜、铁系轴承中,用R 、B 、 O(Rapid Burning Off)来代替低温预烧阶段,且铜、铁系产品经过R 、B 、O 后会氧化,但在本体中可以被还原,同时还可以促进烧结。
2、中温升温烧结阶段,在此阶段开始出现再结晶,首先在颗粒内,变形 的晶粒得以恢复,改组为新晶粒,同时颗粒表面氧化物被完全还原,颗粒界 面形成烧结颈。
烧结工艺的目的和原理烧结工艺是一种制备陶瓷、金属、合金等材料的工艺方法,其主要目的是将粉末材料在高温下加热,使其粒子之间产生相互结合和颗粒增大,从而形成致密的固体材料。
通过烧结,可以改善材料的力学性能和化学稳定性,提高材料的密度、硬度、强度和导电性等性能,并增加其使用寿命和可靠性。
1.粒子结合:烧结过程中,粉末颗粒间通过热作用力和压缩力相互结合,形成颗粒间的连接。
该连接可以是颗粒间的摩擦力和间隙力,也可以是颗粒间的化学键和晶格力。
当温度升高时,形成颗粒结合的力逐渐增强,使得粉末材料的孔隙度减小,粒径增大,颗粒之间的接触面积增大,从而提高材料的强度和致密度。
2.晶粒生长:烧结过程中,晶体表面的原子或分子在高温下扩散,并产生结晶生长。
这种晶粒生长包括晶核生成、晶体生长和晶界融合等过程。
随着温度的升高,晶粒生长速度加快,晶粒尺寸增大,从而使材料的晶界面积减少,晶格结构更加密集,提高材料的力学性能。
3.成分调整:烧结过程中,材料的成分会发生改变。
例如,由于一些元素会在高温下发生氧化、还原和挥发等反应,材料的成分可能发生偏离,从而改变材料的性能。
通过调整烧结条件,可以控制材料的成分,以获得所需的性能和化学稳定性。
4.特殊效应:在烧结工艺中,还存在一些特殊的效应,如颗粒饱满、表面收缩、孔隙扩散等。
这些效应通过烧结过程中的物理和化学变化,导致材料的结构和性能发生变化。
根据材料的需求,可以通过调整烧结条件来控制这些效应,以实现所需的材料性能。
总的来说,烧结工艺的目的是通过高温加热粉末材料,使其粒子间相互结合和颗粒增大,形成致密的固体材料;其原理主要包括粒子结合、晶粒生长、成分调整和特殊效应等。
通过控制烧结条件和方法,可以实现对材料性能的调控和优化,满足不同领域的应用需求。
烧结原理所谓烧结就是将粉末压坯加热到一定温度(烧结温度)并保持一定的时间(保温时间),然后冷却下来,从而得到所需性能的材料,这种热处理工艺叫做烧结。
烧结使多孔的粉末压坯变为具有一定组织和性能的制品,尽管制品性能与烧结前的许多工艺因素有关,但是在许多情况下,烧结工艺对最终制品组织和性能有着重大的甚至是决定性的影响。
硬质合金的烧结过程是比较复杂的,但是这些基本知识又是必须掌握的。
4.1 烧结过程的分类烧结过程的分类方法很多,按烧结制品组元的多少可以分为单元系烧结和多元系烧结,如钨、钼条烧结属于单元系烧结,硬质合金绕结则属于多元系烧结。
按烧结时组元中相的状态分为固相烧结和液相烧结,如钨钼的烧结过程中不出现液相,属于固相烧结,硬质合金制品在烧结过程中会出现液相,属于液相烧结。
按工艺特征来分,可分为氢气烧结、真空烧结、活化烧结、热等静压烧结等。
许多烧结方法都能用于硬质合金的烧结。
此外,还可以依烧结材料的名称来分,如硬质合金烧结,钼顶头烧结。
从学习烧结过程的实质来说,将烧结过程分为固相烧结和液相烧结两大类是比较合理的,但在生产中多按烧结工艺特点来进行分类。
4.2 烧结过程的基本变化硬质合金压坯经过烧结后,最容易观察到的变化是压块体积收缩变小,强度急剧增大,压块孔隙度一般为50%,而烧结后制品已接近理论密度,其孔隙一般应小于0.2%,压块强度的变化就更大了,烧结前压坯强度低到无法用一般方法来测定,压坯只承受生产过程中转移时所必备的强度,而烧结后制品却能达到满足各种苛刻工作条件所需要的强度值,显然制品强度提高的幅度较之密度的提高要大得多。
制品强度及其他物理机械能的突变说明在烧结过程中压块发生了质的变化。
在压制过程中,虽然由于外力的作用能增加粉末体的接触面,而颗粒中表面原子和分子还是杂乱无章的,甚至还存在有内应力,颗粒间的联结力是很弱的,但烧结后颗粒表面接触状态发生了质的变化,这是由于粉末接触表面原子﹑分子进行化学反应,以及扩散、流动、晶粒长大等物理化学变化,使颗粒间接触紧密,内应力消除,制品形成了一个强的整体,从而使其性能大大提高。
4.3 烧结过程的基本阶段硬质合金烧结过程可以分为四个基本阶段:1.脱除成形剂及预烧阶段,在这个阶段烧结体发生如下变化:1)成型剂的脱除,烧结初期随着温度的升高,成型剂逐渐分解或汽化,排除出烧结体,与此同时,成型剂或多或少给烧结体增碳,增碳量将随成型剂的种类、数量以及烧结工艺的不同而改变。
2)粉末表面氧化物被还原,在烧结温度下,氢可以还原钴和钨的氧化物,若在真空脱除成型剂和烧结时,碳氧反应还不强烈。
3)粉末颗粒间的接触应力逐渐消除,粘结金属粉末开始产生回复和再结晶,表面扩散开始发生,压块强度有所提高。
2.固相烧结阶段(800℃--共晶温度)在出现液相以前的温度下,除了继续进行上一阶段所发生的过程外,固相反应和扩散加剧,塑性流动增强,烧结体出现明显的收缩。
3.液相烧结阶段(共晶温度--烧结温度)当烧结体出现液相以后,收缩很快完成,接着产生结晶转变,形成合金的基本组织和结构。
4.冷却阶段(烧结温度--室温)在这一阶段,合金的组织和相成分随冷却条件的不同而产生某些变化,可以利用这一特点,对硬质合金进行热处理以提高其物理机械性能。
4.4 润湿性硬质合金的烧结属于液相烧结,而润湿性在液相烧结过程中有重要意义。
润湿性是指液体浸润固体的能力,一滴液体滴到固体平面上,如果液体能够完全分散覆盖在固体的表面上,则称该液体能完全润湿该固体,反之则称该液体不能润湿固体,如果介于两者之间,则可说是部分润湿。
液相烧结时,若液态金属能完全润湿固体颗粒表面,则能得到孔隙非常小的烧结体,如果润湿性不良,将使烧结体出现各种缺陷。
4.5 收缩过程烧结过程中硬质合金压块会产生明显的收缩。
一)收缩的几个阶段:不同钴含量的烧结体,在烧结过程中的收缩致可以分为三个基本阶段:1.第一阶段:在1150℃以下作为第一阶段,在这阶段中烧结体发生了某些收缩现象,如果烧结体的完全收缩为100%的话,则此阶段的收缩只占百分之几左右。
第二阶段:在1150℃以上至液相出现之前可作为第二阶段。
在这一阶段烧结体产生了剧烈的收缩,其收缩量大致占整个收缩量的80%以上。
第三阶段:液相出现以后产生的收缩量约为百分之几,烧结体成为完全致密状态。
二)影响收缩的因素影响收缩的因素很多,常遇到的是:1.升温速度在正常的加热速度(每分钟几度)下,烧结体的收缩过程按照上述三个收缩阶段产生正常收缩,如果加热速度太快,则最高收缩速度阶段会移向更高的温度范围,甚至移向烧结体出现液相的温度,已发现,在较大的加速度下烧结的合金中有大量的粗孔和气泡,通常由于液相出现以后封闭了气体的排出通道所致,因此过大的加热速度对获得完全致密的烧结体是不利的。
2.压块的原始孔隙在惰性气氛中烧结不同密度压块表明,收缩速度随压块密度降低而提高,具有不同密度的压块的相对收缩量和相对收缩速度都一样,合金的最终密度与压块的原始孔隙无关。
但在活性气氛中烧结时,孔隙度大的压块很难获得完全致密的烧结体,因此,在实际工作中总是尽量提高压块的密度。
3.磨碎程度和混合料的粒度碳化物颗粒越细,绕结体内单个孔的尺寸越小,而液体的毛细管压力与孔的半径成反比,同时两个碳化物颗粒的中心距随其颗粒的减少而缩短,因而细颗粒的粉末烧结时,彼此易于靠拢,此外,比表面越大的粉末,其固相扩散速度和液相出现以后的重排列和溶解析出速度越大,因此,经过磨碎的混合料和原始晶粒较细的混合料就有不同于一般混合料的收缩特性,它显著地降低开始出现收缩的温度,同时还提高出现液相以前的温度范围的收缩速度。
4.混合料钴含量无疑,钴含量对出现液相以后的收缩有影响,钴量越高(液相越多)收缩速度越大,实验表明,压块中钴含量增加,不但不促进反而阻碍第一阶段的收缩,但却大大促进第二阶段的收缩,因为第二阶段的收缩机理——塑性流动,显然,钴含量的增加会促进塑性流动。
5.碳含量烧结体碳含量的高低,影响出现液相的温度和液相的数量,因此,含碳量必然要影响整个烧结过程的收缩,从理论上讲,混合料碳量过剩,既促进第三阶段的收缩,也促进第二阶段的收缩(因为共晶点降低,有利于塑性流动),同样,对于缺碳的混合物,会降低其收缩速度。
4.6 WC---Co合金的晶粒长大一)WC晶粒长大机理烧结后合金的平均晶粒尺寸(1~2u)大于混合料碳化物平均晶粒尺寸(0.5~1u或0.01~1u)的现象,叫晶粒长大。
WC-Co合金中WC晶粒长大通过两个阶段进行。
1.聚集再结晶主要发生在液相出现之前的收缩阶段,在这个阶段中WC颗粒的接触点明显增多,接触面积明显增大,在接触面上由于扩散的作用,多晶WC颗粒粘结成为一个大颗粒,随着扩散的进行,大颗粒中的晶界产生移动至消失,便形成大尺寸WC晶粒,温度越高,烧结时间越长,聚集再结晶的程度越大,原始混合料晶粒越细,湿磨时间越长,晶格缺陷越多,聚集再结晶速度越大,所以聚集再结晶长大现象在细晶粒合金中比较明显。
2.液相重结晶如前所述,烧结体中出现液相后,WC晶粒往液相中溶解然后在另一些晶粒上析出,使后者长大,这就是溶解-析出长大的过程。
二)影响WC晶粒长大的因素1.烧结温度:在其他条件相同时,烧结体的液相数量随烧结温度的提高而增加。
因此,烧结时WC晶粒长大倾向随烧结温度的提高而增大,而且WC在液相中的溶解度和溶解速度又随温度升高而增大,所以烧结温度的稍稍提高,都有可能导致WC晶粒明显长大。
2.钴含量:随Co含量的增加,烧结体内液相数量也增加,WC晶粒长大倾向随之增大。
3.碳含量:由于烧结体内的液相数量随含碳量增加而提高,同时烧结体内保持液相数量的时间随含碳量增加而延长,故提高烧结体含碳量必定使WC晶粒随之长大。
4.混合料粒度:原始粉末的颗粒越细,烧结时长大越严重,因为细颗粒WC在液相中的溶解度大且溶解速度较粗颗粒大。
5.添加剂:往合金中加入TaC、TiC、NbC等添加剂,可以阻止WC晶粒的不均匀长大,从而可以获得粒度较均匀的细晶粒合金。
4.7 烧结工艺选择一)烧结温度合金的烧结温度与其他化学成分有关,通常应高于基体碳化物与粘结金属的共晶温度40—100℃,不同合金的大致烧结温度范围如下:牌号烧结温度YG6 1400—1420℃YG8 1400--1420℃YG15 1390—1410℃YG20C 1450—1470℃YG11C 1450--1470℃YG6X 1370--1390℃YG6A 1360--1380℃实践证明,烧结温度在一个相当宽的范围内变化,都能使合金有足够的密度,因此,在生产实践中最经常考虑的问题是如何使合金有适当的晶粒度和性能。
而往往以合金的使用性能为主要依据来确定烧结温度,例如,对拉伸模具,耐磨零件和精加工用的切削工具,要求合金有较高的耐磨性,则应选取矫顽磁力出现极大值的烧结温度,对于地质钻探和采掘工具,冲击负荷较大的切削加工工具,要求合金具有较高的强度,则可适当的采用较高的烧结温度,高Co合金的使用条件通常是要求尽可能高的抗弯强度,所以对这类合金来说,合金抗弯强度出现极大值的温度应当是最适宜的烧结温度。
二)烧结时间必须保证足够的时间,才能完成烧结过程的组织转变。
尽管在一定范围内,烧结温度和时间可以相互补充,如高温快速或低温慢速,但是这个范围是有限的,如果温度不够,再延长时间也是没有作用的。
通常为了在最高烧结温度下,能够达到平衡状态,并有充分的组织转变时间,保温1—2小时是适当的。
但是烧结时间的确定还受其他因素的影响,如制品大小就是因素之一,一般情况下,大制品的烧结时间要比小制品长。
三)升温速度升温速度以单位时间内上升的温度数来表示。
升温速度根据设备状况及工艺特点而定,一般在出现液相之前的升温速度较快,之后较慢。
4.8 真空烧结真空熔炼在高纯和优质金属材料的制取方面应用很广,但真空烧结在粉末冶金中使用的历史不长,主要用于活性和难熔金属Be、Ti、Zr、Ta、Nb等,含Ti硬质合金,磁性合金和不锈钢等的烧结。
30年代硬质合金就开始应用真空烧结,近三十年来就获得了较大的发展。
真空烧结的优点是:(a)减少气氛中的有害气体(H2O、O2、N2)对产品的玷污,例如电解起氢的含水量要求降至-40 度露点极为困难,而获得这样的真空度则并不困难;(b)真空是最理想的惰性气体,当不宜用其他还原性和惰性气体时(如活性金属烧结),或者对容易出现托脱碳、渗碳的材料均可采用真空烧结;(c)真空可改善液相烧结的润湿性表1.3,有利于收缩和改善合金组织;(d)真空有助于Si、Al、Mg等杂质或其氧化物的排除,起到提纯材料的作用;(e)真空有利于排除吸附气体(孔隙中残留气体以及反应气体产物),对促进烧结后期的收缩作用明显。
从经济上看,真空烧结设备投资较大、单炉产量低的缺点之外,电能消耗是较低的,因为维持真空的消耗远远低于制备气氛的成本。