粉末冶金材料的热处理工艺
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粉末冶金热处理一、前言粉末冶金热处理是一种重要的金属材料加工方法,它能够通过高温处理改善材料的性能,提高其机械性能、耐腐蚀性和耐磨损性等。
本文将从粉末冶金的基础知识开始,详细介绍粉末冶金热处理的原理、方法和应用。
二、粉末冶金基础知识1. 粉末冶金定义粉末冶金是一种制造零件的技术,它通过将金属或非金属材料制成微小颗粒,再利用压缩、烧结等工艺将这些颗粒化为块体或形成复合材料。
2. 粉末制备方法常用的粉末制备方法有机械法、化学法和物理法等。
其中机械法是最常用的方法之一,包括球磨法、振荡球磨法和高能球磨法等。
3. 粉末冶金加工工艺主要包括压制、烧结和后处理等过程。
其中压制是将粉末填充到模具中进行压缩成形;烧结则是将压制好的坯体进行高温处理,使其颗粒结合成为固体材料;后处理则是对烧结好的材料进行加工和表面处理。
三、粉末冶金热处理原理1. 热处理定义热处理是指通过加热和冷却等方式改变材料的组织结构和性能,以达到提高其机械性能、耐腐蚀性和耐磨损性等目的的过程。
2. 粉末冶金热处理原理粉末冶金材料在制备过程中由于颗粒之间存在空隙,因此其密度较低。
而经过高温热处理后,这些空隙会被填充,颗粒之间的结合力也会增强,从而提高了材料的密度和强度。
此外,热处理还可以改善材料的晶体结构和组织状态,增强其机械性能、耐腐蚀性和耐磨损性等。
四、粉末冶金热处理方法1. 真空烧结法真空烧结法是一种在真空环境下进行高温加工的方法。
由于真空环境下不存在氧化反应,因此可以避免材料表面被氧化和污染。
此外,真空烧结法还可以控制材料的晶体结构和组织状态,从而提高其机械性能和耐腐蚀性能。
2. 气氛烧结法气氛烧结法是一种在特定气氛下进行高温加工的方法。
常用的气氛有惰性气体、还原性气体和氧化性气体等。
这种方法可以控制材料的晶体结构和组织状态,从而改善其性能。
3. 热等静压法热等静压法是一种将粉末填充到模具中后,在高温高压下进行加工的方法。
这种方法可以使材料颗粒之间更加紧密地结合,从而提高其密度和强度。
粉末冶金齿轮零件生产加工中几种常用的热处理方法
粉末冶金齿轮是传动零件中的重要组成部分,是传递动力的核心部件。
所以粉末冶金齿轮必须具有高硬度、高强度、高密度等特点。
如何用热处理的方式提高粉末冶金齿轮的硬度和强度是粉末冶金齿轮生产加工中的必要环节。
下面介绍几种常用的热处理方法。
1.退火和正火
退火和正火是烧结钢生产上应用的预备热处理工艺。
退火和正火的目的是消除内应力,调节材料的组织结构,从而调节钢的力学性能和工艺性能,为下道工序做好组织和性能的准备,如在复压、整形、切削等加工前要经过退火处理。
对于使用要求不高的机械零件,退火和正火产品也可作为成品使用。
2.淬火
将烧结钢加热到临界点以上的温度,保温以后以大于临界的冷却速度,快冷到马氏体组织的热处理工艺称为淬火。
淬火是烧结钢用的最多的热处理方法,通过淬火得到的马氏体组织以提高烧结钢的强度、硬度和耐磨性能。
烧结钢的淬火原理和工艺基本上与致密钢相似。
所不同的是烧结钢淬火过程需要在中性或渗碳性气氛中进行,以防止孔隙表面氧化。
由于烧结钢的孔隙特征,通常是采用油淬,其淬火工艺包括加热奥氏体化、淬火和回火。
3.回火
淬火之后必须回火,回火就是将淬火钢加热到780℃以上的温度,保温以后以适当方式冷却到室温的热处理工艺。
回火的目的有两个,一个是消除内应力,降低材料的脆性。
回火又分为,低温回火、中温回火和高温回火。
关于热处理的方法还有很多,以上是比较常用的几种。
粉末冶金铁基零件的烧结-硬化处理作者:刘宁凯来源:《城市建设理论研究》2014年第22期摘要:铁基粉末冶金零件用烧结-硬化处理,能得到和常规的热处理相同的显微组织与力学性能,从而可取消传统的将零件用间歇式加热炉重新加热奥氏体化-油淬火等作业,不但节能,而且可减低生产费用。
关键词:粉末冶金铁基零件;烧结硬化;淬透性中图分类号:TF文献标识码: A一、粉末冶金铁基零件的烧结以及热处理工艺(一)烧结工艺烧结实际是将压述在低于主要组分恪点的温度下进行的热处理。
目的是使粉末颗粒问从机械喃合转变为原子之间的晶界结合。
压还内部是粉末颗粒表面问机械压力下接触,而原子与原子之间结合的材料,需要通过烧结,使压还达到冶金结合的材料,使粉末冶金材料达到所需要的力学性能和物化性能。
图1烧结过程示意图如图1所示,图1(a)是烧结前压述中粉末的接触状态,这种结合只是机械结合,粉末颗粒的界面仍然可区分可分离开。
图1 (b)中粉末颗粒接触点的结合状态发生了改变,颗粒界面为晶界面所取代。
随着烧结的进行,结合面增加,直至颗粒界面完全转变为晶界面,最后成为图1(C)所示的状态,颗粒之间的孔隙由不规则的形状转变为球形的孔隙。
粉末烧结是系统自由能降低的过程,换句话说,压还的内能高于烧结体的内能,其主要体现在:(1)粉末颗粒的表面能。
粉末压还具有很大的表面自由能,这种表面能随粉末颗粒的细化而增加。
压还烧结后,颗粒表面消失,将会释放出较大的表面能,这也成为烧结的驱动能。
(2)粉末颗粒内部的畸变能。
在混合和压制过程中粉末颗粒会发生变形而产生畸变,蕴藏着丰富的能量,这些能量液是烧结的驱动能。
由此可见,压还从热力学上来说是处于非常不稳定的状态。
当内能高到一定的程度会发生自动烧结,但在一般情况下,体系的内能不足以驱动烧结进行,所以需要加热到某一温度才能进行烧结。
(二)热处理与其他金属材料一样,我们同样可以通过热处理的方法改善粉末冶金材料力学性能。
应用在粉末冶金材料中的热处理方法有:退火、正火、萍火、回火以及渗碳、渗氮等。
粉末冶金的生产过程
粉末冶金是一种通过粉体材料制造金属和合金的技术。
生产过程包括如下几个步骤:
1.材料粉碎: 通过研磨机将原材料粉碎成粉末状。
2.混合: 将不同的金属粉末混合在一起,以达到所需的化
学成分。
3.压坯: 通过压坯机将粉末压成坯体。
4.烧结: 将坯体置于高温炉中,经过高温烧结,使粉末粘
合在一起并形成金属块。
5.成型: 将烧结后的金属块加工成所需的形状,可以使用
铣削、钻孔、镗削等工艺。
6.热处理: 将金属块置于高温炉中进行热处理,以调整金
属的组织结构和性能。
7.淬火: 将金属块置于高温炉中进行淬火,以提高金属的
硬度和耐磨性。
8.深火: 将金属块置于高温炉中进行深火,以提高金属的
韧性。
9.清理: 将金属块清理干净,以确保其表面干净无杂质。
10.检测: 对金属块进行检测,以确保其质量符合标准。
硬度在HRC50以上的粉末材料的开发与烧结热处理工艺的研究摘要:本文研究了一种高硬度铁基粉末冶金材料及其生产工艺。
通过选用不同的粉末材质并在不同工艺条件下做各项对比实验得到的性能数据,开发出了一种硬度在HRC50以上的高性价比的粉末冶金材料和烧结热处理工艺。
关键字:粉末冶金、预合金、表面硬度、烧结硬化、渗铜、热处理一、前言现代粉末冶金工业,除了通常所讲的生产铁粉、铜粉等金属粉末和生产铁基、铜基粉末冶金制品等产业外,广义地讲,还应包括用粉末冶金技术制造的所有产品门类的产业。
本文主要介绍铁基粉末冶金材料及其生产工艺。
铁基金属粉末是粉末冶金生产的基本原料,为满足铁基粉末冶金制品生产对金属粉末的各种性能要求,又研究了各种各样的铁粉的生产方法、不同的压制成型工艺、烧结工艺及热处理方法。
文中开发了一种硬度在HRC50以上的铁基粉末冶金产品。
常规条件下,需要将粉末冶金产品的表面硬度达到HRC50以上是有一定难度的。
为满足粉末冶金产品表面的高硬度,整个过程必须非常谨慎严格。
铁粉分为普通纯铁粉和添加合金元素的预合金化铁粉,从原料铁粉的选用上我们需要选取添加一定合金成分的预合金化铁粉,文中各种铁粉均由山东鲁银新材料科技有限公司提供;压制、烧结、热处理等工艺均在禹城粉末冶金制品有限公司进行。
二、实验的方法和过程(一)实验的原料粉末和材料配比:选用5种铁粉作为基粉加入适量的石墨粉、铜粉和润滑剂,润滑剂的含量为0.7%,将粉末压制成形。
5种实验粉末的材料配比分别如下,1#粉:LAP100.29+1.0%C+1.8%Cu+0.7%润滑剂,LAP100.29为水雾化纯铁粉,粉末600MPa压缩性能为7.18g/cm3;2#粉:LAP100.29Mo2+0.6%C+0.7%润滑剂,LAP100.29Mo2为水雾化预合金化钼元素铁粉,Mo含量为0.80—1.00%;3#粉:LAP100.29Mo3+0.6%C+0.7%润滑剂,LAP100.29Mo3为水雾化预合金化钼元素铁粉,Mo含量为1.40—1.60%;4#粉:LAP100.29A4+0.6%C+0.7%润滑剂,LAP100.29A4为水雾化预合金化镍和钼元素铁粉,Mo含量1.30%,Ni含量为1.45%;5#粉:LAP100.29A5+0.6%C+0.7%润滑剂,LAP100.29A4为水雾化预合金化低镍和低钼元素铁粉,Mo含量0.90%,Ni含量为0.50%。
粉末冶金材料的热处理工艺热处理是粉末冶金材料制备过程中的关键步骤之一,通过控制材料的温度和时间,在一定的环境条件下改变材料的组织结构和性能,从而达到提高材料性能的目的。
本文将介绍粉末冶金材料的热处理工艺及其影响因素。
一、热处理的基本原理热处理是通过加热和冷却来改变材料的组织结构和性能。
具体来说,热处理可以改变材料的晶粒尺寸、晶界分布、相组成和相形态等。
通过调控这些因素,可以改善材料的硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
二、热处理的基本步骤粉末冶金材料的热处理通常包括加热、保温和冷却三个步骤。
1. 加热:将粉末冶金材料置于炉中,通过加热设备提供的热能使材料升温。
加热温度应根据材料的成分和热处理要求进行选择,一般可以分为预热、保温和回火等几个阶段。
2. 保温:在达到所需的加热温度后,将材料保持在一定温度下一段时间,以使材料内部发生相应的组织变化。
保温时间的长短应根据材料的性质和要求来确定。
3. 冷却:在保温结束后,需要将材料迅速冷却至室温。
冷却速度的选择对于材料性能的改善至关重要,过快或过慢的冷却速度都可能导致材料性能不理想。
三、影响热处理效果的因素1. 温度:热处理温度是影响材料组织和性能的重要因素。
过高的温度可能导致材料过度烧结或晶粒长大,而过低的温度则可能使材料的相变不完全。
2. 时间:保温时间的长短对于材料的组织结构和性能有着重要影响。
过短的保温时间可能无法完全实现相变,而过长的保温时间则可能导致材料的晶粒长大。
3. 冷却速度:冷却速度的选择对于材料性能的改善至关重要。
过快的冷却速度可能导致材料的内部应力过大,而过慢的冷却速度则可能使材料的相变不完全。
4. 环境气氛:热处理过程中的气氛对于材料的表面质量和性能有着重要影响。
不同的气氛条件下,材料的表面可能会发生氧化、碳化等现象,从而影响材料的性能。
四、热处理工艺的应用粉末冶金材料的热处理工艺广泛应用于汽车、航空航天、电子、机械等行业。
例如,在汽车制造中,通过热处理可以提高发动机零部件的耐磨性和耐高温性能;在航空航天领域,热处理可以提高飞机结构材料的强度和耐腐蚀性能。
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11Metallurgical smelting冶金冶炼粉末冶金材料的热处理工艺薛 松(广州众山精密科技有限公司,广东 广州 510000)摘 要:近年来,我国现代工业发展速度加快,现代工业生产技术、原材料等都在不断的发生变化。
粉末冶金材料在目前现代工业应用中已经逐渐代替一些传统高密度、高精度的复杂零件。
随着粉末冶金材料使用范围的不断扩大,后期处理工艺的不足将会导致粉末冶金材料使用时的具体性能受到影响。
就此,本文笔者将针对粉末冶金材料种类、热处理工艺等展开讨论。
关键词:粉末冶金材料;分类;热处理;工艺中图分类号:TF125 文献标识码:A 文章编号:11-5004(2021)12-0011-2收稿日期:2021-06作者简介:薛松,男,生于1983年,汉族,江苏南通人,硕士,研究方向:新材料及其加工工艺开发。
随着现代社会的不断发展,各行业技术水平都得到了明显的上升,在当前的汽车工业领域、生活用品制造领域以及机械设备制造等,粉末冶金材料的应用都愈加的频繁,并且已经占据了较大比重。
无论是在低密度、低硬度、低强度的铸铁材料中,还是在高密度、高硬度、高强度的精密复杂零件中,粉末冶金材料的优势性都更加的显著,而之所以在各领域中呈现出这一景象,最主要的原因就是在于粉末冶金工艺技术的发展与进步。
热处理技术作为主要的工艺之一,在粉末冶金材料的热处理效果上,目前仍然存在一定缺陷,而造成缺陷的原因与粉末冶金材料的物理性能差异以及热处理工艺差异具有密切关系。
随着各铸造冶炼企业的不断研究,目前粉末冶金材料的物理性能以及力学性能缺陷已经通过各种热处理工艺获得了明显改善,大大提升粉末冶金材料强度、耐磨性,这对于粉末冶金材料的实际应用来说,意义非凡。
1 粉末冶金材料分类粉末冶金材料主要是通过粉末冶金工艺制作而成的多孔、半致密或是全致密的材料以及制品。
之所以粉末冶金材料在现如今的现代工业领域中应用广泛,主要原因在于粉末冶金材料是由独特的化学组成,具有物理、力学性能,这是传统熔铸工艺所无法获得的。
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:
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着效果,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
粉末冶金材料在热处理时,通过快速冷却抑制奥氏体扩散转变成其他组织,从而获得马氏体,而孔隙的存在对材料的散热性影响较大。
通过导热率公式:
导热率=金属理论导热率×(1-2×孔隙率)/100
可以看出,淬透性随着孔隙率的增加而下降。
另一方面,孔隙还影响材料的密度,对材料热处理后表面硬度和淬硬深度的效果又因密度影响而有关联,降低了材料表面硬度。
而且,因为孔隙的存在,淬火时不能用盐水作为介质,以免因盐分残留造成腐蚀,所以,一般热处理是在真空或气体介质中进行的。
2.孔隙率对热处理时表面淬硬深度的影响
粉末冶金材料的热处理效果与材料的密度、渗(淬)透性、导热性和电阻性有关,孔隙率是造成这些因素的最大原因,孔隙率超过8%时,气体就会通过空隙迅速渗透,在进行渗碳硬化时,增加渗碳深度,表面硬化的效果就会降低。
而且,如果渗碳气体渗入速度过快,在淬火中会产生软点,降低表面硬度,使材料脆变和变形。
3.合金含量和类型对粉末冶金热处理的影响
合金元素中常见的是铜和镍,它们的含量与类型都会对热处理效果产生影响。
热处理硬化深度随铜含量、碳含量的增加而逐渐增高达到一定含量时又逐渐降低;镍合金的刚度要大于铜合金,但是镍含量的不均匀性会导致奥氏体组织不均匀;
4.高温烧结的影响
高温烧结虽然可以获得最佳的合金化效果和促进致密化,但是,烧结温度的不同,特别是温度较低时,会导致热处理的敏感性下降(固溶体中的合金减少)和机械性能下降。
因此,采用高温烧结,辅助以充分的还原气氛,可以获得较好的热处理效果。
四、结语
粉末冶金材料的热处理工艺是一个复杂的过程,它与孔隙率、合金类型、合金元素含量、烧结温度有关系,同致密材料相比,内部的均匀性较差,要想获得较高的淬透性,要提高完全奥氏体化温度并延长时间,不均匀奥氏体渗碳可得到不受奥氏体饱和碳浓度限制的高碳浓度。
另外,加入合金元素也可提高淬透性。
蒸汽处理可显着提高其防腐性能和表面硬度。
参考文献:
[1]曹放,粉末冶金材料的热处理工艺试验,粉末冶金技术,1993,11
[2]刘传习,周作平,解子章等,粉末冶金工艺学,科学普及出版社,1987,27
[3]董盼,合金化对粉末冶金铁基合金的组织结构与性能的影响,合肥工业大学材料学
院2001届硕士论文。