粉末冶金零件的金相制样
除铸造、机械成形与机械加工等技术外，粉末冶金（P/M）技术也是制造金属零件的重要方法之一。该技术可极大减少钢锭金属的不良性能，通过混合不同金属粉末、或金属与非金属粉末，可以达到预期理想的金属性能，而采用其它方法，这些金属通常不易熔成合金。
粉末加工、将其压制为有用形状、以及烧结的过程费用很高，但与锻件或铸件相比，采用这种方法最终制成的零件具有某些无可比拟的优点。
主要优点包括：
- 可生成精细均质晶粒结构
- 可形成复杂形状，尺寸公差精密
- 制成品表面光洁度性能优良
与其它成形方法相比，花费很高的机械加工过程可得以缩减或直接除去，于是减小了碎屑损失。因此，对于小型、形状复杂，和精密零件（如齿轮、链环等）的大批量生产而言，粉末冶金技术是最经济有效的方法。
而且，通过该加工技术，可制造大量特种合金，这些合金具有完全不同材料性能，如高温刚度与硬度。由碳化钨粉末烧结而成的高速切割刀具正是这样一个实例：采用粉末冶金加工技术获得许多独特的金属性能。烧结压制零件的密度影响强度、韧性、硬度等重要性能，因此，达到特定的孔隙度至关重要。为了进行工艺流程控制，需应用金相学知识以检验孔隙度、非金属杂质、以及交叉污染等。在研究与失效分析中，金相学也是一个主要工具，用于开发新产品，改进加工工艺。除化学分析外，质量控制还包括一些物理方法，以检验密度、尺寸变化、流率等。
金相制样困难之处
研磨与抛光下图表示正确、典型孔隙度。
解决方案：足够长时间抛光
粉末冶金零件制备
制造
为了达到粉末金属零件的理想构造与近净成形，需对以下生产程序进行严格工艺流程控制：
- 制备粉末
- 将粉末与添加剂（如：润滑剂、碳、和合金元素）混合
- 在硬质合金模具中压制粉末
- 在保护性气体环境下高温烧结（1100℃-1200℃）
化学方法与雾化法是粉末制备中两种最常用的方法。化学方法将金属在低于熔点的温度下从矿石氧化物直接转变为金属粉末。例如，铁粉末制备如下：首先，直接从铁矿中提炼出海绵铁，然后，通过机械加工，将海绵铁压碎为粉末，再通过降低温度退火进一步精炼得到纯铁粉末。这种方法适宜于合金与低密度金属应用场合，如轴承。
在雾化加工过程中，合金熔融金属液体流经一个喷嘴，并经高压水流或气体喷流冲击。于是形成微滴，固化后，形成粒状物。与机械碎化粉末相比，雾化粉末可得到更高的金属密度，因此，所有的钢粉末都是通过雾化法加工的。铜粉末通过雾化法或电解法进行制备。碳化钨粉末通过在钨粉末中加入一定控制量的碳，并在1400-2650℃高温下渗碳得到。粉末制备与混合是一个非常专业、复杂的工艺加工过程，通过该过程，可定制粉末达到设计性能，以满足特定应用需求。粉末混合良好不仅可实现特种合金所需的性能，而且，对于方便下一步粉末处理、压制与烧结也非常有必要。
例如：粉末的易流动性、及其与其它粉末的均匀混合性对于粉末在压制之前均匀分布非常重要，确保最终制作完成的零件内部结构保持均质一致。零件加工时，混合粉末首先在高压下硬质合金模具中压制成形。在此阶段，零件具有最终产品的几何形状，但没有达到其强度要求，因而被称之为“绿色”部件。为了改进材料的机械与物理性能，需通过在烧结炉中高温烧结进行冶金结合。冶金结合通过相邻晶粒之间扩散得以实现。为了避免氧化作用（氧化作用将影响晶粒间的结合），烧结过程应在保护性气体环境下进行。冶金结合增加了零件密度，经压制与烧结后的粉末金属零件通常含有5-25%的残余孔隙。根据应用需要，一些零件还需另外经过热均衡压制以使尺寸更为精确，或经过表面抛光、油浸渗等工艺过程。然后，进行终处理，如表面硬化、电镀、或涂层等。
粉末冶金零件金相制样困难之处
硬质合金的烧结通过真空烧结工艺流程进行。碳粉末与3-25%质量分数的钴混合，并加入微量的钛与碳化钽以抑制晶粒生长。然后对该混合物进行压制与烧结。在1280-1350℃高温下，钴发生液化作用，并形成类似共晶体状的WC/Co。温度稍低后开始发生固化，并在液化之后很快达到理论上100%。在液化过程中，零件体积缩减达40%之多。
应用
粉末冶金零件主要用于以下领域：
- 机械与结构零件，主要是铁基，也有铜、黄铜、青铜、与铝等。粉末冶金（P/M）零件的最大用户是汽车工业领域。零件供应商应用该技术制造连杆、同步接合套、链轮、凸轮、齿轮等。
- 耐高温金属，因其熔点很高，通过熔化、铸造很难制造。
- 多孔材料，其中孔隙度经过控制以作特殊用途，如自润滑轴承。
- 不形成合金的复合材料，如用于电触点的铜/钨、硬质合金切割工具（图3）、制动衬片与离合器衬片材料、金刚石切割工具、或金属基复合材料等。
- 特种重型合金，如用于喷气式发动机零件的镍钴基超合金；以及高速工具钢，其碳分布均匀，并具有各向同性性能（图4、5）。
此外，还生产用于热喷涂涂层的各种粉末与粉末混合物，并经金相质量控制。金相制样的主要挑战在于：在研磨与抛光后显示真实的孔隙度。根据材料的硬度不同，成功程度也不尽相同。在软金属研磨过程中，磨掉的金属被压入孔中，然后通过抛光去除。混合有硬材料与软材料的零件样品具有显著离隙。因“绿色”零件易碎，其制样尤其需要谨慎与耐心。
粉末冶金零件制样建议
切割
要对特种金属与合金的粉末冶金零件进行切割，用户可根据推荐的表格与准则选择合适的切割砂轮。对于混合材料，建议选用的切割砂轮应能适宜于对零件主要组成材料进行切割。对于烧结硬质合金，建议使用树脂粘合的金刚石切割砂轮（24TRE，25EXO）。“绿色”零件在切割前需镶嵌在冷埋树脂中（请参见“镶嵌”章节），以避免夹紧时被压碎。
镶嵌
为了确保镶嵌树脂与样品材料之间具有很好的粘性，有必要在镶嵌之前采用丙酮、甲苯、或合成异构烷油 C*等，彻底清除样品油渍（处理溶剂时，请遵循安全使用操作规程）。烧结零件可热镶嵌在树脂中，树脂与样品材料的硬度一致，可采用酚醛树脂（ M u l t i F a s t ）或增强树脂(DuroFast,IsoFast）。“绿色”零件在切割后需在真空环境下用冷埋环氧树脂(CaldoFix,EpoFix,SpeciFix-40）重新浸渗。可通过将少量（约1/2茶匙）粉末与慢凝环氧树脂混合，并将其倒入埋杯容器的方法，对粉末进行镶嵌。在8小时凝固过程中，微粒在杯底沉淀，形成层状物。硬金属粉末可通过与一量匙微粒镶嵌树脂IsoFast混合的方法，进行热镶嵌。然后，将混合物倒入镶样机圆筒中，并用酚醛树脂封顶。
研磨与抛光
粉末金属的研磨与抛光遵循相同的程序，即制备相同材料钢锭样品的程序。大批量材料硬
度>150HV的样品粗磨可在氧化铝磨石、或金刚石研磨盘（MDPiano）上进行。材料硬度<150HV，可在碳化硅砂纸上粗磨。对于金刚石精磨而言，精磨盘MD-Al legro适用于材料硬度>150HV的样品，而MD-Largo适用于材料硬度<150HV的样品。然后用3μm金刚石悬浮液进行完全抛光，并用1μm
悬浮液、或氧化抛光悬浮液进行短暂终抛光，粉末冶金零件制样的主要目标之一是显示真实的孔隙度，因此，金刚石抛光步骤应足够长以达到该目标（参见图6-9），这一点非常重要。对于大型零件、或软金属零件制样，金刚石抛光需长达10-15分钟，以去除研磨过程中压入孔中的残余金属，并显示真实的孔隙度。对于软金属而言，不应无谓拖长终抛光时间，因这将导致孔边缘磨圆。从500#或800#开始，“绿色”零件将在碳化硅砂纸上手工研磨至4000#。如有必要，表面需重新浸渗。对于单个零件制样，抛光可在半自动抛光机上进行。
为了确定特种合金与零件的正确抛光时间，建议在抛光过程中每隔两分钟用显微镜检验其金相结构一次，只有当全部残余金属都从孔中去除后，才能进行下一步抛光程序。一般而言，建议使用多晶金刚石悬浮液对粉末金属进行抛光。如抛光过程过长，可使用Diapro金刚石悬浮液来代替。
清洗与干燥
抛光后，有必要用水/清洁剂混合液对样品进行清洗，以去除孔中残余的抛光悬浮液与润滑剂。然后再用水清洗，随后，用异丙醇溶液进行彻底清洗；将样品放在一个合适的角度，用温热空气流进行干燥。请勿从顶部直接将空气流吹向样品表面，因为这样将迫使液流从孔中排出，从而在表面上留下污渍（图10）。使用高品质乙醇进行清洗，以最小程度减小污渍，这一点非常重要。
粉末冶金(P/M)铜的制样方法
浸蚀
建议首先检验未浸蚀的样品，以查核密度、孔形状尺寸、氧化与杂质状况、烧结凹槽与游离石墨（参见图11、12）等。
掌握理论密度，以与孔隙度相比较，这一点非常重要。经过这样的初步检验后，建议对样品即刻进行浸蚀以避免污渍干燥（当清洗与干燥液流从孔中逐渐排出时，即发生干燥）。与具有定量孔隙度的其它粉末金属相较，对于非常致密的硬质合金而言，这一点就不那么重要。为了显示内部结构，可使用文献中提及的常用化学腐蚀溶液，用于金属及其合金的腐蚀。浸蚀程序如下：用异丙醇润湿表面，将样品表面朝上，浸入浸蚀剂中，并微幅搅动。当达到一定的浸蚀时间后，将样品从浸蚀剂中取出，根据选用的浸蚀剂（参见下图），用异丙醇或水进行清洗，并用热气流进行干燥。干燥后，应立即制作文字说明文档与照片文档。
粉末冶金(P/M)钢的制样方法
烧结硬质合金的制样方法
浸蚀时间取决于合金材料，时间选定需要经验。如浸蚀时间过短，不同相之间的对比度就不够。如浸蚀时间过长，则很难对不同相进行区分鉴别（参见图15-17）。如对某些不熟悉的材料进行浸蚀，建议缩短浸蚀时间，并先用显微镜检验浸蚀结果。如有必要，可再进一步浸蚀；而如果样品被过度浸蚀，则只有重新抛光。以下是一些常用的浸蚀剂。混合或使用化学试剂时，请遵循标准安全使用规程。
铜与铜合金：
1. 100ml水 20ml盐酸溶液 5g三氯化铁 10-20秒先用水清洗，然后用异丙醇溶液清洗
2. 100ml水 10g过硫酸铵溶液。仅可使用新鲜未用的溶液！
先用水清洗，然后用异丙醇溶液清洗钢：
1. 1-3%硝酸乙醇腐蚀液，用于铁碳合金、铁碳铜合金、及预熔铁钼合金
100ml乙醇1-3ml硝酸10-60秒，取决于碳含量用异丙醇溶液清洗（图14）
2. 使用苦味酸乙醇溶液，区分马氏体与奥氏体
100ml乙醇 4g苦味酸 10-60秒，取决于碳含量。先用水清洗，然后用异丙醇溶液清洗(图13) 3. 区分珠光体、贝氏体、与马氏体：200ml乙醇 4g苦味酸 1-2ml硝酸 20-100秒，取决于碳含量及合金成分先用水清洗，然后用异丙醇溶液清洗
不锈钢：
Vllella试剂：45ml甘油15ml硝酸30ml盐酸30秒至5分钟先用水彻底清洗，然后用异丙醇溶液清洗
烧结碳化钨：Murakami试剂100ml水10g氢氧化钠或氢氧化钾10g铁氰化钾
通过浸泡进行浸蚀，或擦洗浸蚀先用水彻底清洗，然后用异丙醇溶液清洗
小结：
粉末冶金是零件制造的方法之一，适宜于通常不易熔成合金的金属零件制备，或结合了金属与非金属各自优点的复合材料零件制备。尽管粉末冶金过程花费很高，但对于均质结构、形状复杂的小型零件大批量生产而言，该方法非常经济有效。压制烧结零件的密度对其强度、韧性、与硬度产生影响。因此，孔隙度的金相检验是质量控制必不可少的一部分。
在金相研磨过程中，金属被压入孔中，如随后的抛光程序执行不正确，盖住孔隙的残余金属“盖”将影响孔隙度的正确评估。用金刚石进行完全研磨与抛光，并在抛光过程中进行显微检查，可确保正确显示金属内部结构。自动制样特定程序及化学浸蚀剂已在日常实验室中得以实际成功应用，其结果具有可重复性。
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
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
第20卷第2期2010年4月 粉末冶金工业 PO WDER MET ALLURGY INDUST RY Vo l.20No.2 A pr.2010 收稿日期:2009-10-22 作者简介:孙世杰(1966-),男(汉),北京人,硕士,工程师,主要从事粉末冶金材料科学与工程信息咨询工作。 近年铁基粉末冶金行业发展浅析 孙世杰 (北京钢友粉末冶金技术咨询中心,北京 100081) 摘 要:本文分析说明了美国、欧洲和日本铁基粉末冶金行业的生产和市场状况,列举了近年铁基粉末冶金行业出现的一些比较重要的新技术,指出铁基粉末冶金行业的经济技术交流正向跨地区、跨行业和更进一步专业化的方向发展。铁基粉末冶金行业中一些传统的交流方式可以利用网络增强,互联网上一些研究领域的信息则需要被分类整理、集中发布,形成更高效的沟通机制,提出在一些铁基粉末冶金研究领域建立研究网络的设想。关键词:铁基粉末冶金;产业网络;研究网络中图分类号:TF12 文献标识码:A 文章编号:1006-6543(2010)02-0053-07 ADVA NCE IN T H E FERROU S POWDER M ETALLURGY SUN Sh-i jie (Beijing Gang you Consult Center for Pow der M etallurg y,Beijing 100081,China) Abstract:T he market and pro duction of ferr ous pow der m etallurgy in America,Europe and Japan are analy sed 1Several key new techno logies are enumerated 1T he econom ic and technical exchange o f ferro us pow der metallurg y becam e mo re transregional,m ult-i industrial and spe -cialized 1The traditional w ays of ex chang e may be ex tended by w eb 1Inform ation on w eb needs to be classified and issued centralized 1A batter channel for ex chang e is necessary 1A proposal of set up som e resear ch netw or ks in this field is put fo rw ar d. Key w ords:Ferr ous Pow der Metallurg y;Industry Netw ork;Research Netw ork 从第二次世界大战末期德国工程师发现铁粉经过压制、烧结后可以用于替代有色金属制造弹箍,至今铁基粉末冶金制品的生产已经有了60多年的历史,一些铁基粉末冶金制品的生产技术已经比较成熟。同时由于发展中国家的劳动力价格相对低廉,如果发展中国家掌握了铁基粉末冶金制品的生产技术和经营管理,发展中国家生产的铁基粉末冶金产品就会在国际市场具有很强的竞争力。当前,随着一些新兴工业化国家的崛起,形成了一些新兴的粉末冶金市场,世界铁基粉末冶金生产和市场的格局正在改变。为此,了解世界主要地区铁基粉末冶金行业的发展状况,研究铁基粉末冶金行业的技术创 新、经济技术交流和生产,有利于我国获得和利用相 关资源,从而增强我国铁基粉末冶金行业的竞争力。 1 近年欧洲、美国和日本铁基粉末冶金行业的发展和预测 粉末冶金生产用铁基粉末的货运量基本可以做为衡量铁基粉末冶金行业发展状况的标尺,表1中的统计数据大致反映了近年世界主要地区铁基粉末冶金行业的发展状况。 1999年-2007年美国粉末冶金生产用铁基粉末货运量的统计见表1。近年美国三大汽车公司汽
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
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岀的优点是什么？ 粉末冶金最突岀的优点有两个： （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）能够直接制造岀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%X上，它还能在一些制品中以铁代铜，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？ 用于粉末冶金的粉末物理性能主要包括以下三项：（ 1）粉末的颗粒形状；（ 2）粉末的粒度和粒度组成；（3）粉末的比表面。
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
前言 材料是中国四大产业之一，它包括有机高分子材料、复合材料、金属材料及无机非金属材料。粉末冶金技术作为金属材料制造的一种，以其不可替代的独特优势与其它制造方法共同发展。粉末冶金相对其它冶金技术来说具有：成本低；加工余量少；原料利用率高；能生产多孔材料等其它方法不能生产或着很难生产的材料等优势。 粉末冶金是制取金属粉末以及将金属粉末或金属粉末与非金属粉末混合料成型和烧结来制取粉末冶金材料或粉末冶金制品的技术。粉体成形是粉体材料制备工艺的基本工序。模具是实现粉体材料成形的关键工艺装备。模具的设计要尽可能的接近产品的形状，机构设计合理表面光滑，减少应力集中，避免压坯分层、开裂。模具本身要有一定的强度保证压制的次数，不易变形。 粉体模压成形模具主要零件包括：阴模、芯杆、模冲。模具设计首先要厂家提供产品图，再确定成型的方式，收集压坯设计的基本参数（包括：松装密度、压坯密度、粉体的流动性、及烧结收缩系数等。）来算得压坯的尺寸。根据压坯形状尺寸以及服役条件和要求来设计出成型模具尺寸，校核模具强度。最后在用模具试压，若压坯合格，则此模具复合要求。 本次课程设计之前，我们已经学习了《热处理原理与工艺》、《金属物理与力学性能》、《粉末冶金原理》、《硬质合金生产原理》等相关课程的知识。 这次在老师的指导下，和同学的相互讨论，自己查阅资料，基本上懂得了模具设计的步骤和方法。相信经过这次设计后，对以后的工作会有很大的帮助。
1 设计任务 本课程设计的任务是生产一批有色金属扁材拉制模坯，其形状和尺寸如下图： 1.1 产品分析 由产品图可知H/D<3，因此，该产品适合单向压制。产品的斜边角度不大，因此，装粉比较容易，可用单从头压制。产品内部的斜角可直接做在芯杆上。菱角的倒角不长，可适合用上冲头压制。 1.2 材质的选择 该模具生产的产品用于拉制模坯，对产品的强度及耐磨性能要求很高，再根据客户所提供的要求，综合考虑选用硬质合金材料YG8作为材质。 2 压坯设计 2.1 压坯形状设计 型号 D H a b h h 1 h 2 R r e 42-14×5.9 45 20 14.6 5.9 3 3 6 4 1 1.5
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
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。
粉末冶金制品的后继处理工艺 一、粉末冶金制品的硫化处理 (一)硫化处理的目的 硫化处理在粉末冶金制品中作为减摩材料应用时,以铁基含油轴承的应用最为广泛。烧结含油轴承（含石墨量1%—4%）制造工艺简单、成本低，在PV〈18～25公斤·米/厘米2·秒情况下，可代替青铜，巴氏合金等减摩材料。但在繁重的工作条件下，如摩擦表面上滑动速度过高和单位负荷较大时，则烧结零件的耐磨性能和寿命会迅速降低。为了提高多孔铁基减摩零件的减摩性能，降低摩擦系数，提高工作温度以扩大其使用范围，采用硫化处理是一种值得推广的方法。 硫及大部分硫化物都具有一定的润滑性能。硫化铁就是一种良好的固体润滑剂，特别是在干摩擦的条件下，硫化铁的存在，具有很好的抗咬合性。 粉末冶金铁基制品，利用其毛细孔可以浸渍相当多的硫，经过加热可使硫与孔隙表面的铁生成硫化铁，它均匀地分布于制品的各处，在摩擦表面上起着良好的润滑作用，并可以改善切削加工性能。硫化处理后的制品，其摩擦和切削表面都显得很光滑。 多孔烧结铁经硫化处理后，最突出的作用是具有很好的干摩擦性能。在无油润滑的工作条件下（即不准加油或无法加油），是一种令人满意的自润滑材料，并且有很好的抗咬合性，减少啃轴现象。此外，这种材料的摩擦特性与一般减摩材料不同。一般材料随着比压的增加，摩擦系数开始变化不大，当比压超过一定值后，摩擦系数急剧增加。而经过硫化处理后的多孔烧结铁，其摩擦系数在很大比压范围内随其比压增加反而下降。这就是减摩材料一种可贵的特性。 经硫化处理后的烧结铁基含油轴承，可在250℃以下顺利地工作。 （二）硫化处理工艺 硫化处理的工艺比较简单，不需要专门的设备，其工艺为： 将硫放入坩埚中加热熔化，温度控制在120～130℃时，此时硫的流动性较好，若温度过高，则不利于浸渍。将需要浸渍的烧结制品先预热至100～150℃，然后将制品浸入熔化的硫液中，浸渍3～20分钟，未预热的制品浸渍25～30分钟。视制品的密度，壁厚及所需浸入量来决定浸渍时间。密度低、壁厚薄的浸渍时间可少；反之亦然。浸完后取出制品，流尽剩余的硫。最后，将浸渍过的制品放入炉内，通氢保护，亦可以用木炭保护，加热到700～720℃保温0.5～1小时，此时，浸入的硫与铁作用生成硫化铁。对于密度为6～6.2克/厘米3的制品，硫进入量约为35～4%（重量百分比）。加热焙烧是为了使浸入零件孔隙中的硫形成硫化铁。
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：