粉末冶金(材料)

粉末冶金粉末冶金 材料材料 粉末冶金粉末冶金简介粉末冶金是冶金和材料科学的一个分支 是 以制造金属粉末和以金属粉末 包括混入少量非金属粉末 为原料 用成形 烧结法制造材料与制品的行业 粉末冶金行业是机械工业中重要的基础零部件制造业 粉末冶金制品按金属粉基和用途的不同 大致可分为粉末冶金机械 零件 摩擦材料 磁性材料 硬质合金材料等 其中粉末冶金机械 零件的应用领域广 需求量大 技术含量高 是粉末冶金行业中的 主导产品 随着现代粉末冶金制造技术的发展 粉末冶金制品作为可替代常规 的金属铸 锻 切削加工和结构复杂难以切削加工的机械零件 其 配套应用领域不断拓宽 从普通机械制造到精密仪器 从五金工具到大型机械 从电子工业 到电机制造 从民用工业到军事工业 从一般技术到尖端高技术 均能见到粉末冶金工艺的身影 在民用工业领域 粉末冶金制品已成为汽车 摩托车 家电 电动 工具 农业机械 办公用具等行业不可或缺的配套基础零部件 粉末冶金材料的主要类型 1 硬质合金硬质合金是以一种或几种难熔碳化物的粉末为主要成分 加入起粘结作用的钴粉末 用粉末冶金法制得的材料 常用硬质合金按成分和性能特点分为钨钴类 钨钴钛类 钨钛钽 铌 类 1 硬质合金的性能硬度高 常温下硬度可达69 81HRC 热硬性高 可达900 1000 耐磨性好 其切削速度比高速工具钢高4 7倍 刀具寿命高5 80倍 可切削50HRC左右的硬质材料 抗压强度高 但抗弯强度低 韧性差 耐腐蚀性和抗氧化性良好 线膨胀系数小 但导热性差 硬质合金材料不能用一般的切削方法加工 只能采用电加工 如电 火花 线切割 电解磨削等 或砂轮磨削 因此 一般是将硬质合金制品钎焊 粘结或机械夹固在刀体或模具 上使用 2 切削加工用硬质合金的分类和分组代号根据GB2075 87规定 切削加工用硬质合金按其切屑排除形式和加工对象范围不 同分为P M K三个类别 根据被加工材质及适应的加工条件不同 将各类硬质合金按用途进行分组 其代号由在主要类别代号后面加 一组数字组成 如P 01 M 10 K20等 3 硬质合金的应用硬质合金主要用于切削刀具 如车刀 铣刀等 硬质合金中碳化物含量越多 钴含量越少 则合金硬度 热硬性 耐磨性越高 但强度 韧性越低 YG类合金适宜加工脆性材料 YT类合金适宜加工塑性材料 同类合金中含钴量高的适于粗加工 含钴量低的适于精加工 硬质合金也用于制造冷作模具 如冷拉模 冷冲模 冷挤压模和冷 镦模等 其中YG类适用于拉深模 YG 6 YG8适用于小拉深模 YG15适用于大拉深模和冲压模具 硬质合金还用于制造量具和耐磨零件 如千分尺的测量头 车床顶 件尖 精轧辊和无心磨床的导板等 近年来 钢结硬质合金作为一种新型工模具材料 得到了广泛的应 用 钢结硬质合金经退火后 可进行切削加工 经淬火 回火后 有相 当于硬质合金的高硬度和耐模性 一定的耐热 耐蚀和抗氧化性 也可焊接和锻造 适用于制造形状复杂的刀具 如麻花钻 铣刀等 模具和耐磨件 2 粉末冶金减摩材料根据基体主加元素不同 粉末冶金减摩材料分 为铁基材料和铜基材料 铁基减摩材料常用的有铁 石墨粉末合金和铁 硫 石墨粉末合金 前者的组织为珠光体基体 铁素体 渗碳体 石墨 孔隙 硬度30 110HBS 后者的组织除与前者的组织相同外 还有硫化物 可进一 步改善减摩性 硬度为35 70HBS 铜基减摩材料常用的是青铜粉末 石墨粉末制成的合金 硬度为20 40HBS 具有较好的导热性 耐蚀性和抗咬合性 但承压能力较铁基 减摩材料小 粉末冶金减摩材料一般用于制造中速 轻载荷的轴承 尤其适宜制 造不能经常加油的轴承 如纺织机械 电影机械 食品机械 家用 电器等的轴承 在汽车 拖拉机 机床电机中也有应用 3 粉末冶金结构材料粉末冶金结构材料根据基体金属不同 分为铁 基和铜基材料 铁基材料根据化合碳量的不同分为烧结铁 烧结低碳钢 烧结中碳 钢和烧结高碳钢 如果铁基材料中含有合金组元铜和钼称为烧结铜 钢和烧结铜钼钢 铁基结构材料制成的结构零件精度高 表面粗糙度值小 不需或只 需少量切削加工 节省材料 生产率高 制品多孔 可浸润滑油 可以减摩 减振 消声 粉末冶金结构材料广泛应用于制造机械零件 如机床上的调整垫圈 调整环 端盖 滑块 底座 偏心轮 汽车中的油泵齿轮 差速 器齿轮 止推环 拖拉机上的传动齿轮 活塞环以及接头 隔套 螺母 油泵转子 挡套 滚子等 铜基结构材料与铁基结构材料相比抗拉强度低 塑性 韧性较高 具有良好的导电 导热和耐腐蚀性能 可进行各种镀涂处理 常用 于制造体积较小 形状复杂 尺寸精度高 受力较小的仪表仪器零 件及电器 机械产品零件 如小模数齿轮 凸轮 紧固件 阀 销 套等结构件 4 粉末冶金摩擦材料粉末冶金摩擦材料根据基体金属不同分为铁基 和铜基材料 根据工作条件不同分为干式和湿式材料 湿式材料适 宜在油中工作 粉末冶金摩擦材料由基本组元和辅助组元组成 摩擦材料的承载能力 热稳定性耐磨性和耐热性由基本组元的成分 结构和性能来保证 辅助组元可进一步完善基体性能 铁基摩擦材料在高温高载荷下摩擦性能良好 能承受较大压力 铜基摩擦材料工艺性较好 摩擦系数稳定 抗粘 抗卡性好 湿式 工作条件下耐磨性优良 常用于油中工作 粉末冶金摩擦材料主要用于制作机床 拖拉机 汽车 矿山车辆 工程机械和飞机上的离合器和制动器 粉末冶金基本工艺粉末冶金基本工艺包括粉末的制取 成型和烧结 粉末制取方法有机械粉碎法 还原法 雾化法 电解法 气相沉积 法 液相沉积法 还原 化合法等 模压 钢模 成型是粉末冶金生产中采用最广的成型方法 是将松 散粉末制成具有预定几何形状 尺寸 密度和强度的半成品或成品 烧结是在高温下粉末颗粒之间物质发生迁移的复杂过程 其结果导 致粉末颗粒之间结合的加强和粉末烧结体的进一步致密化 粉末冶金的生产过程 1 生产粉末 粉末的生产过程包括粉末的制取 粉料的混合等步骤 为改善粉末的成型性和可塑性通常加入汽油 橡胶或石蜡等增塑剂 2 压制成型 粉末在500 600MPa压力下 压成所需形状 3 烧结 在保护气氛的高温炉或真空炉中进行 烧结不同于金属熔化 烧结时至少有一种元素仍处于固态 烧结过程中粉末颗粒间通过扩散 再结晶 熔焊 化合 溶解等一 系列的物理化学过程 成为具有一定孔隙度的冶金产品 4 后处理 一般情况下 烧结好的制件可直接使用 但对于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度 耐磨性的制件还要进 行烧结后处理 后处理包括精压 滚压 挤压 淬火 表面淬火 浸油 及熔渗等 粉末冶金技术的应用与作用第一 为制造业和国防工业提供特种材 料 制造业是国民经济持续发展的基础 是工业化 现代化建设的发动 机和动力源 粉末冶金制品在制造业特别是装备制造业中使用的高强度 高密度 机械零件 硬质合金 电触头材料 多种永磁与软磁材料 烧结金 属过滤材料等越来越多 在国防工业中 如运载火箭 导弹 航空发动机 舰船 核工业 军用电子工业中使用的耐热耐蚀 难熔金属 超硬材料等都属于粉 末冶金领域 都只能用粉末冶金技术制造 在现代科学技术中 纳米技术也是粉末冶金的一个新兴领域 因此 在世界范围内 粉末冶金技术一直是倍受关注的材料科学领 域内的一项高新技术 第二 粉末冶金技术的另一个主要发展方向是制造机械零件 包括结构零件 含油轴承及烧结摩擦材料等 粉末冶金零件起始于1916年 表现在铜基粉末冶金含油轴承的产业 化 随着汽车工业的发展 粉末冶金零件开始用于汽车制造业 为适应汽车对环保 节能 降低