粉末冶金烧结培训.ppt

1、粉末冶金烧结介绍,主讲：,课 程 内 容,一、烧结原理 二、烧结过程 三、烧结炉主要类型 四、网带式烧结炉的特性 五、网带式烧结炉的基本构造 六、高温烧结设备简单介绍 七、烧结气氛介绍 八、常见不良分析,1. 烧结原理,就是将粉末压坯在低于其主要成分熔点的温度下进行加热保温，然后以一定的方式和速度进行冷却，从而获得所需要的强度和各种物理机械性能的一种过程。,输入,烧结过程,输出,粉末颗粒的聚集体,晶粒的 聚结体,温度、速度 气氛、流量,2.1 烧结的过程,A 粘结阶段 烧结初期,颗粒间的原始接触点或面转变成晶体结合，即通过成核、结晶长大等原子过程形成烧结颈。 B 烧结颈长大阶段 原子向颗粒结合

2、面的大量迁移使烧结颈扩大，颗粒间距离缩小，形成连续的孔隙网络；同时由于晶粒长大，晶界越过孔隙移动，而被晶界扫过的地方，孔隙大量消失。烧结体收缩，密度和强度增加是这个阶段的主要特征； C 闭孔隙球化和缩小阶段 当烧结体密度达到90%多数孔隙被完全分隔,闭孔数量大为增加，孔隙形状趋近球形并不断缩小。在这个阶段，整个烧结体仍可缓慢收缩，但主要是靠小孔的消失和孔隙数量的减少来实现。,2.1 烧结的过程,生坯,912度,1083度,1120度,烧结颈,2.2 各元素在烧结过程的作用 2.2.1 Cu,A 从生坯到910度以下 此状态下，生坯为铁粉+Cu粉及粉末颗粒间的缝隙构成。600度附近开始发生烧结现

3、象。开始有微量收缩。温度越高烧结越大。但此时未发生合金化。 B 在910度到Cu的熔点1083以下 因为烧结温度较高，铁粉和铜粉虽然在固态下有合金化反应，但烧结体此时组成大体和生坯相同状态 C 1083以上到1150 烧结温度高于1083度，烧结产品内的Cu颗粒进行融化，形成液相，流入铁粉颗粒间。当铜粉颗粒融化和流出后在原颗粒的位置形成流出孔隙。这就是含油轴承孔隙组织中的“储油孔隙”。随着温度的升高。液相Cu逐步扩散到铁中形成铁铜合金，致使烧结品体积膨胀和总孔隙度再次增大。在此阶段可认为基本形成了由“毛细状孔隙”与由Cu粉流出的储油孔隙组成含油轴承所需要的孔隙结构 D 1150度保温0-120

4、min 此温度下保温时间增长，孔隙逐步减小，产品产生收缩，强度徐徐增高。,2.2 各元素在烧结过程的作用 2.2.2 C,A 碳含量影响材料的显微组织中各相的含量，从而严重影响材料的力学性能。 B 随着碳含量的增加，抗拉强度先增后减。在0.8%时候最高，而延展率随碳含量的增加而呈下降趋势。轴向膨胀率随碳含量的增加而减少。,2.2 各元素在烧结过程的作用 2.2.2 C,C 碳在铁中通过扩散形成奥氏体，扩散得很快，10-20分钟内就溶解完全。 D 当铁粉全部转变为奥氏体后，碳在其中的浓度分布仍不均匀。温度低，烧结后将残留大量游离石墨，甚至不发生碳向奥氏体的溶解； E 烧结充分保温后冷却，奥氏体分

5、解，形成以珠光体为主要组织组成物的多相结构。珠光体的数量和形态取决于冷却速度，冷却愈快，珠光体弥散度愈大，硬度与强度也愈高。如果缓慢冷却，由于孔隙与残留石墨的作用，有可能加速石墨化过程。,2.2 各元素在烧结过程的作用,2.2 各元素在烧结过程的作用 2.2.3 Ni、Mo,A Ni粉在烧结时不能完全扩散，烧结状态下其组织为浅色富Ni奥氏体区，针状马氏体或贝氏体围绕在该区边缘。热处理状态下富Ni区为浅色，芯部为奥氏体，周围为针状马氏体。 B 富含Cu 和 Mo的颗粒边界，形成马氏体和下贝氏体。,2.2 各元素在烧结过程的作用 2.2.3 Ni、Mo,富Ni区形成奥氏体,珠光体,铁素体,富含Cu

6、 和 Mo的颗粒边界，形成马氏体和下贝氏体,3. 烧结炉的分类,按加热丝方式：分为燃料加热和电加热 按生产方式：间歇式和连续式 按传递方式：网带式、推舟式及步进梁,4. 连续烧结炉的特征和用途,优点：工件在运输过程中加热均匀，不受冲击震动，变形量小 缺点：网带是由耐热合金制成，一般情况最高温度1150，网带受耐热温度的限制，网带反复加热和冷却，寿命较短，热损失比较大,网带式烧结炉是在直通式炉膛中装输送带，连续地将放在其上的工件送入炉内，工件相对静止，平稳地通过炉膛加热，加热时间由无级调整网带来控制工件在炉内进行预热、烧结、冷却，最后由出炉口出炉。,5. 网带式连续烧结炉的基本构造介绍,预热阶段

7、型式 高温保温阶段型式 冷却段,5.1预热阶段型式,5.1.1 RBO（Rapid Burn Off）,原理：就是用液化石油气直接燃烧加速脱蜡,a 空气/瓦斯 C3H8+5（O2+4N2） 3CO2+4H2O+20N2 1 ： 25 空气量太多，表面脱碳无金属光泽 空气量太少，燃烧不完全表面积碳不干净 b 使用温度650 750 温度高：去除材质内润滑剂效果好，表面燃烧脱碳的倾向增加,5.1.2 炉芯管的预热带,a 特点 表面脱碳的倾向相对小，主要问题是比较会有爆米花现象 预热速度比较慢，相对预热时间长，增加了预热带的炉体长度，设备占地面积大 b “爆米花”形成原因 压坯在预热阶段，由于压坯内

8、润滑剂（硬脂酸锌）的分解，分解后的气体产物从粉末压坯中迅速逸出，随炉内气氛排向炉口燃烧。如果在此阶段升温速度过快，由于分解气体从压坯中逸出过猛，会形成压坯表面气泡和变形,预热阶段型式,c、预热阶段作用 预热粉末压坏和烧除润滑剂,预热阶段型式,5.2 高温保温阶段型式 ,5.2.1 有炉芯管的高温区（muffle马弗）,优点：炉子密封性好，耗气量少，电热元件及炉衬 不受炉气气氛的影响，炉内露点易维持 缺点：炉芯管的成本高，寿命不长,高温保温阶段型式 ,使压坯在规定温度下保温足够长的时间，从而获得烧结零件所需的物理机械性能,c、 高温保温阶段作用,5.2.2 SIC砌砖型式的高温区（brickwo

9、rk）,优点：炉芯使用周期长，成本低 缺点：炉内干燥时间长，停炉砖容易吸收水份，对炉子密封性要求高,5.3 冷却阶段型式,5.3.1 普通水套冷却 通过夹套内冷却水的作用，对产品进行间接冷热交换 一般来讲，水套中冷却水流方向与产品运行方向相反 水套冷却带中温度必须略高于炉内气氛露点温度,冷却阶段型式,5.3.2 快速冷却装置（Rapid Cooling） 工作原理：利用风扇循环炉内气体，并通过水冷热交换器将气体冷却下来，冷却后的气体喷向料舟和产品，通过前后风门的开度调节，从而控制循环气流量，这样就可以在一定的范围以内控制冷却速率和产品组织转变，以形成不同特定微观结构。 冷却阶段作用 使压坯从高

10、温缓慢冷却到再结晶温度，然后快速冷却以得到产品的最终组织结构,6.高温烧结炉简单介绍 ,a.温度使用范围01350 b. 高温烧结炉常见型式： 推舟式和步进梁式 c.高温烧结的目的 提高粉末冶金零件的力学性能,6.高温烧结炉简单介绍 ,d.高温烧结Fe-Mo-Cr-Cu合金零件的优点, 金成分更均匀 高的密度 内部空隙更小 更高的屈服强度 极限抗拉强度提高 硬度提高,7.烧结气氛,一、烧结气氛的作用,防止烧结制品氧化 控制碳势 排除炉内杂质 净化炉气,烧结后产品的组分不变即不氧化不脱碳 能还原粉末颗粒表面氧化 对烧结炉的加热文件、传送带、耐火材料腐蚀性小 使用安全 原料丰富、容易制取、成本低廉

11、,二、选择烧结气氛的原则,烧结气氛可分为还原性、真空及中性（惰性）、氧化性、渗碳性（或脱碳性）、氮化性等类型 根据制备气氛的原样不同分类： a.放热式气氛 b.吸热式气氛 c.防热吸热式气氛 d.有机液体裂解气氛 e.氨分解气氛 f.氮基气氛 g.木炭制备气氛 h.氢气,三、烧结气氛的分类,氨分解气氛是以液氨为原料，在催化剂的作用下分解反应温度850900获得的气氛、分解氨含氢量高、含氧量极微，少量水气容易干燥除去，是一种高纯度的还原性气氛。,2NH33H2+N2,1。原理,四、氨分解气氛,四、氨分解气氛,液氨瓶（槽） 气化 分解炉,冷却器 干燥净化系统 入炉,2。制备分解氨的流程,3。氨分解

12、气氛管理指标,残NH3量 NH3%要求0.1%以下,露点DP值 一般使用要求35以下,氮基气氛指的是以空气分离氮（液氮、分子筛制氮等）分别与一定量的氢 气，燃料气有机液体以及含有一定比例氧化性介质（H2O、CO2、空气）的燃料气混合，直接通入工作炉内所生成的气氛。,五、氮基气氛,吸热式气氛是将燃料气（天然气、丙烷等）按一定比例空气混合（完全燃烧程式20 40%）后，送入有外部供热（反应温度1000 1050）的反应管中，在催化剂（一般用NI基）的作用下进行裂解和不完全燃烧反应，所组成的气氛经迅速冷却而制成。,2C3H8+3O2+33.76N2 6CO+8H2+33.76N2,丙烷 空气 23%

13、 31% 46%,1。原理,六、吸热式气氛,炉外裂解装置（例如：RX烧结炉） 炉内裂解装置（例如：意得渗碳炉） 内置式发生装置（例如：扬保渗碳炉）,3。吸热式气氛的制备流程,2。吸热式气氛的制备方法,六、吸热式气氛,燃料要求： 价格低廉 裂解转化完全，不易积碳黑 硫含量低（180mg/m3 便于运输和储存 成分稳定,4。制备可控气氛燃料要求,六、吸热式气氛,国内外燃料要求对比,六、吸热式气氛,1 碳势 就是在工艺要求温度下把炉气调整到与某种钢的碳含量相平衡或者工件表面碳含量达到工艺要求 2 露点（DEW POINT） 当温度下降到足以使气氛中的水蒸汽达到完全饱和（凝结成雾状）时，我们把此时的温度称为露点温度,七、炉气碳势控制原理,3 炉气控制,3.1 吸热式气氛中主要成分性质,CO、H2、CH4 还原性气体 CO2、H2O 氧化性气体 N2 中性气体,氧化与还原：Fe+H2O FeO+H2 Fe+CO2 FeO+CO,增碳与脱碳：CO2+C 2CO H2O+C CO+H2 2H2+C CH4,七、炉气碳势控制原理,3.2 炉体碳势控制 就是控制上述这些炉体成分的相对量 3.3 CO2