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粉末冶金是制取金屬粉末并通過成形和燒結(jié)等工藝將金屬粉末或與非金屬粉末的混合物制成制品的加工方法，既可制取用普通熔煉方法難以制取的特殊材料，又可制造各種精密的機械零件，省工省料。但其模具和金屬粉末成本較高，批量小或制品尺寸過大時不宜采用。粉末冶金材料和工藝與傳統(tǒng)材料工藝相比，具有以下特點：
1．粉末冶金工藝是在低于基體金屬的熔點下進行的，因此可以獲得熔點、密度相差懸殊的多種金屬、金屬與陶瓷、金屬與塑料等多相不均質(zhì)的特殊功能復(fù)合材料和制品。
2．提高材料性能。用特殊方法制取的細小金屬或合金粉末，凝固速度極快、晶粒細小均勻，保證了材料的組織均勻，性能穩(wěn)定，以及良好的冷、熱加工性能，且粉末顆粒不受合金元素和含量的限制，可提高強化相含量，從而發(fā)展新的材料體系。
3．利用各種成形工藝，可以將粉末原料直接成形為少余量、無余量的毛坯或凈形零件，大量減少機加工量。提高材料利用率，降低成本。
粉末冶金的品種繁多，主要有：鎢等難熔金屬及合金制品；用Co、Ni等作粘結(jié)劑的碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）等硬質(zhì)合金，用于制造切削刀具和耐磨刀具中的鉆頭、車刀、銑刀，還可制造模具等；Cu合金、不銹鋼及Ni等多孔材料，用于制造燒結(jié)含油軸承、燒結(jié)金屬過濾器及紡織環(huán)等。隨著粉末冶金生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，粉末冶金及其制品將在更加廣泛的應(yīng)用。
1 粉末冶金基礎(chǔ)知識
⒈1 粉末的化學(xué)成分及性能
尺寸小于1mm的離散顆粒的集合體通常稱為粉末，其計量單位一般是以微米（μm）或納米（nm）。
1.粉末的化學(xué)成分
常用的金屬粉末有鐵、銅、鋁等及其合金的粉末，要求其雜質(zhì)和氣體含量不超過1%～2%，否則會影響制品的質(zhì)量。
2.粉末的物理性能
⑴ 粒度及粒度分布
粉料中能分開并獨立存在的最小實體為單顆粒。實際的粉末往往是團聚了的顆粒，即二次顆粒。圖7.1.1描繪了由若干一次顆粒聚集成二次顆粒的情形。實際的粉末顆粒體中不同尺寸所占的百分比即為粒度分布。
⑵ 顆粒形狀
即粉末顆粒的外觀幾何形狀。常見的有球狀、柱狀、針狀、板狀和片狀等，可以通過顯微鏡的觀察確定。
⑶ 比表面積
即單位質(zhì)量粉末的總表面積，可通過實際測定。比表面積大小影響著粉末的表面能、表面吸附及凝聚等表面特性。
3.粉末的工藝性能
粉末的工藝性能包括流動性、填充特性、壓縮性及成形性等。
⑴ 填充特性
指在沒有外界條件下，粉末自由堆積時的松緊程度。常以松裝密度或堆積密度表示。粉末的填充特性與顆粒的大小、形狀及表面性質(zhì)有關(guān)。
⑵ 流動性
指粉末的流動能力，常用50克粉末從標(biāo)準(zhǔn)漏斗流出所需的時間表示。流動性受顆粒粘附作用的影響。
⑶ 壓縮性
表示粉末在壓制過程中被壓緊的能力，用規(guī)定的單位壓力下所達到的壓坯密度表示，在標(biāo)準(zhǔn)模具中,規(guī)定的潤滑條件下測定。影響粉末壓縮性的因素有顆粒的塑性或顯微硬度，塑性金屬粉末比硬、脆材料的壓縮性好；顆粒的形狀和結(jié)構(gòu)也影響粉末的壓縮性。
⑷ 成形性 指粉末壓制后，壓坯保持既定形狀的能力，用粉末能夠成形的最小單位壓制壓力表示，或用壓坯的強度來衡量。成形性受顆粒形狀和結(jié)構(gòu)的影響。
1.2 粉末冶金的機理
1.壓制的機理
壓制就是在外力作用下，將模具或其它容器中的粉末緊密壓實成預(yù)定形狀和尺寸壓坯的工藝過程。鋼模冷壓成形過程如圖7.1.2所示。粉末裝入陰模,通過上下模沖對其施壓。在壓縮過程中，隨著粉末的移動和變形，較大的空隙被填充，顆粒表面的氧化膜破碎，顆粒間接觸面積增大，使原子間產(chǎn)生吸引力且顆粒間的機械楔合作用增強，從而形成具有一定密度和強度的壓坯。
2.等靜壓制
壓力直接作用在粉末體或彈性模套上，使粉末體在同一時間內(nèi)各個方向上均衡受壓而獲得密度分布均勻和強度較高的壓坯的過程。按其特性分為冷等靜壓制和熱等靜壓制兩大類。
⑴ 冷等靜壓制
即在室溫下等靜壓制，液體為壓力傳遞媒介。將粉末體裝入彈性模具內(nèi)，置于鋼體密封容器內(nèi)，用高壓泵將液體壓入容器，利用液體均勻傳遞壓力的特性，使彈性模具內(nèi)的粉末體均勻受壓。因此，冷等靜壓制壓坯密度高，較均勻，力學(xué)性能較好，尺寸大且形狀復(fù)雜，已用于棒材、管材和大型制品的生產(chǎn)。
⑵ 熱等靜壓制
把粉末壓坯或裝入特制容器內(nèi)的粉末體置入熱等靜壓機高壓容器中，施以高溫和高壓，使這些粉末體被壓制和燒結(jié)成致密的零件或材料的過程。在高溫下的等靜壓制，可以激活擴散和蠕變現(xiàn)象的發(fā)生，促進粉末的原子擴散和再結(jié)晶及以極緩慢的速率進行塑性變形，氣體為壓力傳遞媒介。粉末體在等靜壓高壓容器內(nèi)同一時間經(jīng)受高溫和高壓的聯(lián)合作用，強化了壓制與燒結(jié)過程，制品的壓制壓力和燒結(jié)溫度均低于冷等靜壓制，制品的致密度和強度高，且均勻一致，晶粒細小，力學(xué)性能高，消除了材料內(nèi)部顆粒間的缺陷和孔隙，形狀和尺寸不受限制。但熱等靜壓機價格高，投資大。熱等靜壓制已用于粉末高速鋼、難熔金屬、高溫合金和金屬陶瓷等制品的生產(chǎn)。
3.粉末軋制
將粉末通過漏斗喂入一對旋轉(zhuǎn)軋輥之間使其壓實成連續(xù)帶坯的方法。將金屬粉末通過一個特制的漏斗喂入轉(zhuǎn)動的軋輥縫中，可軋出具有一定厚度、長度連續(xù)、強度適宜的板帶坯料。這些坯體經(jīng)預(yù)燒結(jié)、燒結(jié)，再軋制加工及熱處理等工序，就可制成具有一定孔隙度的、致密的粉末冶金板帶材。粉末軋制制品的密度比較高，制品的長度原則上不受限制，軋制制品的厚度和寬度會受到軋輥的限制；成材率高為80%～90%，熔鑄軋制的僅為60%或更低。粉末軋制適用于生產(chǎn)多孔材料、摩擦材料、復(fù)合材料和硬質(zhì)合金等的板材及帶材。
4.粉漿澆注
是金屬粉末在不施加外力的情況下成形的，即將粉末加水或其它液體及懸浮劑調(diào)制成粉漿，再注入石膏模內(nèi)，利用石膏模吸取水分使之干燥后成形。常用的懸浮劑有聚乙烯醇、甘油、藻骯酸鈉等，作用是防止成形顆粒聚集，改善潤濕條件。為保證形成穩(wěn)定的膠態(tài)懸浮液，顆粒尺寸不大于5μm～10μm，粉末在懸浮液中的質(zhì)量含量為40%～70%。粉漿成形工藝參見本書6.2.2。
5.擠壓成形
將置于擠壓筒內(nèi)的粉末、壓坯或燒結(jié)體通過規(guī)定的模孔壓出。按照擠壓條件不同，分為冷擠壓和熱擠壓。冷擠壓是把金屬粉末與一定量的有機粘結(jié)劑混合在較低溫度下（40℃～200℃）擠壓成坯塊；粉末熱擠壓是指金屬粉末壓坯或粉末裝入包套內(nèi)加熱到較高溫度下壓擠，熱擠壓法能夠制取形狀復(fù)雜、性能優(yōu)良的制品和材料。擠壓成形設(shè)備簡單，生產(chǎn)率高，可獲得長度方向密度均勻的制品。
擠壓成形能擠壓出壁很薄直經(jīng)很小的微形小管，如厚度僅0.01mm，直徑1mm的粉末冶金制品；可擠壓形狀復(fù)雜、物理力學(xué)性能優(yōu)良的致密粉末材料，如燒結(jié)鋁合金及高溫合金。擠壓制品的橫向密度均勻，生產(chǎn)連續(xù)性高，因此，多用于截面較簡單的條、棒和螺旋形條、棒（如麻花鉆等）。
6.松裝燒結(jié)成形
粉末未經(jīng)壓制而直接進行燒結(jié)，如將粉末裝入模具中振實，再連同模具一起入爐燒結(jié)成形，用于多孔材料的生產(chǎn)；或?qū)⒎勰┚鶆蛩裳b于芯板上，再連同芯板一起入爐燒結(jié)成形，再經(jīng)復(fù)壓或軋制達到所需密度，用于制動摩擦片及雙金屬材料的生產(chǎn)。
將置于擠壓筒內(nèi)的粉末、壓坯或燒結(jié)體通過規(guī)定的模孔壓出。按照擠壓條件不同，分為冷擠壓和熱擠壓。冷擠壓是把金屬粉末與一定量的有機粘結(jié)劑混合在較低溫度下（40℃～200℃）擠壓成坯塊；粉末熱擠壓是指金屬粉末壓坯或粉末裝入包套內(nèi)加熱到較高溫度下壓擠，熱擠壓法能夠制取形狀復(fù)雜、性能優(yōu)良的制品和材料。擠壓成形設(shè)備簡單，生產(chǎn)率高，可獲得長度方向密度均勻的制品。
7.爆炸成形
借助于爆炸波的高能量使粉末固結(jié)的成形方法。爆炸成形的特點是爆炸時產(chǎn)生壓力很高，施于粉末體上的壓力速度極快。如炸藥爆炸后，在幾微秒時間內(nèi)產(chǎn)生的沖擊壓力可達106MPa（相當(dāng)于107個大氣壓），比壓力機上壓制粉末的單位壓力要高幾百倍至幾千倍。爆炸成形壓制壓坯的相對密度極高，強度極佳。如用炸藥爆炸壓制電解鐵粉，壓坯的密度接近純鐵體的理論密度值。
爆炸成形可加工普通壓制和燒結(jié)工藝難以成形的材料，如難熔金屬、高合金材料等，還可壓制普通壓力無法壓制的大型壓坯。
除上述方法外，還有注射成形及熱等靜壓制新技術(shù)等新的成形方法。
2.燒結(jié)的機理
燒結(jié)是粉末或壓坯在低于其主要組分熔點溫度以下的熱處理過程，目的是通過顆粒間的冶金結(jié)合以提高其強度。隨著溫度升高，粉末或壓坯中產(chǎn)生一系列的物理、化學(xué)變化：水和有機物的蒸發(fā)或揮發(fā)、吸附氣體的排除、應(yīng)力消除以及粉末顆粒表面氧化物的還原等，接著粉末表層原子間的相互擴散和塑性流動。隨著顆粒間接觸面的增大，會產(chǎn)生再結(jié)晶和晶粒長大，有時出現(xiàn)固相的熔化和重結(jié)晶。以上各過程常常會相互重疊，相互影響，使燒結(jié)過程變得十分復(fù)雜。燒結(jié)過程中制品顯微組織的變化如圖7.1.3所示。
2 粉末冶金工藝
2.1 粉末制備
金屬粉末的制備方法分為兩大類：機械法和物理化學(xué)法。還有新研制的機械合金化法，汞齊法、蒸發(fā)法、超聲粉碎法等超微粉末制造技術(shù)。制備方法決定著粉末的顆粒大小、形狀、松裝密度、化學(xué)成分、壓制性、燒結(jié)性等。
2.2粉末的預(yù)處理
粉末的預(yù)處理包括粉末退火、分級、混合、制粒、加潤滑劑等。
1. 退火
粉末的預(yù)先退火可以使氧化物還原，降低碳和其它雜質(zhì)的含量，提高粉末的純度；同時，還能消除粉末的加工硬化、穩(wěn)定粉末的晶體結(jié)構(gòu)。退火溫度根據(jù)金屬粉末的種類而不同，通常為金屬熔點的0.5～0.6K。通常，電解銅粉的退火溫度約為300，電解鐵粉或電解鎳粉的約為700℃，不能超過900℃。退火一般用還原性氣氛，有時也用真空或惰性氣氛。
2.分級
將粉末按粒度大小分成若干級的過程。分級使配料時易于控制粉末的粒度和粒度分布，以適應(yīng)成形工藝要求，常用標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)篩分進行分級。
3.混合
指將兩種或兩種以上不同成分的粉末均勻化的過程。混合基本上有兩種方法：機械法和化學(xué)法，廣泛應(yīng)用的是機械法，將粉末或混合料機械的摻和均勻而不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。機械法混料又可分為干混和濕混，鐵基等制品生產(chǎn)中廣泛采用干混；制備硬質(zhì)合金混合料則常使用濕混。濕混時常用的液體介質(zhì)為酒精、汽油、丙酮、水等。化學(xué)法混料是將金屬或化合物粉末與添加金屬的鹽溶液均勻混合；或者是各組元全部以某種鹽的溶液形式混合，然后經(jīng)沉淀、干燥和還原等處理而得到均勻分布的混合物。
常需加入的添加劑，用于提高壓坯強度或防止粉末成分偏析的增塑劑（汽油、橡膠溶液、石蠟等），用于減少顆粒間及壓坯與模壁間摩擦的潤滑劑（硬質(zhì)酸鋅、二硫化鉬等）。
4.制粒
將小顆粒的粉末制成大顆?；驁F粒的工序，常用來改善粉末的流動性。常用的制粒設(shè)備有振動篩、滾筒制粒機、圓盤制粒機等。
2.3 成形
成形是將粉末轉(zhuǎn)變成具有所需形狀的凝聚體的過程。常用的成形方法有模壓、軋制、擠壓、等靜壓、松裝燒結(jié)成形、粉漿澆注和爆炸成形等。
1.模壓
即粉末料在壓模內(nèi)壓制。室溫壓制時一般需要約1噸/厘米2以上的壓力，壓制壓力過大時，影響加壓工具；并且有時坯體發(fā)生層狀裂紋、傷痕和缺陷等。壓制壓力的最大限度為12—15噸／厘米2。超過極限強度后，粉末顆粒發(fā)生粉碎性破壞。
圖7.2.1 常用的模壓方法
1、8—固定模沖 2、6—固定陰模 3—粉末
4、5、7、10—運動模沖
9—浮動陰模
常用的模壓方法有單向壓制、雙向壓制、浮動模壓制等。⑴ 單向壓制
即固定陰模中的粉末在一個運動模沖和一個固定模沖之間進行壓制的方法，如圖7.2.1(a)所示。單向壓制模具簡單，操作方便，生產(chǎn)效率高，但壓制時受摩擦力的影響，制品密度不均勻，適宜壓制高度或厚度較小的制品。
⑵ 雙向壓制
陰模中粉末在相向運動的模沖之間進行壓制的方法，如圖7.2.1(b)所示。雙向壓制比較適宜高度或厚度較大的制品。雙向壓制壓坯的密度較單向壓制均勻，但雙向同時加壓時，壓坯厚度的中間部分密度較低。
⑶ 浮動壓制
浮動陰模中的粉末在一個運動模沖和一個固定模沖之間進行壓制，如圖7.2.1(c)。陰模由彈簧支承，處于浮動狀態(tài)，開始加壓時，由于粉末與陰模壁間摩擦力小于彈簧支承力，只有上模沖向下移動；隨著壓力增大，當(dāng)二者的摩擦力大于彈簧支承力時，陰模與上模沖一起下行，與下模沖間產(chǎn)生相對移動，使單向壓制轉(zhuǎn)變?yōu)閴号鞯碾p向受壓，而且壓坯雙向不同時受壓，這樣壓坯的密度更均勻。
2.4 燒結(jié)
1.燒結(jié)的方法
不同的產(chǎn)品、不同的性能燒結(jié)方法不一樣。
⑴按原料組成不同分類?？梢詫Y(jié)分為單元系燒結(jié)、多元系固相燒結(jié)及多元系液相燒結(jié)。單元系燒結(jié)是純金屬（如難熔金屬和純鐵軟磁材料）或化合物(Al2O3、B4C、BeO、MoSi2等)熔點以下的溫度進行固相燒結(jié)。多元系固相燒結(jié)是由兩種或兩種以上的組元構(gòu)成的燒結(jié)體系，在其中低熔成分的熔點溫度以下進行的固相燒結(jié)。粉末燒結(jié)合金多屬于這一類。如Cu-Ni、Fe-Ni、Cu-Au、W-Mo、Ag-Au、 Fe-Cu、W-Ni、Fe-C、 Cu-C、Cu-W、Ag-W等。多元系液相燒結(jié)以超過系統(tǒng)中低熔成分熔點的溫度進行的燒結(jié)。如W-Cu-Ni、W-Cu、WC-Co、TiC-Ni、Fe-Cu(Cu>10%、Fe-Ni-Al、Cu-Pb、Cu-Sn、 Fe-Cu(Cu<10%)等
⑵ 按進料方式不同分類。分為為連續(xù)燒結(jié)和間歇燒結(jié)。
連續(xù)燒結(jié)
燒結(jié)爐具有脫蠟、預(yù)燒、燒結(jié)、制冷各功能區(qū)段，燒結(jié)時燒結(jié)材料連續(xù)地或平穩(wěn)、分段地完成各階段的燒結(jié)。連續(xù)燒結(jié)生產(chǎn)效率高，適用于大批量生產(chǎn)。常用的進料方式有推桿式、輥道式和網(wǎng)帶傳送式等。
間歇燒結(jié)
零件置于爐內(nèi)靜止不動，通過控溫設(shè)備，對燒結(jié)爐進行需要的預(yù)熱、加熱及冷卻循環(huán)操作，完成燒結(jié)材料的燒結(jié)過程。間歇燒結(jié)可依據(jù)爐內(nèi)燒結(jié)材料的性能確定合適的燒結(jié)制度，但生產(chǎn)效率低，適用于單件、小批量生產(chǎn)，常用的燒結(jié)爐有鐘罩式爐、箱式爐等。
除上述分類方法外。按燒結(jié)溫度下是否有液相分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)；按燒結(jié)溫度分為中溫?zé)Y(jié)和高溫?zé)Y(jié)（1100～1700℃），按燒結(jié)氣氛的不同分為空氣燒結(jié)，氫氣保護燒結(jié)（如鉬絲爐、不銹鋼管和氫氣爐等）和真空燒結(jié)。另外還有超高壓燒結(jié)、活化熱壓燒結(jié)等新的燒結(jié)技術(shù)。
2.影響粉末制品燒結(jié)質(zhì)量的因素
影響燒結(jié)體性能的因素很多，主要是粉末體的性狀、成形條件和燒結(jié)的條件。燒結(jié)條件的因素包括加熱速度、燒結(jié)溫度和時間、冷卻速度、燒結(jié)氣氛及燒結(jié)加壓狀況等。
⑴ 燒結(jié)溫度和時間
燒結(jié)溫度的高低和時間的長短影響到燒結(jié)體的孔隙率、致密度、強度和硬度等。燒結(jié)溫度過高和時間過長，將降低產(chǎn)品性能，甚至出現(xiàn)制品過燒缺陷；燒結(jié)溫度過低或時間過短，制品會因欠燒而引起性能下降。
⑵ 燒結(jié)氣氛
粉末冶金常用的燒結(jié)氣氛有還原氣氛、真空、氫氣氛等。燒結(jié)氣氛也直接影響到燒結(jié)體的性能。在還原氣氛下燒結(jié)防止壓坯燒損并可使表面氧化物還原。如鐵基、銅基制品常采用發(fā)生爐煤氣或分解氨，硬質(zhì)合金、不銹鋼常采用純氫。活性金屬或難熔金屬（如鈹、鈦、鋯、鉭）、含TiC的硬質(zhì)合金及不銹鋼等可采用真空燒結(jié)。真空燒結(jié)能避免氣氛中的有害成分（H2O、O2、H2）等的不利影響，還可降低燒結(jié)溫度（一般可降低100～150℃）。
2.5 后處理
指壓坯燒結(jié)后的進一步處理，根據(jù)產(chǎn)品具體要求決定是否需要后處理。常用的后處理方法有復(fù)壓、浸漬、熱處理、表面處理和切削加工等。
1.復(fù)壓
為提高燒結(jié)體物理和力學(xué)性能而進行的施加壓力處理，包括精整和整形等。精整是為達到所需尺寸而進行的復(fù)壓，通過精整模對燒結(jié)體施壓以提高精度。整形是為達到特定的表面形狀而進行的復(fù)壓，通過整形模對制品施壓以校正變形且降低表面粗糙度值。復(fù)壓適用于要求較高且塑性較好的制品，如鐵基、銅基制品。
2.浸漬
用非金屬物質(zhì)（如油、石蠟和樹脂等）填充燒結(jié)體孔隙的方法。常用的浸漬方法有浸油、浸塑料、浸熔融金屬等。浸油即在燒結(jié)體內(nèi)浸入潤滑油，改善其自潤滑性能并防銹，常用于鐵、銅基含油軸承。浸塑料是采用聚四氟乙烯分散液，經(jīng)固化后，實現(xiàn)無油潤滑，常用于金屬塑料減摩零件。浸熔融金屬可提高強度及耐磨性，鐵基材料常采用浸銅或鉛。
3.熱處理
對燒結(jié)體加熱到一定溫度，再通過控制冷卻方法等處理，以改善制品性能的方法。常用的熱處理方法有淬火、化學(xué)熱處理、熱機械處理等，工藝方法一般與致密材料相似。對于不受沖擊而要求耐磨的鐵基制件可采用整體淬火，由于孔隙的存在能減少內(nèi)應(yīng)力，一般可以不回火。而要求外硬內(nèi)韌的鐵基制件可采用淬火或滲碳淬火。熱鍛是獲得致密制件常用的方法，熱鍛造的制品晶粒細小，且強度和韌性高。
4.表面處理
常用的表面處理方法有蒸汽處理、電鍍、浸鋅等。蒸汽處理是工件在500～560℃的熱蒸汽中加熱并保持一定時間，使其表面及孔隙形成一層致密氧化膜的表面工藝，用于要求防銹、耐磨或防高壓滲透的鐵基制件。電鍍應(yīng)用電化學(xué)原理在制品表面沉積出牢固覆層，其工藝方法同致密材料。電鍍用于要求防銹、耐磨及裝飾的制件。
此外，還可通過鍛壓、焊接、切削加工、特種加工等方法進一步改變燒結(jié)體的形狀或提高精度，以滿足零件的最終要求。電火花加工、電子束加工、激光加工等特種加工方法以及離子氮化、離子注入、氣相沉積、熱噴涂等表面工程技術(shù)已用于粉末冶金制品的后處理，進一步提高了生產(chǎn)效率和制品質(zhì)量。
3 粉末冶金零件結(jié)構(gòu)的工藝性
粉末冶金材料常用的成形方法是在剛性封閉模具中將金屬粉末壓縮成形，模具成本較高；由于粉末流動性較差，且又受到摩擦力的影響，壓坯密度一般較低且分布不均勻，強度不高，薄壁、細長形和沿壓制方向呈變截面的制品還難以成形。因此，采用壓制成形的零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)注意下列問題。
⑴ 盡量采用簡單、對稱的形狀，避免截面變化過大以及窄槽、球面等，以利于制模和壓實，如圖7.3.1所示。
⑵ 避免局部薄壁，以便裝粉壓實和防止出現(xiàn)裂紋,如圖7.3.2所示。
⑶ 避免側(cè)壁上的溝槽和凹孔，以利于壓實或減少余塊。
⑷ 避免沿壓制方向截面積漸增，以利于壓實。各壁的交接處應(yīng)采用圓角或倒角過渡，避免出現(xiàn)尖角，以利于壓實及防止模具或壓坯產(chǎn)生應(yīng)力集中。
4:粉末冶金材料
粉末冶金是一項很有發(fā)展的新技術(shù)、新工藝，已廣泛應(yīng)用在農(nóng)機、汽車、機床、冶金、化工、輕工、地質(zhì)勘探、交通運輸?shù)雀鞣矫?。粉末冶金材料有工具材料及機械零件和結(jié)構(gòu)材料。工具材料大致有粉末高速鋼、硬質(zhì)合金、超硬材料 、陶瓷工具材料及復(fù)合材料等。機械零件和結(jié)構(gòu)材料有粉末減摩材料，包括多孔減摩材料和致密減摩材料；粉末冶金鐵基零件及粉末冶金非鐵金屬零件等。
1.硬質(zhì)合金
硬質(zhì)合金由硬質(zhì)基體（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%～97% ）和粘結(jié)金屬兩部分組成。硬質(zhì)基體是難熔金屬的碳化物，如碳化鎢及碳化鈦等；粘結(jié)金屬為鐵族金屬及合金，以鈷為主。
⑴ 硬質(zhì)合金的種類和牌號
硬質(zhì)合金為一種優(yōu)良的工具材料，主要用作切削刀具、金屬成形工具、礦山工具、表面耐磨材料及高剛性結(jié)構(gòu)部件。類型有含鎢硬質(zhì)合金，鋼結(jié)硬質(zhì)合金，涂層硬質(zhì)合金，細晶粒硬質(zhì)合金等。鋼結(jié)硬質(zhì)合金是一種新型的工模具材料，性能介于高速工具鋼和硬質(zhì)合金之間，是以一種或幾種碳化物（如WC、TiC）為硬化相，以碳鋼或合金鋼（如高速工具鋼、鉻鉬鋼等）粉末為粘結(jié)劑，經(jīng)配料、壓制、燒結(jié)而制成的粉末冶金材料。退火處理后，可進行切削加工；淬火、回火處理后，有相當(dāng)于硬質(zhì)合金的高硬度和耐磨性，一定的耐熱、耐蝕和抗氧化性。適于制造麻花鉆、銑刀等形狀復(fù)雜的刀具、模具和耐磨件。
含鎢硬質(zhì)合金按其成分和性能特點分為鎢鈷類（WC -Co系）、鎢鈦鈷類（WC-TiC-Co系）、鎢鈦鉭（鈮）類[WC-TiC-TaC(NbC)-Co系、WC –TaC(NbC)-Co系]。 鎢鈷類硬質(zhì)合金的主要化學(xué)成分是碳化鎢（WC）及鈷。牌號為“YG+數(shù)字”（YG為“硬鈷”漢語拼音字首），數(shù)字表示鈷平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。如YG6表示鈷平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%，余量為碳化鎢的鎢鈷類硬質(zhì)合金。該類合金的抗彎強度高，能承受較大的沖擊，磨削加工性較好，但熱硬性較低（800～900℃），耐磨性較差，主要用于加工鑄鐵和非鐵金屬的刃具。
鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金的主要化學(xué)成分是碳化鎢、碳化鈦（TiC）及鈷。牌號為“YT+數(shù)字”（YT為“硬鈦”漢語拼音字首），數(shù)字表示碳化鈦平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。如YT15表示TiC為15%，其余為WC和Co的硬質(zhì)合金。該類硬質(zhì)合金的熱硬性高（900～1100℃），耐磨性好，但抗彎強度較低，不能承受較大的沖擊，磨削加工性較差，主要用于加工鋼材。
鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金又稱為通用硬質(zhì)合金或萬能硬質(zhì)合金。它是由碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭（TaC）或碳化鈮（NbC）和鈷組成。牌號為“YW+順序號”（YW表示“硬萬”漢語拼音字首），如YW1表示萬能硬質(zhì)合金。該類硬質(zhì)合金是在上述硬質(zhì)合金中添加TaC或NbC，它的熱硬性高（>1000℃），其它性能介于鎢鈷類與鎢鈦鈷類之間，它既能加工鋼材，又能加工非鐵金屬。
⑵ 硬質(zhì)合金的性能及應(yīng)用
1) 性能
硬質(zhì)合金的硬度高，室溫下達到86～93HRA，耐磨性好，切削速度比高速工具鋼高4～7倍，刀具壽命高5～80倍，可切削50HRC左右的硬質(zhì)材料；抗彎強度高，達6000MPa，但抗彎強度較低，約為高速工具鋼的1/3～1/2，韌性差，約為淬火鋼的30%～50%；耐蝕性和抗氧化性良好；線膨脹系數(shù)小，但導(dǎo)熱性差。
2) 應(yīng)用
硬質(zhì)合金主要用于制造高速切削或加工高硬度材料的切削刀具，如車刀、銑刀等；也用作模具材料（如冷拉模、冷沖模、冷擠模等）及量具和耐磨材料。根據(jù)GB2075—87規(guī)定，切削加工用硬質(zhì)合金按切削排出形式和加工對象范圍不同，分為P、M、K三個類別，同時又依據(jù)加工材質(zhì)和加工條件不同，按用途進行分組，在類別后面加一組數(shù)字組成代號。如P01、P10、P20……，每一類別中，數(shù)字越大，韌性越好，耐磨性越低。
2.粉末高速鋼
高速鋼的合金元素含量高，采用熔鑄工藝時會產(chǎn)生嚴(yán)重的偏析使力學(xué)性能降低。金屬的損耗也大，高達鋼錠重量的30%～50%。粉末高速鋼可減少或消除偏析，獲得均勻分布的細小碳化物，具有較大的抗彎強度和沖擊強度；韌性提高50%，磨削性也大大提高；熱處理時畸變量約為熔煉高速鋼的十分之一，工具壽命提高1～2倍。
采用粉末冶金方法還可進一步提高合金元素的含量以生產(chǎn)某些特殊成分的鋼。如成份為9W-6Mo-7Cr-8V-8Co-2.6C的A32高速鋼，切削性能是熔煉高速鋼的1～4倍。
常用高速鋼牌號為W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2，含有0.7%～0.9%C，及>10%的鎢、鉻、鉬、釩等合金元素。其中碳保證高速鋼具有高硬度和高耐磨性，鎢和鉬提高鋼的熱硬性，鉻提高鋼的淬透性，而釩則提高鋼的耐磨性。
3.鐵和鐵合金的粉末冶金
在粉末冶金生產(chǎn)中，鐵粉的用量比其金屬粉末大得多。鐵粉的60%～70%用于制造粉末冶金零件。主要類型有鐵基材料、鐵鎳合金、鐵銅合金及鐵合金和鋼。粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)零件具有精度較高，表面粗糙值小，不需或只需少量切削加工，節(jié)省材料，生產(chǎn)率高，制品多孔，可浸潤滑油，減摩、減振、消聲等特點。廣泛用于制造機械零件，如機床上的調(diào)整墊圈、調(diào)整環(huán)、端蓋、滑塊、底座、偏心輪，汽車中的油泵齒輪、活塞環(huán)，拖拉機上的傳動齒輪、活塞環(huán)，以及接頭、隔套、油泵轉(zhuǎn)子、擋套、滾子等。
粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)材料的牌號用“粉”、“鐵”、“構(gòu)”三字的漢語拼音字首“FTG”，加化合碳含量的萬分?jǐn)?shù)、主加合金元素的符號及其含量的百分?jǐn)?shù)、輔加合金元素的符號及其含量的百分?jǐn)?shù)和抗拉強度組成。如FTG60-20，表示化合碳量0.4%～0.7%,抗拉強度200MPa的粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)材料；FTG60Cu3Mo-40，表示化合碳量0.4%～0.7%，合金元素含量Cu2%～4%、Mo0.5%～1.0%，抗拉強度400MPa的粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)材料；FTG60Cu3Mo-40（55R），表 |
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發(fā)表于 2007-6-4 20:52:20
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