粉末冶金原理綜述

中南大學(xué)粉末冶金原理綜述學(xué)院：指導(dǎo)老師：姓名：學(xué)號(hào)：2015年11月12日粉末冶金原理綜述一、前言粉末冶金是一門制造金屬粉末，并以金屬粉末（有時(shí)也添加少量非金屬粉末）為原料，經(jīng)過混合成形和燒結(jié)生產(chǎn)金屬材料、復(fù)合材料和各種類型制品的冶金工程與材料科學(xué)和機(jī)械零件制造技術(shù)。它包括兩部分內(nèi)容：制造金屬粉末（也包括合金粉末，以下統(tǒng)稱“金屬粉末”）；用金屬粉末（有時(shí)也添加少量非金屬粉末）作原料，經(jīng)過混合、成形和燒結(jié)，制造材料（稱為“粉末冶金材料”）或制品（稱為“粉末冶金制品”）。近些年來,由于一些新技術(shù)的興起,如機(jī)械合金化、粉末注射成形、溫壓成形、噴射成形、微波燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)、自蔓延高溫合成、燒結(jié)硬化等,使得粉末冶金材料和技術(shù)得到了各國的普遍重視,其應(yīng)用也越來越廣泛。目前,粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向發(fā)展。粉末冶金最突出的優(yōu)點(diǎn)有兩個(gè)：一是能夠制造目前使用其他工藝無法制造或難于制造的材料和制品，如多孔、發(fā)汗、減震、隔音等材料和制品，鎢、鉬、鈦等難熔金屬材料和制品，金屬-塑料、雙金屬等復(fù)合材料及制品。二是能夠直接制造出合乎或者接近成品尺寸要求的制品，從而減少或取消機(jī)械加工，其材料利用率可以高達(dá)95%以上，它還能在一些制品中以鐵代銅，做到了“省材、節(jié)能”。二、粉末冶金特點(diǎn)粉末冶金具有獨(dú)特的化學(xué)組成和機(jī)械、物理性能，而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無法獲得的。運(yùn)用粉末冶金技術(shù)可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導(dǎo)桿、刀具等，是一種少無切削工藝。（1）粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲(chǔ)氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導(dǎo)材料、新型金屬材料（如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料等）具有重要的作用。由于粉末的制取方法不同，其顆粒形狀也不同。大體有不規(guī)則狀、片狀、多面體狀、樹枝狀、粒狀、球狀、滴狀、纖維狀。粉末的粒度范圍是指在兩個(gè)規(guī)定的粒度之間變動(dòng)的粉末顆粒的粒度。如果某粉末的粒度范圍為-80+150目，就是說這些粉末的粒度等于或小于80目，而大于150目。換句話說就是，這些粉末通過了80目篩，而卻通不過150目篩。四、世界粉末冶金的發(fā)展現(xiàn)狀2003年全球粉末貨運(yùn)總量約為88萬噸，其中美國占51%，歐洲18%，日本13%，其它國家和地區(qū)18%。鐵粉占整個(gè)粉末總量的90%以上。從2001年起，世界鐵粉市場(chǎng)持續(xù)增長，4年時(shí)間增加了近20%。現(xiàn)粉末冶金機(jī)械零件生產(chǎn)企業(yè)，西歐約100家，北美約140家(含內(nèi)制廠30家)，日本約45家。汽車行業(yè)仍然是粉末冶金工業(yè)發(fā)展的最大動(dòng)力和最大用戶?，F(xiàn)狀汽車上使用的粉末冶金零部件日趨增多，它可分為兩類，一類是只能用粉末冶金法，而不能用其他方法制造的，如含油軸承、摩擦零件、多孔性金屬制品、硬質(zhì)合金及難熔金屬制品等；另一類是燒結(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)零件，雖可用鑄造、鍛造、沖壓、機(jī)械加工等傳統(tǒng)工藝制造，但采用粉末冶金法制造比較經(jīng)濟(jì)合理。北美平均每輛汽車粉末冶金零件用量最高，為19.5公斤，歐洲平均為9公斤，日本平均為8公斤。盡竹我國的汽車產(chǎn)量居世界第4位，但汽車行業(yè)對(duì)粉末冶金制品的使用和發(fā)達(dá)國家相比有很大差距。粉末冶金鐵基零件在汽車上主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)、傳送系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)、點(diǎn)火裝置等。汽車發(fā)展的兩大趨勢(shì)分別為降低能耗和環(huán)保；主要技術(shù)手段則是采用先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和輕量化。歐洲對(duì)汽車尾氣過濾為粉末冶金多孔材料又提供了很大的市場(chǎng)。在目前的發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下，粉末冶金金屬多孔材料比陶瓷材料具有更好的性能優(yōu)勢(shì)和成本優(yōu)勢(shì)。特殊的粉末成形方法主要有以下五種：等靜壓成形；連續(xù)成形；無壓成形；高能成形；注射成形。通過混粉，可使性能不同的粉末組元形成均勻的混合物，以利于壓制和燒結(jié)，保證制品的材料均勻，性能穩(wěn)定?；旆蹠r(shí)間須根據(jù)對(duì)于粉料的具體要求和設(shè)備情況而定。時(shí)間過短，混合不均勻；而時(shí)間過長則會(huì)產(chǎn)生許多不利因素，如鐵、銅等金屬粉末會(huì)產(chǎn)生加工硬化，也會(huì)使顆粒形狀和粒度分布發(fā)生變化。制造粉末冶金模具主要零件要根據(jù)其具體使用情況，對(duì)材料的耐磨性、加工性、成本等項(xiàng)因素，進(jìn)行綜合考慮，合理選擇。其硬度必須達(dá)到HRC55以上。選用碳素工具鋼、合金工具鋼和硬質(zhì)合金等，均能滿足硬度和強(qiáng)度方面的要求。陰模和芯棒可采用碳素工具鋼（T10A、T12A等）、合金工具鋼（GCr15、Cr12、9CrSi、Cr12Mo、Cr12W、Cr12MoV、CrWMn、CrW5），高速鋼（W18Cr4V、W9Cr4V、W12Cr4V4Mo），硬質(zhì)合金（鋼結(jié)硬質(zhì)合金、YG15、YG8）；沖頭可采用碳素工具鋼（T8A、T10A），合金工具鋼（GCr15、Cr12、9CrSi、Cr12Mo、CrWMn、CrW5）；壓套可采用合金工具鋼（GCr15、9CrSi、Cr12、Cr12Mo、CrWMn、CrW5）。壓制批量大的壓件，須采用耐磨性好的材料，如高速鋼、硬質(zhì)合金等；壓制批量小的壓件，可采用碳素工具鋼等廉價(jià)材料。壓制形狀復(fù)雜的壓件，要用合金工具鋼等易加工且熱處理變形小的材料；壓制銅、鉛等軟金屬粉末，宜用碳素工具鋼或合金工具鋼；壓制鎢、鉬等硬金屬粉末材料，以及硬質(zhì)合金、摩擦材料，須采用硬質(zhì)合金材料。壓制高密度壓件，應(yīng)采用耐磨性好的材料；對(duì)于高精度壓制模，宜選用耐磨材料，且要盡可能選用硬質(zhì)合金。粉末冶金壓制模各主要零件的處理硬度是：陰模，要求鋼件為HRC60-63，鋼結(jié)硬質(zhì)合金HRC64-72，硬質(zhì)合金件為HRA88-90；芯棒，要求為HRC60-63，細(xì)長芯棒硬度可適當(dāng)降低，機(jī)動(dòng)芯棒連接處局部硬度為HRC35-40；沖頭，要求為HRC56-60；壓套，要求為HRC53-57。保護(hù)套，不進(jìn)行熱處理；或進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度為HRC28-32。燒結(jié)是粉末冶金的主要工序之一。一般是把粉末或壓坯加熱到其主要成分熔點(diǎn)的2/3～4/5的溫度，使其顆粒間發(fā)生粘結(jié)等物理化學(xué)過程而成為具有所要求的材料或制品的工藝過程。燒結(jié)保護(hù)氣氛一般為還原性或中性氣體，如氫氣、分解氨、一氧化碳、氮?dú)夂驼婵盏?。多孔是粉末冶金材料的重要特點(diǎn)之一。利用這一特點(diǎn)，可以：制造發(fā)汗材料。即在普通粉末冶金材料孔隙中含浸低熔點(diǎn)物質(zhì)，在高溫工作時(shí)，含浸物熔化滲出，使材料“發(fā)汗”散熱。這樣即可用普通材料替代昂貴的耐熱合金，又進(jìn)一步提高耐熱零件的使用溫度；制造過濾材料。用以濾氣、濾液和濾毒等；含浸減磨劑，制造含油和無油潤滑軸承；含浸香料，制造含香工藝品等；在某些情況下用鐵來代替銅、鉛等有色金屬。；制造減振、消音、絕熱等材料；增加材料比表面，用其充當(dāng)物質(zhì)的載體（如攜帶催化劑等）。五、粉末冶金發(fā)展趨勢(shì) 、（1）發(fā)展粉末制取新技術(shù)、新工藝及其過程理論。重點(diǎn)是超細(xì)粉末和納米粉的制備技術(shù)，快速冷凝制備非晶、準(zhǔn)晶和微晶粉末技術(shù)，機(jī)械合金化技術(shù)，自蔓延高溫合成技術(shù)，粉末粒度、結(jié)構(gòu)、形貌、成分控制技術(shù)?？偟内厔?shì)是向超細(xì)、超純、粉末特性可控方向發(fā)展。（2）建立以“凈近形成形”技術(shù)為中心的各種新型固結(jié)技術(shù)及其過程模過程理論，如粉末注射成形、擠壓成形、噴射成形、溫壓成形、粉末鍛造等。（3）建立以“全致密化”為主要目標(biāo)的新型固結(jié)技術(shù)及其過程模擬技術(shù)。如熱等靜壓、擬熱等靜壓、燒結(jié)－熱等靜壓、微波燒結(jié)、高能成形等。（4）粉末冶金材料設(shè)計(jì)、表征和評(píng)價(jià)新技術(shù)。粉末冶金材料的