粉末冶金结构零件

这类材料的发展趋势是减少或消除材料内部的残余孔隙，发展以铬、锰、钛、硅等元素合金化的铁基材料，以提高材料的机械性能，扩大应用领域。2100433B

用粉末冶金方法制造的具有一定尺寸精度并能承受拉伸、压缩、扭曲等载荷或在摩擦磨损条件下工作的烧结零件，又称烧结结构零件。烧结结构零件的主要优点在于省料、省工,生产成本低，适合于大批量生产,节能效果显著。广泛应用于汽车、农业机械、缝纫机、照相机、电动工具等工业。烧结结构零件这类材料与普通铸锻材料的主要差异在于其密度是一可变量。化学组成和显微组织相同时，这类材料的性能是其密度的函数。由于有残余孔隙存在，其延展性和冲击值比化学成分相同的铸锻材料低，从而限制了它的应用范围。

第一章 概论 1

第一节 粉末冶金发展历史概述 1

一、粉末冶金的基本概念 1

二、粉末冶金发展史上的三个重要标志 1

三、粉末冶金在现代技术和国民经济中的作用 2

第二节 粉末冶金机械零件制造工艺特征 3

一、粉末冶金机械零件传统制造工艺 3

二、粉末冶金机械零件制造的新工艺、新技术 4

三、用粉末冶金工艺制造机械零件的技术经济特征和优先选择原则 7

第三节 粉末冶金减摩零件和结构零件 8

一、粉末冶金减摩零件的发展和应用 8

二、粉末冶金结构零件的发展和应用 9

三、粉末冶金机械零件的经济评估 9

四、粉末冶金机械零件的产品开发和营销 11

第一篇 粉末原料

第二章 金属粉末 13

第一节 金属粉末性能 13

一、粉末与粉末体 13

二、粉末粒度分类和粒度分布 14

三、粉末形状 15

四、金属粉末化学成分 16

五、金属粉末工艺性能 16

第二节 铁铜基粉末原料制备方法简介 18

一、机械粉碎法 19

二、熔融液态金属和合金雾化法 22

三、金属化合物还原法 23

四、电解法 24

五、羰基化合物热离解法 24

第三章 机械零件用金属粉末原料的主要生产方法 26

第一节 固体碳还原法生产铁粉 26

一、还原法基本原理 26

二、还原法生产海绵铁工艺 29

三、海绵铁的二次精还原 34

四、还原铁粉国家标准 35

五、铁粉标准中主要参数的含义 36

第二节 水雾化法生产金属铁粉 38

一、雾化法生产金属粉末的基本原理 38

二、喷嘴结构 41

三、雾化法制取金属钢铁粉末 43

四、雾化工艺参数和金属液的内在性质对粉末粒度和形状的影响 45

五、水雾化铁粉和还原铁粉性能比较 47

第三节 低合金钢铁粉末的生产 47

一、水雾化法生产低合金钢粉 48

二、扩散黏结法部分预合金粉的生产 51

三、共还原法制取铁钼合金粉 51

第四节 国外主要金属粉末公司钢铁粉末品种和性能简介 53

一、还原铁粉品种和性能 53

二、雾化纯铁粉品种和性能 54

三、预合金粉品种与性能 55

四、扩散黏结部分预合金粉品种和性能 56

五、预合金化高合金钢粉品种和性能 57

第五节 雾化青铜粉和电解铜粉的生产 58

一、气雾化6-6-3青铜粉工艺 59

二、水溶液电解法生产铜粉 60

第六节 钢铁粉末主要工艺参数检测方法 64

一、粉末的验收与取样 64

二、铁粉化学成分测定 66

三、氢损值测定 67

四、金属粉末中酸不溶物测定 68

五、金属粉末粒度组成的测定 60

六、金属粉末松装密度的测定 69

七、金属粉末流动性的测定 70

八、金属粉末压缩性的测定 71

九、金属粉末的成形性 73

第二篇 成形技术和模具模架

第四章 粉末冶金成形技术基础 75

第一节 压制过程力的分析 76

一、压制压力 76

二、侧压力 76

三、外摩擦力和压力损失 77

四、脱模压力 77

五、压力中心 79

六、精整压力 80

第二节 粉末在压制过程中的变化规律 80

一、压制过程中粉末的运动和粉末的变形 80

二、压制压力和压坯密度、强度的关系 81

三、单轴向钢模压制压坯密度的不均匀性分布 82

四、调整压坯密度分布的压制方式选择 83

五、多台阶压坯密度均匀分布的遵循原则 90

第三节 压制工艺 97

一、配料及其计算 97

二、混料工艺及影响因素 98

三、手动压制中的称料、装料 101

四、自动压制中的称料、装料 102

五、压制过程控制 104

六、脱模 105

七、压坯质量控制及检查 106

八、压坯密度、密度分布对烧结制品质量的影响 109

第五章 粉末冶金零件设计 110

第一节 粉末压坯形状设计 110

一、压坯形状的分类 110

二、压坯形状的设计 112

三、特殊压坯形状的设计 116

四、组合成形法简化压坯复杂形状的设计 118

五、不同压坯形状压制面的选择 119

第二节 粉末压坯密度设计 122

一、密度大小的设计 122

二、密度均匀性的设计 123

第三节 压坯尺寸及精度设计 126

一、压坯的尺寸限制 126

二、尺寸及位置精度设计 127

第六章 粉末冶金成形模具与模架(I) 131

第一节 粉末冶金成形压机的基本要求与选择依据 131

一、基本要求 131

二、选择依据 132

第二节 粉末冶金模架的作用及分类 136

一、模架的功能及特点 136

二、模架和模具的构成关系和基本动作 138

三、粉末冶金专用成形模架的类型 138

第三节 常见粉末冶金成形模架 139

一、普通压机用成形模架 139

二、粉末冶金专用压机拉下式成形模架 143

三、粉末冶金专用压机顶出式成形模架 148

第七章 粉末冶金成形模具与模架(II) 150

第一节 成形模具结构设计 150

一、成形模具结构分类 150

二、成形模具结构设计原则 150

三、成形模具结构设计步骤 151

第二节 成形模具结构方案 151

一、普通成形模结构基本方案示例 151

二、特殊成形模结构基本方案示例 155

第三节 压模自动化机构的设计 156

一、浮动机构 156

二、脱模复位机构 163

三、自动装粉机构 171

第八章 粉末冶金成形模具与模架(III) 174

第一节 普通压机用成形模具结构示例 174

一、等高压坯模具结构示例 174

二、带台阶压坯模具结构示例 175

第二节 粉末冶金专用压机用成形模具结构示例 182

一、一个台阶压坯模具结构示例 133

二、多台阶压坯模具结构示例 184

三、特殊形状压坯模具结构示例 186

第九章 精整模具 191

第一节 精整、精压和复压 191

一、精整 191

二、精压 193

三、复压 193

第二节 精整模具模架结构设计 194

一、精整模的基本要求 194

二、精整模结构设计 194

三、精整模架类型 198

第三节 精整模结构与动作示例 201

一、通过式精整模结构 201

二、全精整式精整模结构 203

第十章 模具主要零件设计 206

第一节 成形模具主要零件结构设计 206

一、阴模设计 206

二、芯棒设计 209

三、模冲设计 211

第二节 精整模具主要零件设计 213

一、阴模设计 213

二、芯棒设计 214

三、模冲设计 216

第三节 模具主要零件尺寸设计 216

一、模具尺寸计算步骤 216

二、模具参数选择 216

三、模具尺寸计算方法 223

第四节 典型产品零件设计计算示例 230

一、柱面零件 230

二、带台零件 235

第十一章 粉末冶金模具制造 244

第一节 模具制造的一般要求 244

一、模具的使用状况 244

二、模具制造的要求 244

第二节 模具主要零件材料的选择 245

一、阴模常用材料的选择 246

二、芯棒常用材料的选择 246

三、上下模冲常用材料的选择 247

四、模套材料的选择 247

第三节 模具主要零件材料的成分及热加工工艺 248

一、硬质合金 248

二、钢结硬质合金及热加工工艺 250

三、高速钢及热加工工艺 251

四、高合金工具钢及热加工工艺 251

五、低合金工具钢及热加工工艺 252

六、碳素工具钢及热加工工艺 252

七、合金结构钢、碳素结构钢及热加工工艺 253

第四节 模具主要零件制造工艺 253

一、机械加工 253

二、特种加工 254

三、模具主要零件制造工艺流程 257

四、模具零件的典型加工工艺举例 257

第五节 提高模具寿命的方法 262

一、研究和选用新型模具材料 263

二、改进热处理工艺方法 263

三、模具表面涂覆处理 264

四、电火花表面强化 265

第六节 模具零件的检测方法 265

一、性能检测 265

二、外观质量检测 266

三、尺寸、形状和位置公差检测 266

四、合模检查 268

五、产品验收 268

第十二章 模具的安装和调试 269

第一节 模具的安装 269

一、安装要点 269

二、安装前的准备工作 269

三、安装程序 269

第二节 模具的调试 271

一、调试要求 271

二、调试程序 271

第三节 试模出现的主要缺陷与调整 271

一、压坯密度不符合工艺要求 271

二、尺寸不符合要求 272

三、形位公差超差 273

四、外观不合格 274

第四节 精整中常见的质量问题及解决方法 281

一、尺寸精度及形位公差不合格 281

二、表面缺陷 282

三、精整时的润滑问题 284

第五节 常见的模具损坏类型及分析 284

一、模具损坏类别 284

二、模具损坏分析 285

第三篇 烧结、材料和后处理技术

第十三章 烧结基本原理和烧结技术 288

第一节 烧结概述 288

一、烧结的概念及其在粉末冶金工艺中的重要性 288

二、烧结的分类 289

第二节 烧结的基本原理 290

一、烧结过程热力学基础知识 290

二、烧结机构简介 291

三、固相烧结 293

四、液相烧结 295

五、活化烧结 299

第三节 铁基零件烧结技术 301

一、铁基零件烧结技术的特点 301

二、铁基零件烧结过程的三个基本阶段 301

三、铁基零件烧结和冷却过程中组织机构的变化 304

四、铁基减摩零件和铁基结构零件烧结工艺参数的差异 307

第四节 烧结气氛 308

一、铁基零件生产中保护气氛的选择原则 308

二、铁基生产中常用烧结保护气氛及技术经济评述 312

三、气体的净化和干燥剂的应用与再生 323

第五节 烧结装备 326

一、粉末冶金烧结工艺对烧结炉的基本要求 326

二、铁铜基零件生产中常用烧结炉类型 326

三、铁基零件烧结炉烧结过程的正常运行和故障分析 330

第十四章 粉末冶金减摩材料和制品(含油轴承)制造技术 334

第一节 粉末冶金减摩零件的材料特性 334

一、减摩零件与结构零件的应用功能与制品品种 334

二、对减摩零件的性能要求 335

三、粉末冶金减摩零件的性能特点 335

第二节 影响铁铜基含油轴承减摩性能的因素 340

一、孔隙的影响及孔隙度确定 340

二、粉末粒度的影响 341

三、显微组织结构的影响 341

四、润滑剂的影响 343

第三节 固体润滑剂的应用 344

一、石墨和二硫化钼的应用 345

二、硫及硫化物的应用 346

三、其他润滑剂的应用 347

第四节 铁基含油轴承制造工艺 349

一、铁基含油轴承材料系列 349

二、含油轴承制造工艺过程中的质量控制 356

第五节 青铜基含油轴承制造技术 359

一、青铜基含油轴承特点和应用 359

二、青铜基含油轴承材料成分 360

三、烧结青铜含油轴承孔隙的形成机制及其控制 362

四、青铜基含油轴承制造工艺 364

五、青铜基含油轴承的储油性和供油性 366

六、提高质量的工艺措施 367

第六节 烧结金属石墨材料和带钢背的复合减摩材料 369

一、金属石墨材料 369

二、带钢背的复合减摩材料 371

第十五章 铁基结构零件致密化技术 376

第一节 铁基结构零件发展、应用和技术经济优势 376

一、铁基结构零件的发展和国内现状 376

二、铁基结构零件应用的主要领域 378

三、铁基结构零件的技术经济优势 378

第二节 铁基结构零件密度和材料力学性能的关系 381

一、密度与孔隙度 381

二、孔隙度、孔隙形状、大小、分布与力学性能的关系 381

三、孔隙对材料物理性能的影响 384

四、提高密度的传统方法简介 385

第三节 复压复烧技术 387

一、复压复烧技术的提出及其应用 387

二、复压复烧技术的工艺控制 387

三、复压复烧技术的技术经济评述 391

第四节 熔渗技术 392

一、熔渗技术在粉末冶金制品生产中的应用特点 392

二、铁基结构零件熔渗工艺 393

三、铁基结构零件熔渗技术的工艺参数控制 393

第五节 温压技术 396

一、温压技术的工艺特征 396

二、影响温压技术致密化和强韧性的因素及其分析 400

三、温压技术工业化发展前景 404

第六节 金属注射成形技术 405

一、金属注射成形技术的工艺特征和发展前景 406

二、金属粉末注射成形喂料的制备 407

三、注射成形 410

四、注射成形坯的脱黏(脱脂) 412

五、金属注射成形坯烧结 416

第七节 粉末预成形坯热锻技术 420

一、粉末冶金预成形坯热锻工艺的特点和应用 421

二、粉末冶金预成形坯的设计和生产 421

三、粉末预成形坯的锻造作业 424

四、粉末预成形坯热锻材料的力学性能 425

第十六章 铁基结构零件合金化技术 426

第一节 铁基材料基础知识 426

一、铁-碳相图在铁基材料中的应用 426

二、固溶体和固溶强化 434

三、合金元素在铁基材料中的强化作用 438

四、合金组织不均匀性引起的材料力学性能的波动 441

第二节 合金元素选用原则 442

一、粉末冶金零件合金化过程中应考虑的一些工艺因素 442

二、不同粉末冶金工艺选用合金元素的原则 444

第三节 铁基粉末冶金引入合金元素的方法 445

一、混合法 445

二、黏结扩散法引入合金元素 446

三、用雾化法制成预合金粉 446

四、熔渗法引入合金元素 446

五、热处理等后续处理过程引入合金元素 447

六、多元合金化应用 447

第四节 铁基结构零件材料系列 448

一、烧结碳钢系列 448

二、烧结铜钢系统 451

三、烧结镍钢系列 455

四、烧结低合金钢材料 457

五、高耐磨高合金钢材料 462

六、烧结不锈钢材料 463

第十七章 铁基材料热处理和表面处理 466

第一节 热处理基础知识 466

一、热处理概念及其应用 466

二、钢在加热时的奥氏体化 467

三、奥氏体晶粒大小及其控制 468

四、过冷奥氏体等温转变曲线(C曲线) 469

五、过冷奥氏体转变产物的组织与性能 473

第二节 热处理强化在铁基粉末冶金机械零件中的应用 476

一、铁基结构零件热处理工艺特点 477

二、铁基结构零件常用热处理工艺类型 478

三、铁基结构零件的直接淬火-回火处理 479

四、铁基结构零件的表面热处理-高频淬火 485

五、铁基结构零件化学热处理-渗碳和碳氮共渗 487

第三节 烧结硬化工艺和烧结硬化钢 492

一、烧结硬化工艺的提出 492

二、烧结硬化工艺合金化的影响 493

三、烧结硬化钢与烧结低合金钢淬火热处理性能比较 494

第四节 铁基零件的蒸汽处理 496

一、蒸汽处理的应用 496

二、蒸汽处理的基本原理和反应 497

三、蒸汽处理中常见质量故障的分析及其解决措施 498

四、蒸汽封孔气密性处理 501

附录 503

附录I 铁铜基粉末冶金机械零件国家标准目录 503

一、金属粉末及其理化与工艺性能检测标准 503

二、铁铜基材料及其相关性能检测标准 503

附录II 粉末冶金成形压坯面积和体积的计算方法 504

一、规则形状和非规则形状面积计算法 504

二、压坯体积计算法和浮重称量法 506

附录III 硬度测定和硬度值的换算 507

一、布氏、洛氏、维氏硬度测量 508

二、洛氏硬度HRC与其他硬度及强度换算表 510

三、洛氏硬度HRB与其他硬度及强度换算表 511

附录IV 常用模具材料及其热处理参数 511

一、常用冷作模具钢钢号及化学成分 511

二、常用模具钢的热处理工艺参数 512

三、常用硬质合金牌号、化学成分和物理-力学性能 512

附录V 美国MPIF标准35"粉末冶金结构零件材料标准"2000年版介绍 512

一、烧结铁与烧结碳钢 513

二、烧结铁铜合金和烧结铜钢 514

三、烧结铁镍合金和烧结镍钢 515

四、烧结低合金钢 517

五、烧结硬化钢 518

六、扩散合金化钢 519

七、烧结渗铜铁和烧结渗铜钢 520

八、烧结不锈钢-300系列合金 521

九、烧结不锈钢-400系列合金 522

十、烧结黄铜、烧结青铜及烧结锌白铜 524

参考文献 525

从原料制造、成形和烧结材料等方面完整介绍铁铜基粉末冶金机械零件制造技术的全过程。

以高强度复杂形状结构件的开发为重点，系统阐明粉末冶金成形技术和模具模架的设计、运行、制造和故障排除，以及烧结、材料和后处理等技术。

结合材料科学的相关基础知识，深入浅出，详尽阐述结构零件的致密化、合金化和热处理材料强化技术，帮助读者应用基础知识解决实际生产问题。

进行技术、经济优势对比，完整介绍温压技术、金属注射成形技术、烧结硬化技术等新技术、新工艺。

附录提供铁铜基粉末冶金机械零件相关国家标准。

可供粉末冶金机械零件制造业的工程技术人员、现场管理人员阅读，可用作该类企业的职工培训教材；也可供应用粉末冶金机械零件的相关主机行业的设计人员参考，或作为材料和机械相关专业大专以上学生的教学实践参考资料。

零件本身的结构，对加工质量、生产效率和经济效益有着重要影响。为了获得较好的技术经济效果，在设计零件结构时，不仅要考虑满足使用要求，还应当考虑是否能够制造和便于制造，也就是要考虑零件结构的工艺性。

零件结构的工艺性，是指这种结构的零件被加工的难易程度。所谓零件结构的工艺性良好，是指所设计的零件在保证使用要求的前提下能较经济、高效、合格地加工出来。零件结构工艺性的好坏是相对的，它将随着科学技术的发展和客观条件(如生产类型、设备条件等)的不同而变化 。