粉末冶金新工艺

1 粉末冶金工艺 学生姓名：年级：学号： 摘要：粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料， 经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶 瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技 术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。 关键词：粉末冶金高密度硬质合金粉末高速钢 前言 我国粉末冶金行业已经经过了近60年的发展，经历了从无到有、多领域发展。 但与国外的同行业仍存在以下几方面的差距：(1)企业多，规模小，经济效益与国 外企业相差很大。(2)产品交叉，企业相互压价，竞争异常激烈。(3)多数企业缺 乏技术支持，研发能力落后，产品档次低，难以与国外竞争。(4)再投入缺乏与困 扰。(5)工艺装备、配套设施落后。(6)

粉末的烧结 定义 烧结：压坯置于基体金属熔点以下温度（约0.7~0.8t，单位k）加热保温， 粉末颗粒之间产生原子扩散、固溶、化合和熔接，致使压坯收缩并强化，这一过 程称为烧结。 烧结对粉末冶金材料和制品的性能有着决定性的影响。烧结的结果是粉末颗 粒之间发生粘接，烧结体的强度增加，密度提高。在烧结过程中，压坯要经过一 系列的物理化学变化。开始是水分或有机物的蒸发或挥发，吸附气体的排除，应 力的消除，粉末颗粒表面氧化物的还原；继之是原子间发生扩散，粘性流动和塑 性流动，颗粒间的接触面增大，发生再结晶和晶粒长大等。出现液相时，还可能 有固相的溶解和重结晶。这些过程彼此之间并无明显的界限，而是穿插进行，互 相重叠，互相影响。加之一些其它烧结条件，使整个烧结过程变得很复杂。用粉 末烧结的方法可以制得各种纯金属、合金、化合物以及复合材料。 在烧结过程中，固体颗粒表面能的减小是烧结的“推动力”，

粉末的应用范围 直接应用 颜料、油墨、试剂、炸药、燃料、食品添加剂； 结构件 烧结铁基零件、不锈钢零件，烧结铜、铝及其合金零件； 特殊材料及制品 多孔、磁性、超导材料，自润滑轴承，金属陶瓷，电极，石墨电刷，硬质合 金 材料应用 飞机和发动机上的刹车片、离合器摩擦片、松孔过滤器、多孔发汗材料、含 油轴承、磁铁芯、电触点、高比重合金、硬质合金和超硬耐磨零件等因含有大量 非金属成分或含有连通孔隙，都不能用普通铸、锻工艺制造，只能以粉末为原料 经冷压、烧结等粉末冶金工艺来制造。航空航天工业中使用的粉末冶金材料比较 重要的有刹车片材料、松孔材料和高强度粉末合金三类。 刹车片材料 刹车片是飞机机轮刹车装置的核心。现代飞机着陆速度达200公里/时以上, 刹车载荷很大，刹车片表面瞬时温度可达800～1000°c,而且不允许发生粘结，以 免刹车失效引起轮胎爆裂。以铁粉或铜粉为主要成分再添加摩擦和防

先进制造技术---粉末冶金技术 2013届机械在职研究生司宗甲（扬州保来得科技实业有限公司） 摘要：粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成 形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地 方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。粉末冶金材料是指用几种金属粉末或 金属与非金属粉末作原料，通过配料、压制成形、烧结等工艺过程而制成的材料。这种工艺过程成 为粉末冶金法，是一种不同于熔炼和铸造的方法。其生产过程与陶瓷制品相类似，所以又称金属陶 瓷法。粉末冶金法不仅是制取具有某些特殊性能材料的方法，也是一种无切削或少切削的加工方法。 它具有生产率高、材料利用率高、节省机床和生产占地面积等优点。但金属粉末和模具费用高，制 品大小和形状受到一定限制，制品的韧性较差。粉末冶金法常用于制作硬质合金、减

粉末的配制 粉末冶金成形前，要对粉末进行预处理及配制。预处理包括：退火、筛分、 制粒等。 退火 粉末的预先退火可使残留氧化物进一步还原、降低碳和其它杂质的含量，提 高粉末的纯度，消除粉末的加工硬化等。用还原法、机械研磨法、电解法、雾化 法以及羰基离解法所制得的粉末都要经退火处理。此外，为防止某些超细金属粉 末的自燃，需要将其表面钝化，也要作退火处理。经过退火后的粉末，压制性得 到改善，压坯的弹性后效相应减小。 筛分 把颗粒大小不匀的原始粉末进行分级，使粉末能够按照粒度分成大小范围更 窄的若干等级。通常用标准筛网制成的筛子或振动筛来进行粉末的筛分。 制粒 将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序，常用来改善粉末的流动性。在硬 质合金生产中，为了便于自动成形，使粉末能顺利充填模腔就必须先进行制粒。 能承担制粒任务的设备有滚筒制粒机、圆盘制粒机和振动筛等。 混合 将两种或两种以上不同成分的粉末均匀混

粉末冶金工艺的一般流程是：制粉、压实、烧结(包括热等静压、冷等静压等)、锻造、精加 工。快速凝固、机械合金化以及其他粉末冶金(p/m)工艺被用来发展成分均匀的高强度、耐 高温和抗腐蚀的新型铝合金，这是标准铸锭合金(i/m)工艺所做不到的。 铝粉末冶金预成形坯适合于用锻造方法生产结构零件。锻造铝的预成形坯时，可热锻或 冷锻，要在烧结坯上涂以石墨润滑剂，以使之在锻造时产生适当的金属流动。对于需要严格 充满模膛的零件，推荐在300～400℃下进行热锻。锻造压力通常不高于345mpa。锻造一般 是用封闭模进行的，因此，不会产生飞边，并且，锻造时仅只产生密实与侧向流动。普通锻 件的切屑损失接近50%，而粉末冶金锻件不到10%。锻造的粉末冶金零件，其密度大于99.5% 理论密度，强度比非锻造粉末冶金零件高40%～60%，疲劳耐久极限提高1倍以上。其他方 面，与普通

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工具钢 耐磨工具钢 工具钢（toolsteel），是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢。工具钢 具有较高的硬度和在高温下能保持高硬度得红硬性，以及高的耐磨性和适当的韧性。 工具钢一般分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。 碳素工具钢 一、生产品种 热轧棒材圆钢直径或方钢边长8mm-80mm 锻制棒材圆钢直径或方钢边长50mm-150mm 冷拉棒材圆钢直径8mm-40mm 热轧钢板厚度0.7mm-15mm 冷拉钢带厚度0.10mm-3.60mm 冷拉钢丝圆钢丝直径0.050mm-16mm 热轧扁钢厚度*宽度3mm-30mm*（10、12、14、16、18、20、22、25、28、 30、32、35、38、40、45、50、55、60、65、90、100、160）mm 锻制扁钢厚度*宽度10mm-6

粉末冶金铝合金

本篇是全文的第二部分,评述国内外工业高速凝固粉末冶金铝合金的发展状况,其中包括:各种高速凝固粉末冶金铝-锂合金的成分和性能,以及它们的制备工艺,重点评述了高模量、高强度铝-锂-铍合金的特点及其应用;各种高速凝固粉末冶金铝-铁耐热合金的成分和性能,重点评述了铝-铁-铈合金和铝-铁-钒-硅合金的特性。

本篇是全文的第三部分,继续评述国内外工业高速凝固粉末冶金铝合金的发展状况,其中包括各种高速凝固粉末冶金铝-硅合金的成分和性能,以及它们的制备工艺,含si量高的铝-硅合金耐磨性好,多用于制造汽车发动机和空调器压缩机零配件,如活塞、汽缸衬里、压缩机转子和叶片、发动机阀门、弹簧座、连杆等,可大大减轻它们的质量,提高发动机的效率。还评述了各种高速凝固粉末冶金热处理可强化2×××系、7×××系铝合金的成分和性能,以及它们在航空航天工业中的应用。

高速凝固粉末冶金铝合金及喷射成形铝合金是高技术新材料,在交通运输装备制造特别是在航空航天器制造中获得了较为广泛的应用,妨碍大规模应用的主要屏障是材料制备工艺复杂,因而价格高,只在一些关键制品方面得到应用,不过应用潜力广阔。粉末冶金的最大特点是液滴的凝固速度高,可显著提高合金元素在铝中的固溶度,可制备成分复杂的、合金元素含量高的、性能优秀的铝合金。全文将分三个部分刊出,这一部分是评述高速凝固粉末的各种制备方法,包括雾滴法、喷射沉积法、熔体自旋法。

根据不等高粉末冶金制品成形模具的设计原理,以具有台阶结构和薄壁特征的粉末冶金斜齿轮成形模设计为例,设计粉末冶金斜齿轮制品的成形模具。将由该模具制成的齿轮制品进行轮齿折断试验和装机耐久性试验,结果表明:所生产的斜齿轮耐磨性好、强度和精度高,并满足使用要求。

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粉末冶金不锈钢.

粉末冶金尺架机械加工工序少,以其取代精密铸造尺架,可以降低生产成本,提高经济效益。本文以高温除油(300°c/2h)后喷砂处理取代传统的擦拭脱脂和磷化工序,使铁基粉末冶金尺架经喷涂粉末涂料后,在200°c下烘烤20min,获得了附着力和冲击强度合格的涂层。

山东莱芜粉末冶金厂,1995年生产海绵铁12000t,铁粉5000t,为进一步适应市场需求,推进企业发展,于1996年2月26日实施“万吨铁粉改造工程”,工程计划工期65天。主要改造项目包括:自行制造一台四管还原电炉;新增2台振动球磨机、2台氨分解炉(每台30m~3)及其它相应配套机电设施。届时,该厂将拥有还原电炉4台(9管),振动球磨机4台,氨分解能力120m~3。

用微波工艺烧结铜粉压坯,用排水法、布洛维硬度计、拉力试验机测量试样的相对致密度、硬度及拉伸性能,结果表明:在30min内将微波烧结温度由室温升高到1000℃再保温10min即可获得相对密度达92.68%的烧结试样,其硬度和延伸率均高于相同温度下的常规烧结试样,但抗拉强度略有降低。还用扫描电镜和光学显微镜观测、分析试样显微组织及断口形貌,结果显示:微波烧结试样的晶粒比常规烧结试样的细小且孔隙分布均匀。

采用粉末冶金的方法分别在ar气氛保护下及真空炉中制备铝及其复合材料,探讨了坯块的压制压力、烧结温度与时间对粉末冶金铝及其复合材料的影响,并研究了其显微组织与性能。结果表明,只有在足够高的压力和温度条件下(压应力700n/mm2,温度640℃~700℃),才能获得外形完好、组织致密的铝及其复合材料;铝基复合材料比基体具有更高的致密度,真空炉中烧结的铝基复合材料的致密度达97.20%,其弹性模量、抗拉强度和屈服强度分别为67600n/mm23、45.7n/mm2和206.2n/mm2。

利用纳米颗粒特殊的热学性能和力学性能,在制造粉末冶金齿轮的原料铁粉(微米级)中添加1%和3%(质量分数)的纳米铁粉,先后进行混料、压制和渗碳烧结等制造工序,然后将得到的齿轮进行硬度、密度、显微组织和断口形貌等测试分析。试验结果表明,添加纳米粉末的样品可以将烧结和渗碳两个工艺过程在920℃加热时同时完成,并且样品的硬度和密度均有一定程度的提高。

世界粉末冶金工业在60年代的年平均增长速度约为18％,70年代的年平均增长速度约为10％。进入80年代以来,虽然产量不如以往迅速增加,但是一般认为:80年代粉末冶金有很大发展,其标志是一些新技术和新材料的研究取得重要进展,从而开辟很多新的应用。本文叙述的几项值得开发的课题,有的看来是属于尖端的技术领域,但是按一般条件是不难实现的,而且用途广,具有相当的经济和技术价值。

采用粉末冶金烧结工艺制备铝青铜基制动闸片。对烧结工艺和材料性能的研究结果表明,烧结工艺是影响材料密度的关键因素。最佳烧结工艺是烧结温度为910～960℃,烧结压力为3mpa,保温时间为1～4h。复压复烧能够提高摩擦材料的密度及性能。采用模具烧结,并在保温结束后大幅度提高烧结压力可进一步提高材料的密度和性能。