【粉末冶金材料】粉末冶金材料分類 粉末冶金材料牌號表示方法及應用

粉末冶金材料的分類及應用

粉末冶金材料是指用(yong)幾種金(jin)屬粉(fen)末或金(jin)屬與非金(jin)屬粉(fen)末作原料，通過(guo)配料、壓制(zhi)成形、燒結(jie)等工(gong)藝(yi)過(guo)程而制(zhi)成的材料。這種工(gong)藝(yi)過(guo)程稱為粉(fen)末冶金(jin)法，是一種不同于熔煉和鑄造的方法。其生產過(guo)程與陶(tao)瓷制(zhi)品相類似(si)，所以(yi)又稱金(jin)屬陶(tao)瓷法。

粉末(mo)冶金(jin)法(fa)不僅是制取具(ju)有某些特殊性能材料(liao)的(de)方法(fa)，也是一(yi)種無切屑或少切屑的(de)加工方法(fa)。它具(ju)有生產率高(gao)(gao)、材料(liao)利(li)用(yong)(yong)率高(gao)(gao)、節省機床和生產占地面(mian)積等優點。但金(jin)屬粉末(mo)和模具(ju)費用(yong)(yong)高(gao)(gao)，制品大小和形狀受到(dao)一(yi)定限(xian)制，制品的(de)韌性較差。

粉末冶金法常用于制作硬質(zhi)合金、減摩材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)、結構材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)、摩擦材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)、難熔金屬(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)、過濾材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)、金屬(shu)陶瓷、無(wu)偏析高速工(gong)具鋼、磁性材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)、耐(nai)熱材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)等。

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粉末冶金的生產過程

(1)生產粉末。

粉(fen)(fen)末(mo)的(de)生(sheng)產過程包括(kuo)粉(fen)(fen)末(mo)的(de)制取、粉(fen)(fen)料的(de)混合等步驟(zou)。為改善(shan)粉(fen)(fen)末(mo)的(de)成(cheng)型性和可(ke)塑(su)性通常加(jia)入汽油、橡膠或石蠟等增塑(su)劑。

(2)壓制成型。

粉末(mo)在(zai)500~600MPa壓力下(xia)，壓成所需形(xing)狀(zhuang)。

(3)燒結。

在保(bao)護氣氛的(de)高(gao)溫(wen)爐或真空爐中(zhong)進行。燒結(jie)不同于金屬熔化(hua)，燒結(jie)時至少(shao)有(you)一(yi)種(zhong)元素仍處(chu)于固態。燒結(jie)過程中(zhong)粉末顆粒間通過擴(kuo)散、再結(jie)晶、熔焊、化(hua)合(he)、溶解等一(yi)系列(lie)的(de)物理化(hua)學過程，成為具有(you)一(yi)定孔隙度的(de)冶金產品。

(4)后處理。

一般情況下，燒結(jie)好的(de)制(zhi)件(jian)可直接使用。但對于(yu)某些(xie)尺寸要求精(jing)度高并且有高的(de)硬度、耐磨性(xing)的(de)制(zhi)件(jian)還要進(jin)行燒結(jie)后(hou)(hou)處理。后(hou)(hou)處理包括精(jing)壓、滾壓、擠壓、淬火(huo)、表面淬火(huo)、浸油、及熔滲(shen)等。

粉末冶金材料的主要類型

1、硬質合金

硬(ying)質合金(jin)是以一(yi)種或幾種難熔碳化(hua)物的粉(fen)末為主要成(cheng)分，加入起粘結作用的鈷粉(fen)末，用粉(fen)末冶(ye)金(jin)法制得的材(cai)料(liao)。

常用硬質合金按成分(fen)和性能特(te)點分(fen)為：鎢(wu)鈷類、鎢(wu)鈷鈦類、鎢(wu)鈦鉭(鈮(ni))類。

(1)硬質合金的性能

硬(ying)度(du)高(gao)(gao)，常溫(wen)下硬(ying)度(du)可達(da)69～81HRC。熱(re)硬(ying)性(xing)高(gao)(gao)，可達(da)900～1000℃。耐磨(mo)性(xing)好，其(qi)切(qie)削速度(du)比高(gao)(gao)速工具(ju)鋼高(gao)(gao)4～7倍，刀具(ju)壽命高(gao)(gao)5～80倍，可切(qie)削50HRC左右的硬(ying)質材料。抗(kang)壓強(qiang)度(du)高(gao)(gao)，但抗(kang)彎(wan)強(qiang)度(du)低，韌性(xing)差(cha)。耐腐蝕性(xing)和抗(kang)氧化(hua)性(xing)良好。線膨脹(zhang)系數小，但導熱(re)性(xing)差(cha)。

硬(ying)質合(he)金(jin)材(cai)料不能(neng)用(yong)一般(ban)(ban)的切削(xue)(xue)方法加工，只能(neng)采用(yong)電(dian)加工(如電(dian)火花、線切割、電(dian)解磨(mo)削(xue)(xue)等(deng))或砂輪(lun)磨(mo)削(xue)(xue)。因此，一般(ban)(ban)是(shi)將硬(ying)質合(he)金(jin)制品釬焊、粘(zhan)結或機械(xie)夾固在(zai)刀體或模具上(shang)使用(yong)。

(2)切削加工用硬質合金的分類和分組代號

根據(ju)GB2075-87規定，切削加工用硬(ying)(ying)質(zhi)合(he)金(jin)按(an)其切屑(xie)排除形(xing)式和加工對象范圍不同(tong)分為P、M、K三(san)個類別(bie)，根據(ju)被加工材質(zhi)及(ji)適(shi)應的加工條件(jian)不同(tong)，將各類硬(ying)(ying)質(zhi)合(he)金(jin)按(an)用途進行(xing)分組(zu)，其代號(hao)由(you)在主要類別(bie)代號(hao)后面加一組(zu)數字組(zu)成，如P01、M10、K20等。

(3)硬質合金的應用

硬質(zhi)合金(jin)主要用(yong)于切削刀具(ju)，如(ru)車刀、銑刀等。硬質(zhi)合金(jin)中(zhong)碳化物含(han)(han)量越多(duo)，鈷含(han)(han)量越少，則合金(jin)硬度、熱硬性(xing)(xing)、耐磨性(xing)(xing)越高(gao)，但強度、韌性(xing)(xing)越低。YG類合金(jin)適宜加工(gong)脆性(xing)(xing)材料(liao)，YT類合金(jin)適宜加工(gong)塑性(xing)(xing)材料(liao)。同類合金(jin)中(zhong)含(han)(han)鈷量高(gao)的(de)(de)適于粗加工(gong)，含(han)(han)鈷量低的(de)(de)適于精加工(gong)。

硬質合(he)金也(ye)用(yong)于制造冷(leng)(leng)(leng)(leng)作(zuo)模(mo)具，如冷(leng)(leng)(leng)(leng)拉(la)模(mo)、冷(leng)(leng)(leng)(leng)沖模(mo)、冷(leng)(leng)(leng)(leng)擠壓模(mo)和冷(leng)(leng)(leng)(leng)鐓模(mo)等。其中YG類(lei)適(shi)用(yong)于拉(la)深(shen)模(mo)，YG6、YG8適(shi)用(yong)于小拉(la)深(shen)模(mo)，YG15適(shi)用(yong)于大拉(la)深(shen)模(mo)和沖壓模(mo)具。

硬質合(he)金還用于制造(zao)量(liang)具和耐磨(mo)(mo)零件(jian)，如千分(fen)尺的測量(liang)頭，車床頂件(jian)尖、精軋輥和無心磨(mo)(mo)床的導板等。

近年來，鋼結(jie)(jie)硬(ying)質合金(jin)作為一種新型(xing)工(gong)模具材料，得到了廣(guang)泛的(de)應用(yong)。鋼結(jie)(jie)硬(ying)質合金(jin)經退火后，可進行切削加(jia)工(gong)，經淬火、回火后，有相(xiang)當于(yu)硬(ying)質合金(jin)的(de)高硬(ying)度和(he)耐(nai)(nai)模性(xing)(xing)、一定的(de)耐(nai)(nai)熱、耐(nai)(nai)蝕(shi)和(he)抗氧化性(xing)(xing)，也(ye)可焊接(jie)和(he)鍛造(zao)(zao)，適用(yong)于(yu)制造(zao)(zao)形狀復雜的(de)刀(dao)具(如麻花鉆、銑刀(dao)等)、模具和(he)耐(nai)(nai)磨件。

2、粉末冶金減摩材料

根據基(ji)(ji)(ji)體主加元素(su)不同，粉(fen)末冶金(jin)(jin)減(jian)摩(mo)(mo)(mo)材(cai)料(liao)分(fen)為(wei)鐵(tie)基(ji)(ji)(ji)材(cai)料(liao)和(he)銅(tong)基(ji)(ji)(ji)材(cai)料(liao)。鐵(tie)基(ji)(ji)(ji)減(jian)摩(mo)(mo)(mo)材(cai)料(liao)常(chang)(chang)用(yong)的(de)有鐵(tie)-石(shi)(shi)墨(mo)(mo)粉(fen)末合金(jin)(jin)和(he)鐵(tie)-硫-石(shi)(shi)墨(mo)(mo)粉(fen)末合金(jin)(jin)。前(qian)者的(de)組織為(wei)珠光體基(ji)(ji)(ji)體+鐵(tie)素(su)體+滲碳體+石(shi)(shi)墨(mo)(mo)+孔(kong)隙，硬度(du)(du)30～110HBS；后(hou)者的(de)組織除與前(qian)者的(de)組織相(xiang)同外(wai)，還有硫化物(wu)，可進一(yi)步改善減(jian)摩(mo)(mo)(mo)性(xing)(xing)，硬度(du)(du)為(wei)35～70HBS。銅(tong)基(ji)(ji)(ji)減(jian)摩(mo)(mo)(mo)材(cai)料(liao)常(chang)(chang)用(yong)的(de)是(shi)青銅(tong)粉(fen)末+石(shi)(shi)墨(mo)(mo)粉(fen)末制(zhi)成的(de)合金(jin)(jin)，硬度(du)(du)為(wei)20～40HBS，具有較好(hao)的(de)導熱性(xing)(xing)、耐蝕性(xing)(xing)和(he)抗咬(yao)合性(xing)(xing)，但承(cheng)壓能力較鐵(tie)基(ji)(ji)(ji)減(jian)摩(mo)(mo)(mo)材(cai)料(liao)小。

粉末冶金減摩材料一般用于制(zhi)造中速、輕載荷(he)的(de)軸(zhou)(zhou)承，尤其(qi)適宜制(zhi)造不能(neng)經常加油的(de)軸(zhou)(zhou)承，如紡織機(ji)(ji)械、電影(ying)機(ji)(ji)械、食(shi)品機(ji)(ji)械、家用電器等的(de)軸(zhou)(zhou)承，在汽車、拖拉機(ji)(ji)、機(ji)(ji)床電機(ji)(ji)中也有(you)應(ying)用。

3、粉末冶金結構材料

粉末冶金(jin)結(jie)構(gou)材(cai)(cai)(cai)料根據基(ji)(ji)體(ti)金(jin)屬(shu)不同(tong)，分為鐵(tie)(tie)基(ji)(ji)和(he)(he)銅基(ji)(ji)材(cai)(cai)(cai)料。鐵(tie)(tie)基(ji)(ji)材(cai)(cai)(cai)料根據化合碳(tan)量的不同(tong)分為燒結(jie)鐵(tie)(tie)、燒結(jie)低(di)碳(tan)鋼、燒結(jie)中碳(tan)鋼和(he)(he)燒結(jie)高碳(tan)鋼，如果鐵(tie)(tie)基(ji)(ji)材(cai)(cai)(cai)料中含有合金(jin)組(zu)元銅和(he)(he)鉬(mu)稱為燒結(jie)銅鋼和(he)(he)燒結(jie)銅鉬(mu)鋼。

鐵基結(jie)構(gou)材(cai)料(liao)制(zhi)成的結(jie)構(gou)零(ling)件精度(du)(du)高，表面(mian)粗糙度(du)(du)值小，不需(xu)或只需(xu)少量切削加(jia)工，節省材(cai)料(liao)，生產(chan)率高，制(zhi)品多孔(kong)，可浸(jin)潤滑(hua)油(you)，可以(yi)減摩、減振、消聲(sheng)。粉末冶金(jin)結(jie)構(gou)材(cai)料(liao)廣泛應用于(yu)制(zhi)造機(ji)械零(ling)件，如機(ji)床上(shang)的調(diao)整墊圈(quan)、調(diao)整環(huan)、端蓋、滑(hua)塊(kuai)、底座、偏心輪(lun)，汽車中(zhong)的油(you)泵齒輪(lun)、差(cha)速器齒輪(lun)、止(zhi)推環(huan)，拖拉機(ji)上(shang)的傳(chuan)動齒輪(lun)、活塞環(huan)以(yi)及接頭、隔套(tao)(tao)、螺母、油(you)泵轉子、擋套(tao)(tao)、滾(gun)子等。

銅基(ji)結構材(cai)料與鐵基(ji)結構材(cai)料相(xiang)比抗拉強度低，塑性、韌性較高，具(ju)有良好(hao)的導電、導熱和(he)耐腐蝕性能(neng)，可進行各種鍍涂處(chu)理，常用(yong)于制造(zao)體積較小(xiao)(xiao)、形狀(zhuang)復雜、尺寸精度高、受(shou)力較小(xiao)(xiao)的儀(yi)表儀(yi)器零件(jian)及電器、機械產品零件(jian)，如小(xiao)(xiao)模數齒輪(lun)、凸(tu)輪(lun)、緊固件(jian)、閥、銷(xiao)、套(tao)等結構件(jian)。

4、粉末冶金摩擦材料

粉末冶金摩擦材(cai)料(liao)根據(ju)基體金屬不同分(fen)為鐵基和銅基材(cai)料(liao)，根據(ju)工作(zuo)條件不同分(fen)為干式和濕式材(cai)料(liao)，濕式材(cai)料(liao)適宜在(zai)油中工作(zuo)。

粉末冶金摩(mo)擦(ca)材(cai)料由(you)基(ji)本組(zu)元和輔(fu)助組(zu)元組(zu)成(cheng)。摩(mo)擦(ca)材(cai)料的承載能(neng)力、熱穩(wen)定性(xing)(xing)耐(nai)磨(mo)性(xing)(xing)和耐(nai)熱性(xing)(xing)由(you)基(ji)本組(zu)元的成(cheng)分(fen)、結構和性(xing)(xing)能(neng)來保證，輔(fu)助組(zu)元可進一步完善(shan)基(ji)體性(xing)(xing)能(neng)。鐵基(ji)摩(mo)擦(ca)材(cai)料在高溫高載荷下摩(mo)擦(ca)性(xing)(xing)能(neng)良(liang)好(hao)(hao)，能(neng)承受(shou)較大壓力。銅基(ji)摩(mo)擦(ca)材(cai)料工(gong)藝性(xing)(xing)較好(hao)(hao)，摩(mo)擦(ca)系數穩(wen)定，抗(kang)粘、抗(kang)卡性(xing)(xing)好(hao)(hao)，濕式(shi)工(gong)作條件下耐(nai)磨(mo)性(xing)(xing)優良(liang)，常(chang)用(yong)于油(you)中工(gong)作。

粉(fen)末(mo)冶金摩擦(ca)材料主(zhu)要用于制作機(ji)床、拖拉機(ji)、汽車(che)、礦山車(che)輛、工程(cheng)機(ji)械和飛機(ji)上的(de)離合器和制動器。

粉末冶金在汽車上的應用

目(mu)前，汽車(che)(che)上(shang)已(yi)大(da)量采用(yong)粉末燒結(jie)金(jin)屬(shu)，據統計，在(zai)(zai)日本每臺車(che)(che)上(shang)約有40～60個(ge)燒結(jie)零件(jian)。在(zai)(zai)美國制(zhi)造(zao)汽車(che)(che)所用(yong)粉末金(jin)屬(shu)1995年就已(yi)經(jing)(jing)達到(dao)12.7kg/車(che)(che)，其應(ying)(ying)用(yong)范圍包(bao)括機(ji)械(xie)零件(jian)、滑動(dong)(dong)零件(jian)、摩(mo)擦零件(jian)、多(duo)孔材(cai)(cai)料、磁性材(cai)(cai)料、超(chao)硬工具材(cai)(cai)料、電工材(cai)(cai)料等。例如，一種粉末金(jin)屬(shu)精(jing)密鑄造(zao)連(lian)桿在(zai)(zai)發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)制(zhi)造(zao)業十分流行，巴依爾公(gong)司(si)已(yi)將這(zhe)種連(lian)桿作(zuo)為轎車(che)(che)和(he)(he)摩(mo)托車(che)(che)發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)的(de)(de)標準件(jian)。克萊斯勒公(gong)司(si)也已(yi)經(jing)(jing)在(zai)(zai)2.0L和(he)(he)2.4L發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)上(shang)使(shi)用(yong)這(zhe)種粉末金(jin)屬(shu)連(lian)桿；通用(yong)公(gong)司(si)也已(yi)經(jing)(jing)將這(zhe)種連(lian)桿用(yong)于(yu)4.6LNorthstar和(he)(he)4.0LAuroraV8發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)。福特(te)公(gong)司(si)Modular發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)的(de)(de)裝配式凸(tu)輪軸的(de)(de)凸(tu)輪采用(yong)粉末金(jin)屬(shu)制(zhi)造(zao)。粉末金(jin)屬(shu)在(zai)(zai)發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)上(shang)的(de)(de)進一步應(ying)(ying)用(yong)是在(zai)(zai)有色粉末金(jin)屬(shu)缸(gang)套的(de)(de)基礎上(shang)開發(fa)(fa)完整(zheng)的(de)(de)汽缸(gang)系統，即活(huo)塞/活(huo)塞環/缸(gang)套系統。此外，粉末金(jin)屬(shu)還用(yong)于(yu)制(zhi)造(zao)油泵、水泵、氣門導管和(he)(he)氣門座(zuo)傳動(dong)(dong)輪。

結語

粉末冶金材料的(de)發展方興(xing)未艾(ai)，汽車工業(ye)是粉(fen)末冶金(jin)的(de)最大市場，隨著粉(fen)末品質的(de)不(bu)斷提高，粉(fen)末制(zhi)造(zao)成本的(de)不(bu)斷下(xia)降(jiang)，成形機設備的(de)費(fei)用(yong)不(bu)再偏高，粉(fen)末冶金(jin)材(cai)料的(de)應用(yong)會越來越廣。

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