【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幾種金(jin)(jin)屬(shu)粉(fen)(fen)末(mo)或金(jin)(jin)屬(shu)與(yu)非金(jin)(jin)屬(shu)粉(fen)(fen)末(mo)作原料，通(tong)過(guo)配料、壓制成(cheng)形(xing)、燒結等工藝(yi)(yi)過(guo)程(cheng)(cheng)而制成(cheng)的材料。這種工藝(yi)(yi)過(guo)程(cheng)(cheng)稱為粉(fen)(fen)末(mo)冶金(jin)(jin)法，是一種不同于熔煉和鑄造的方法。其(qi)生(sheng)產過(guo)程(cheng)(cheng)與(yu)陶瓷制品相類似，所以又稱金(jin)(jin)屬(shu)陶瓷法。

粉(fen)末冶(ye)金法(fa)(fa)不僅是(shi)制取具有(you)某些特殊性能(neng)材料的方法(fa)(fa)，也是(shi)一種(zhong)無切屑或少(shao)切屑的加工方法(fa)(fa)。它具有(you)生(sheng)產率(lv)高、材料利(li)用(yong)(yong)率(lv)高、節省機床和(he)生(sheng)產占地(di)面積等優點。但金屬粉(fen)末和(he)模具費用(yong)(yong)高，制品(pin)大小和(he)形狀受(shou)到一定限制，制品(pin)的韌性較差。

粉末冶金(jin)法常用(yong)于(yu)制作硬(ying)質合金(jin)、減摩(mo)材(cai)料、結構材(cai)料、摩(mo)擦材(cai)料、難(nan)熔金(jin)屬材(cai)料、過(guo)濾材(cai)料、金(jin)屬陶瓷、無偏析高(gao)速工具鋼(gang)、磁性材(cai)料、耐熱材(cai)料等。

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粉末冶金的生產過程

(1)生產粉末。

粉末的生產過程包(bao)括粉末的制取、粉料(liao)的混合等步驟。為改善(shan)粉末的成型性(xing)和(he)可塑性(xing)通(tong)常加入汽油、橡(xiang)膠或(huo)石(shi)蠟等增塑劑。

(2)壓制成型。

粉末在500~600MPa壓力下，壓成(cheng)所需形狀。

(3)燒結。

在保護氣氛的高溫爐或(huo)真空爐中進行。燒(shao)結(jie)不同于(yu)金屬熔(rong)化，燒(shao)結(jie)時至少有一(yi)種元素仍處于(yu)固態。燒(shao)結(jie)過程中粉末顆粒間通過擴散、再結(jie)晶、熔(rong)焊(han)、化合、溶解等一(yi)系列(lie)的物理化學過程，成為(wei)具有一(yi)定孔隙度的冶金產品。

(4)后處理。

一般情況(kuang)下(xia)，燒結好的(de)制件可(ke)直接使用。但對于某些尺寸要求精度(du)高并且有高的(de)硬度(du)、耐(nai)磨性的(de)制件還要進行燒結后處理(li)。后處理(li)包括精壓、滾壓、擠(ji)壓、淬火(huo)、表面淬火(huo)、浸油(you)、及熔滲等(deng)。

粉末冶金材料的主要類型

1、硬質合金

硬質合金是(shi)以一種(zhong)或幾(ji)種(zhong)難熔碳化物的(de)粉(fen)末為主要(yao)成分，加入起粘結作(zuo)用(yong)的(de)鈷粉(fen)末，用(yong)粉(fen)末冶金法制(zhi)得(de)的(de)材(cai)料。

常用硬質合金按(an)成分(fen)和性能(neng)特(te)點(dian)分(fen)為：鎢(wu)鈷類(lei)、鎢(wu)鈷鈦(tai)類(lei)、鎢(wu)鈦(tai)鉭(鈮)類(lei)。

(1)硬質合金的性能

硬度(du)高(gao)(gao)(gao)，常溫下硬度(du)可達69～81HRC。熱硬性(xing)高(gao)(gao)(gao)，可達900～1000℃。耐磨性(xing)好，其切削(xue)(xue)速度(du)比高(gao)(gao)(gao)速工具(ju)鋼高(gao)(gao)(gao)4～7倍，刀(dao)具(ju)壽命高(gao)(gao)(gao)5～80倍，可切削(xue)(xue)50HRC左(zuo)右的硬質材料。抗(kang)(kang)壓強度(du)高(gao)(gao)(gao)，但(dan)抗(kang)(kang)彎強度(du)低，韌性(xing)差(cha)。耐腐蝕性(xing)和(he)抗(kang)(kang)氧化性(xing)良好。線膨脹系數小，但(dan)導熱性(xing)差(cha)。

硬質(zhi)合(he)金材(cai)料不能用一(yi)般(ban)的切削方法加工(gong)，只(zhi)能采用電加工(gong)(如電火(huo)花(hua)、線切割、電解(jie)磨(mo)削等)或(huo)砂輪磨(mo)削。因此，一(yi)般(ban)是將硬質(zhi)合(he)金制品釬焊、粘結或(huo)機(ji)械(xie)夾固在刀體或(huo)模(mo)具上(shang)使用。

(2)切削加工用硬質合金的分類和分組代號

根據GB2075-87規定，切(qie)削加(jia)工用硬(ying)質合金(jin)按其(qi)切(qie)屑排除形式和加(jia)工對象范(fan)圍不(bu)同分為P、M、K三個類別，根據被(bei)加(jia)工材(cai)質及適應的加(jia)工條件不(bu)同，將各類硬(ying)質合金(jin)按用途(tu)進(jin)行分組，其(qi)代號由在主要類別代號后面加(jia)一組數字(zi)組成(cheng)，如P01、M10、K20等。

(3)硬質合金的應用

硬(ying)(ying)質(zhi)合(he)金(jin)(jin)(jin)主要用于(yu)(yu)切(qie)削刀具，如車(che)刀、銑刀等。硬(ying)(ying)質(zhi)合(he)金(jin)(jin)(jin)中碳化(hua)物含(han)量(liang)越(yue)(yue)多(duo)，鈷(gu)含(han)量(liang)越(yue)(yue)少，則合(he)金(jin)(jin)(jin)硬(ying)(ying)度(du)、熱硬(ying)(ying)性(xing)、耐磨性(xing)越(yue)(yue)高，但強度(du)、韌性(xing)越(yue)(yue)低。YG類合(he)金(jin)(jin)(jin)適(shi)(shi)宜加工(gong)(gong)脆性(xing)材(cai)料(liao)，YT類合(he)金(jin)(jin)(jin)適(shi)(shi)宜加工(gong)(gong)塑性(xing)材(cai)料(liao)。同類合(he)金(jin)(jin)(jin)中含(han)鈷(gu)量(liang)高的適(shi)(shi)于(yu)(yu)粗加工(gong)(gong)，含(han)鈷(gu)量(liang)低的適(shi)(shi)于(yu)(yu)精加工(gong)(gong)。

硬質合金也用于(yu)制造冷(leng)作模(mo)具，如冷(leng)拉模(mo)、冷(leng)沖模(mo)、冷(leng)擠壓(ya)模(mo)和(he)冷(leng)鐓模(mo)等。其中YG類適(shi)用于(yu)拉深(shen)模(mo)，YG6、YG8適(shi)用于(yu)小拉深(shen)模(mo)，YG15適(shi)用于(yu)大拉深(shen)模(mo)和(he)沖壓(ya)模(mo)具。

硬質合金還用(yong)于(yu)制造(zao)量(liang)具和耐(nai)磨(mo)零件，如(ru)千分(fen)尺的測量(liang)頭，車床(chuang)頂件尖、精軋輥(gun)和無心磨(mo)床(chuang)的導板等。

近年(nian)來，鋼結(jie)硬(ying)(ying)質(zhi)合金作為一(yi)種新型工模具(ju)材料，得到了廣泛的應用。鋼結(jie)硬(ying)(ying)質(zhi)合金經退火后，可進行切削加工，經淬(cui)火、回(hui)火后，有相(xiang)當于硬(ying)(ying)質(zhi)合金的高硬(ying)(ying)度和(he)(he)耐模性、一(yi)定的耐熱、耐蝕和(he)(he)抗氧化(hua)性，也可焊接和(he)(he)鍛造，適用于制造形狀復雜的刀具(ju)(如麻花鉆、銑刀等(deng))、模具(ju)和(he)(he)耐磨件。

2、粉末冶金減摩材料

根據基(ji)(ji)體(ti)主(zhu)加元素不(bu)同，粉(fen)末冶金減摩(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)分(fen)為鐵(tie)基(ji)(ji)材(cai)(cai)料(liao)(liao)和銅基(ji)(ji)材(cai)(cai)料(liao)(liao)。鐵(tie)基(ji)(ji)減摩(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)常(chang)用的有(you)鐵(tie)-石(shi)墨(mo)粉(fen)末合金和鐵(tie)-硫-石(shi)墨(mo)粉(fen)末合金。前(qian)者的組(zu)織為珠光體(ti)基(ji)(ji)體(ti)+鐵(tie)素體(ti)+滲(shen)碳體(ti)+石(shi)墨(mo)+孔隙，硬度30～110HBS；后者的組(zu)織除與前(qian)者的組(zu)織相同外，還(huan)有(you)硫化(hua)物，可進(jin)一步改(gai)善減摩(mo)性(xing)，硬度為35～70HBS。銅基(ji)(ji)減摩(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)常(chang)用的是(shi)青銅粉(fen)末+石(shi)墨(mo)粉(fen)末制(zhi)成的合金，硬度為20～40HBS，具有(you)較(jiao)好的導熱性(xing)、耐(nai)蝕(shi)性(xing)和抗咬合性(xing)，但承壓能力較(jiao)鐵(tie)基(ji)(ji)減摩(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)小。

粉末冶金減摩材料一般用于制造中(zhong)(zhong)速(su)、輕載荷的軸承(cheng)，尤其適(shi)宜制造不能經常(chang)加油的軸承(cheng)，如(ru)紡織機(ji)械、電影機(ji)械、食品機(ji)械、家用電器等的軸承(cheng)，在汽車、拖拉機(ji)、機(ji)床電機(ji)中(zhong)(zhong)也(ye)有應用。

3、粉末冶金結構材料

粉末冶(ye)金(jin)(jin)結(jie)(jie)構材料根(gen)據(ju)基(ji)體(ti)金(jin)(jin)屬不(bu)同，分(fen)為鐵(tie)基(ji)和銅(tong)(tong)基(ji)材料。鐵(tie)基(ji)材料根(gen)據(ju)化合(he)碳量的(de)不(bu)同分(fen)為燒(shao)(shao)結(jie)(jie)鐵(tie)、燒(shao)(shao)結(jie)(jie)低碳鋼(gang)、燒(shao)(shao)結(jie)(jie)中(zhong)碳鋼(gang)和燒(shao)(shao)結(jie)(jie)高碳鋼(gang)，如(ru)果(guo)鐵(tie)基(ji)材料中(zhong)含(han)有合(he)金(jin)(jin)組(zu)元銅(tong)(tong)和鉬稱為燒(shao)(shao)結(jie)(jie)銅(tong)(tong)鋼(gang)和燒(shao)(shao)結(jie)(jie)銅(tong)(tong)鉬鋼(gang)。

鐵基結構(gou)材(cai)料制成的結構(gou)零件精度(du)高，表面粗糙(cao)度(du)值小，不需或只需少(shao)量切削(xue)加工，節省材(cai)料，生(sheng)產率高，制品多孔，可浸潤滑油(you)，可以減摩、減振、消聲。粉末(mo)冶(ye)金(jin)結構(gou)材(cai)料廣泛應用(yong)于制造(zao)機(ji)械零件，如(ru)機(ji)床上(shang)的調(diao)(diao)整墊圈、調(diao)(diao)整環(huan)、端蓋、滑塊、底座、偏心(xin)輪(lun)，汽車中的油(you)泵齒(chi)輪(lun)、差速器齒(chi)輪(lun)、止推環(huan)，拖拉機(ji)上(shang)的傳動(dong)齒(chi)輪(lun)、活塞環(huan)以及接(jie)頭、隔套、螺母、油(you)泵轉(zhuan)子、擋(dang)套、滾(gun)子等。

銅基結(jie)構材料(liao)與鐵基結(jie)構材料(liao)相比抗(kang)拉強(qiang)度低，塑性(xing)、韌性(xing)較高，具有良好(hao)的(de)導電、導熱(re)和(he)耐腐蝕性(xing)能，可進(jin)行各種鍍(du)涂(tu)處理(li)，常用(yong)于制造體積(ji)較小(xiao)、形(xing)狀(zhuang)復雜(za)、尺寸(cun)精度高、受(shou)力較小(xiao)的(de)儀(yi)表儀(yi)器零件(jian)(jian)及電器、機械產(chan)品(pin)零件(jian)(jian)，如小(xiao)模數(shu)齒輪(lun)、凸輪(lun)、緊固件(jian)(jian)、閥、銷、套等結(jie)構件(jian)(jian)。

4、粉末冶金摩擦材料

粉(fen)末冶金摩擦材料根據基體金屬不同(tong)分為(wei)鐵基和銅基材料，根據工作(zuo)條件不同(tong)分為(wei)干式(shi)(shi)和濕(shi)式(shi)(shi)材料，濕(shi)式(shi)(shi)材料適宜在(zai)油中工作(zuo)。

粉(fen)末(mo)冶金摩擦(ca)材(cai)(cai)料(liao)由基本(ben)組(zu)(zu)元和輔(fu)助組(zu)(zu)元組(zu)(zu)成(cheng)。摩擦(ca)材(cai)(cai)料(liao)的承(cheng)載(zai)能(neng)力、熱穩定性(xing)(xing)耐磨(mo)性(xing)(xing)和耐熱性(xing)(xing)由基本(ben)組(zu)(zu)元的成(cheng)分、結構和性(xing)(xing)能(neng)來(lai)保證(zheng)，輔(fu)助組(zu)(zu)元可進一步完善基體性(xing)(xing)能(neng)。鐵基摩擦(ca)材(cai)(cai)料(liao)在高(gao)溫高(gao)載(zai)荷下摩擦(ca)性(xing)(xing)能(neng)良好，能(neng)承(cheng)受較(jiao)大壓力。銅基摩擦(ca)材(cai)(cai)料(liao)工藝(yi)性(xing)(xing)較(jiao)好，摩擦(ca)系數穩定，抗(kang)粘、抗(kang)卡性(xing)(xing)好，濕式工作條件下耐磨(mo)性(xing)(xing)優良，常(chang)用于(yu)油中工作。

粉末冶金(jin)摩擦材料主要用于制作機床、拖拉機、汽(qi)車、礦山車輛(liang)、工程(cheng)機械和飛機上的離合器和制動器。

粉末冶金在汽車上的應用

目前，汽車(che)(che)上已(yi)大量采用粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)燒結(jie)金(jin)屬(shu)(shu)，據統(tong)(tong)計，在(zai)日本每臺車(che)(che)上約有(you)40～60個(ge)燒結(jie)零件。在(zai)美(mei)國制造(zao)(zao)汽車(che)(che)所用粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)1995年就已(yi)經達(da)到12.7kg/車(che)(che)，其應用范圍包括機械(xie)零件、滑動(dong)(dong)(dong)(dong)零件、摩擦零件、多孔材(cai)料、磁性材(cai)料、超(chao)硬工具(ju)材(cai)料、電工材(cai)料等。例如，一種(zhong)粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)精(jing)密鑄(zhu)造(zao)(zao)連桿(gan)在(zai)發動(dong)(dong)(dong)(dong)機制造(zao)(zao)業十(shi)分流行，巴依爾公司(si)已(yi)將這種(zhong)連桿(gan)作為轎車(che)(che)和(he)摩托(tuo)車(che)(che)發動(dong)(dong)(dong)(dong)機的(de)標準件。克萊斯勒公司(si)也已(yi)經在(zai)2.0L和(he)2.4L發動(dong)(dong)(dong)(dong)機上使用這種(zhong)粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)連桿(gan)；通用公司(si)也已(yi)經將這種(zhong)連桿(gan)用于4.6LNorthstar和(he)4.0LAuroraV8發動(dong)(dong)(dong)(dong)機。福特公司(si)Modular發動(dong)(dong)(dong)(dong)機的(de)裝(zhuang)配式凸輪軸的(de)凸輪采用粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)制造(zao)(zao)。粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)在(zai)發動(dong)(dong)(dong)(dong)機上的(de)進一步應用是在(zai)有(you)色粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)缸(gang)(gang)套的(de)基礎上開發完整的(de)汽缸(gang)(gang)系統(tong)(tong)，即(ji)活塞/活塞環(huan)/缸(gang)(gang)套系統(tong)(tong)。此外，粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)還用于制造(zao)(zao)油泵(beng)、水泵(beng)、氣(qi)門(men)導管和(he)氣(qi)門(men)座傳動(dong)(dong)(dong)(dong)輪。

結語

粉末冶金材料的(de)發展方興未艾，汽車工(gong)業是粉末(mo)(mo)冶金的(de)最大市場(chang)，隨著粉末(mo)(mo)品質的(de)不(bu)斷提高，粉末(mo)(mo)制造成(cheng)本(ben)的(de)不(bu)斷下降，成(cheng)形機(ji)設備的(de)費用不(bu)再(zai)偏高，粉末(mo)(mo)冶金材(cai)料的(de)應用會越來越廣。

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