【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(shi)指用幾種金(jin)(jin)屬粉末或金(jin)(jin)屬與非(fei)金(jin)(jin)屬粉末作原料(liao)，通過配料(liao)、壓制成形、燒結等工(gong)(gong)藝過程而制成的材料(liao)。這種工(gong)(gong)藝過程稱為粉末冶金(jin)(jin)法，是(shi)一種不同于(yu)熔煉和(he)鑄造的方法。其(qi)生產過程與陶瓷制品相類似，所以又稱金(jin)(jin)屬陶瓷法。

粉末冶金(jin)(jin)法(fa)不僅是制(zhi)取具有某些特殊性(xing)能材料的方法(fa)，也是一種無切屑(xie)或少切屑(xie)的加工方法(fa)。它具有生(sheng)產率高(gao)(gao)、材料利用率高(gao)(gao)、節省(sheng)機床和生(sheng)產占地面積(ji)等優點(dian)。但金(jin)(jin)屬粉末和模具費用高(gao)(gao)，制(zhi)品大小和形狀受到一定限制(zhi)，制(zhi)品的韌性(xing)較差。

粉末冶金(jin)法常用于制作硬質合金(jin)、減摩材(cai)(cai)料(liao)(liao)、結構材(cai)(cai)料(liao)(liao)、摩擦材(cai)(cai)料(liao)(liao)、難(nan)熔金(jin)屬材(cai)(cai)料(liao)(liao)、過濾(lv)材(cai)(cai)料(liao)(liao)、金(jin)屬陶瓷、無偏析高速工(gong)具鋼、磁性材(cai)(cai)料(liao)(liao)、耐熱材(cai)(cai)料(liao)(liao)等。

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粉末冶金的生產過程

(1)生產粉末。

粉末的(de)生產過程(cheng)包括粉末的(de)制取、粉料的(de)混合(he)等步驟(zou)。為改善粉末的(de)成型性和可塑性通(tong)常(chang)加入汽油、橡膠或(huo)石蠟等增塑劑。

(2)壓制成型。

粉(fen)末(mo)在500~600MPa壓力下，壓成所需(xu)形狀。

(3)燒結。

在保護氣(qi)氛的(de)高溫爐或(huo)真空爐中進行。燒(shao)(shao)結(jie)不同于金(jin)屬熔化，燒(shao)(shao)結(jie)時至少有一種元素仍處于固態。燒(shao)(shao)結(jie)過(guo)(guo)程中粉(fen)末顆粒間通過(guo)(guo)擴散、再結(jie)晶、熔焊(han)、化合(he)、溶解等一系列的(de)物(wu)理(li)化學過(guo)(guo)程，成為(wei)具有一定孔(kong)隙度(du)的(de)冶(ye)金(jin)產品(pin)。

(4)后處理。

一般情況(kuang)下，燒結好的(de)制(zhi)件可(ke)直接使(shi)用。但對于某些尺寸要求精(jing)度高(gao)并且有高(gao)的(de)硬度、耐磨性的(de)制(zhi)件還(huan)要進行燒結后處理。后處理包括精(jing)壓(ya)(ya)、滾壓(ya)(ya)、擠壓(ya)(ya)、淬火、表面淬火、浸油、及熔(rong)滲等。

粉末冶金材料的主要類型

1、硬質合金

硬質(zhi)合(he)金是以(yi)一種(zhong)或幾種(zhong)難熔碳化物的粉末為主要成分，加入起(qi)粘(zhan)結(jie)作用的鈷(gu)粉末，用粉末冶金法制得的材料。

常用硬質合金按(an)成(cheng)分(fen)和性能特點(dian)分(fen)為：鎢鈷(gu)類、鎢鈷(gu)鈦(tai)(tai)類、鎢鈦(tai)(tai)鉭(鈮)類。

(1)硬質合金的性能

硬度高(gao)，常溫(wen)下(xia)硬度可達69～81HRC。熱硬性(xing)高(gao)，可達900～1000℃。耐(nai)磨(mo)性(xing)好，其切(qie)削速(su)度比高(gao)速(su)工具(ju)鋼高(gao)4～7倍，刀具(ju)壽命高(gao)5～80倍，可切(qie)削50HRC左右的硬質(zhi)材(cai)料。抗(kang)壓強(qiang)度高(gao)，但(dan)抗(kang)彎強(qiang)度低，韌性(xing)差(cha)。耐(nai)腐蝕性(xing)和抗(kang)氧化性(xing)良好。線(xian)膨脹系數小，但(dan)導(dao)熱性(xing)差(cha)。

硬質合金材(cai)料不能用(yong)一般的切削(xue)方法加工，只能采用(yong)電加工(如電火花、線切割(ge)、電解磨(mo)削(xue)等)或(huo)(huo)砂輪(lun)磨(mo)削(xue)。因此(ci)，一般是將(jiang)硬質合金制品釬焊、粘結(jie)或(huo)(huo)機(ji)械夾固(gu)在刀體或(huo)(huo)模具(ju)上使用(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(qie)削加工用硬質合金按其切(qie)屑(xie)排(pai)除形式(shi)和加工對象(xiang)范(fan)圍不(bu)同分為(wei)P、M、K三個類(lei)(lei)(lei)別，根據(ju)被加工材質及適應的加工條件不(bu)同，將各類(lei)(lei)(lei)硬質合金按用途進行分組(zu)，其代號由在主要(yao)類(lei)(lei)(lei)別代號后面加一組(zu)數(shu)字組(zu)成，如P01、M10、K20等。

(3)硬質合金的應用

硬(ying)質合(he)(he)金(jin)主(zhu)要用于切削(xue)刀具，如車(che)刀、銑刀等。硬(ying)質合(he)(he)金(jin)中碳化物含量(liang)越(yue)(yue)多(duo)，鈷(gu)含量(liang)越(yue)(yue)少(shao)，則合(he)(he)金(jin)硬(ying)度(du)、熱硬(ying)性(xing)、耐磨性(xing)越(yue)(yue)高，但強(qiang)度(du)、韌性(xing)越(yue)(yue)低(di)。YG類(lei)合(he)(he)金(jin)適宜加(jia)工(gong)脆(cui)性(xing)材(cai)料(liao)，YT類(lei)合(he)(he)金(jin)適宜加(jia)工(gong)塑性(xing)材(cai)料(liao)。同類(lei)合(he)(he)金(jin)中含鈷(gu)量(liang)高的適于粗加(jia)工(gong)，含鈷(gu)量(liang)低(di)的適于精加(jia)工(gong)。

硬質(zhi)合金也用于制造(zao)冷(leng)作(zuo)模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)，如冷(leng)拉(la)模(mo)(mo)(mo)(mo)、冷(leng)沖模(mo)(mo)(mo)(mo)、冷(leng)擠壓(ya)模(mo)(mo)(mo)(mo)和冷(leng)鐓模(mo)(mo)(mo)(mo)等。其中(zhong)YG類適用于拉(la)深(shen)模(mo)(mo)(mo)(mo)，YG6、YG8適用于小拉(la)深(shen)模(mo)(mo)(mo)(mo)，YG15適用于大拉(la)深(shen)模(mo)(mo)(mo)(mo)和沖壓(ya)模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)。

硬質合(he)金還用于制(zhi)造量具和耐(nai)磨(mo)零件(jian)，如(ru)千分尺(chi)的(de)測量頭，車床(chuang)頂件(jian)尖(jian)、精軋輥和無(wu)心磨(mo)床(chuang)的(de)導板(ban)等(deng)。

近年(nian)來，鋼結(jie)硬質合(he)(he)金(jin)作為(wei)一(yi)種新(xin)型工模具材料，得到(dao)了廣泛的(de)(de)應用(yong)。鋼結(jie)硬質合(he)(he)金(jin)經退火(huo)后(hou)，可進行切削(xue)加工，經淬(cui)火(huo)、回火(huo)后(hou)，有(you)相(xiang)當于硬質合(he)(he)金(jin)的(de)(de)高硬度(du)和(he)耐模性(xing)、一(yi)定的(de)(de)耐熱、耐蝕(shi)和(he)抗氧化性(xing)，也可焊接和(he)鍛造，適用(yong)于制造形狀復雜的(de)(de)刀(dao)具(如麻花鉆、銑刀(dao)等(deng))、模具和(he)耐磨件。

2、粉末冶金減摩材料

根據基(ji)(ji)(ji)體(ti)主加元素不(bu)同，粉(fen)末(mo)(mo)冶(ye)金(jin)減(jian)(jian)摩(mo)(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)分為鐵(tie)(tie)(tie)基(ji)(ji)(ji)材(cai)(cai)料(liao)(liao)和銅基(ji)(ji)(ji)材(cai)(cai)料(liao)(liao)。鐵(tie)(tie)(tie)基(ji)(ji)(ji)減(jian)(jian)摩(mo)(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)常用(yong)的有鐵(tie)(tie)(tie)-石墨(mo)(mo)(mo)粉(fen)末(mo)(mo)合(he)金(jin)和鐵(tie)(tie)(tie)-硫(liu)-石墨(mo)(mo)(mo)粉(fen)末(mo)(mo)合(he)金(jin)。前者(zhe)的組織(zhi)為珠光體(ti)基(ji)(ji)(ji)體(ti)+鐵(tie)(tie)(tie)素體(ti)+滲碳體(ti)+石墨(mo)(mo)(mo)+孔(kong)隙，硬(ying)度30～110HBS；后者(zhe)的組織(zhi)除(chu)與前者(zhe)的組織(zhi)相(xiang)同外，還有硫(liu)化物，可進一步改(gai)善減(jian)(jian)摩(mo)(mo)性(xing)(xing)，硬(ying)度為35～70HBS。銅基(ji)(ji)(ji)減(jian)(jian)摩(mo)(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)常用(yong)的是青銅粉(fen)末(mo)(mo)+石墨(mo)(mo)(mo)粉(fen)末(mo)(mo)制成的合(he)金(jin)，硬(ying)度為20～40HBS，具有較好的導熱性(xing)(xing)、耐蝕性(xing)(xing)和抗咬合(he)性(xing)(xing)，但承壓能力較鐵(tie)(tie)(tie)基(ji)(ji)(ji)減(jian)(jian)摩(mo)(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)小。

粉末冶(ye)金減(jian)摩材料一(yi)般用于制造中速、輕載荷的(de)軸承，尤其適宜制造不能經常加油的(de)軸承，如紡織機(ji)械(xie)、電(dian)影機(ji)械(xie)、食品(pin)機(ji)械(xie)、家用電(dian)器等的(de)軸承，在汽車(che)、拖拉(la)機(ji)、機(ji)床(chuang)電(dian)機(ji)中也有應用。

3、粉末冶金結構材料

粉末冶金(jin)結構(gou)材料根據基(ji)體金(jin)屬不同(tong)，分為(wei)鐵基(ji)和(he)銅基(ji)材料。鐵基(ji)材料根據化合碳(tan)(tan)量的不同(tong)分為(wei)燒(shao)(shao)結鐵、燒(shao)(shao)結低碳(tan)(tan)鋼(gang)、燒(shao)(shao)結中碳(tan)(tan)鋼(gang)和(he)燒(shao)(shao)結高碳(tan)(tan)鋼(gang)，如果鐵基(ji)材料中含有(you)合金(jin)組元銅和(he)鉬稱為(wei)燒(shao)(shao)結銅鋼(gang)和(he)燒(shao)(shao)結銅鉬鋼(gang)。

鐵基結構(gou)材(cai)料制(zhi)成的(de)(de)結構(gou)零(ling)件精(jing)度高，表面(mian)粗糙度值小，不需或只需少(shao)量切削(xue)加工，節(jie)省材(cai)料，生產率高，制(zhi)品多孔，可浸(jin)潤滑油(you)，可以減摩、減振、消聲。粉末冶金結構(gou)材(cai)料廣泛(fan)應用于制(zhi)造機(ji)(ji)械(xie)零(ling)件，如機(ji)(ji)床上的(de)(de)調(diao)整墊圈(quan)、調(diao)整環(huan)、端(duan)蓋、滑塊、底(di)座(zuo)、偏心輪，汽車中的(de)(de)油(you)泵齒(chi)輪、差(cha)速器齒(chi)輪、止(zhi)推環(huan)，拖拉機(ji)(ji)上的(de)(de)傳動齒(chi)輪、活塞環(huan)以及接(jie)頭、隔套、螺(luo)母、油(you)泵轉子、擋套、滾子等。

銅基(ji)結(jie)構材(cai)料與鐵基(ji)結(jie)構材(cai)料相比抗拉強度低，塑性、韌(ren)性較高，具有良好的導電(dian)、導熱和(he)耐腐蝕性能(neng)，可(ke)進(jin)行各種鍍涂處理，常用于制造體積較小(xiao)(xiao)、形狀復(fu)雜、尺(chi)寸精(jing)度高、受力(li)較小(xiao)(xiao)的儀表儀器零(ling)(ling)件(jian)(jian)及(ji)電(dian)器、機械產(chan)品(pin)零(ling)(ling)件(jian)(jian)，如小(xiao)(xiao)模數齒輪、凸輪、緊固(gu)件(jian)(jian)、閥、銷、套等結(jie)構件(jian)(jian)。

4、粉末冶金摩擦材料

粉末冶金(jin)摩(mo)擦材料根據基(ji)體金(jin)屬不(bu)同分為鐵(tie)基(ji)和(he)銅基(ji)材料，根據工作(zuo)(zuo)條件不(bu)同分為干(gan)式和(he)濕(shi)式材料，濕(shi)式材料適宜在(zai)油中工作(zuo)(zuo)。

粉末冶金摩(mo)擦(ca)(ca)材料(liao)由基(ji)本組(zu)元和輔(fu)助(zhu)組(zu)元組(zu)成。摩(mo)擦(ca)(ca)材料(liao)的(de)承(cheng)載(zai)能力(li)、熱穩定性(xing)(xing)耐(nai)磨性(xing)(xing)和耐(nai)熱性(xing)(xing)由基(ji)本組(zu)元的(de)成分、結構和性(xing)(xing)能來保證，輔(fu)助(zhu)組(zu)元可進一步完善基(ji)體性(xing)(xing)能。鐵基(ji)摩(mo)擦(ca)(ca)材料(liao)在高溫高載(zai)荷下摩(mo)擦(ca)(ca)性(xing)(xing)能良好，能承(cheng)受較大壓力(li)。銅基(ji)摩(mo)擦(ca)(ca)材料(liao)工藝性(xing)(xing)較好，摩(mo)擦(ca)(ca)系數穩定，抗粘、抗卡性(xing)(xing)好，濕式工作條件下耐(nai)磨性(xing)(xing)優良，常用于油中工作。

粉末冶金摩(mo)擦(ca)材料(liao)主要(yao)用(yong)于制作機床、拖拉機、汽車、礦山(shan)車輛、工程(cheng)機械(xie)和飛機上的離(li)合器和制動器。

粉末冶金在汽車上的應用

目前(qian)，汽車(che)(che)上(shang)已(yi)大量采用(yong)(yong)粉(fen)(fen)(fen)末燒結金屬(shu)(shu)(shu)(shu)，據(ju)統(tong)計(ji)，在(zai)日本每臺(tai)車(che)(che)上(shang)約(yue)有40～60個(ge)燒結零件(jian)。在(zai)美(mei)國制造(zao)(zao)汽車(che)(che)所用(yong)(yong)粉(fen)(fen)(fen)末金屬(shu)(shu)(shu)(shu)1995年(nian)就已(yi)經達到12.7kg/車(che)(che)，其應(ying)用(yong)(yong)范圍(wei)包(bao)括機械零件(jian)、滑(hua)動(dong)(dong)(dong)零件(jian)、摩擦零件(jian)、多孔材料(liao)、磁性(xing)材料(liao)、超硬工(gong)具材料(liao)、電工(gong)材料(liao)等。例如，一(yi)種粉(fen)(fen)(fen)末金屬(shu)(shu)(shu)(shu)精密(mi)鑄造(zao)(zao)連(lian)桿在(zai)發(fa)動(dong)(dong)(dong)機制造(zao)(zao)業十分流行，巴依爾公(gong)司(si)(si)已(yi)將這種連(lian)桿作為轎(jiao)車(che)(che)和摩托車(che)(che)發(fa)動(dong)(dong)(dong)機的(de)(de)標準件(jian)。克萊斯(si)勒公(gong)司(si)(si)也已(yi)經在(zai)2.0L和2.4L發(fa)動(dong)(dong)(dong)機上(shang)使用(yong)(yong)這種粉(fen)(fen)(fen)末金屬(shu)(shu)(shu)(shu)連(lian)桿；通用(yong)(yong)公(gong)司(si)(si)也已(yi)經將這種連(lian)桿用(yong)(yong)于4.6LNorthstar和4.0LAuroraV8發(fa)動(dong)(dong)(dong)機。福特公(gong)司(si)(si)Modular發(fa)動(dong)(dong)(dong)機的(de)(de)裝(zhuang)配式(shi)凸輪軸(zhou)的(de)(de)凸輪采用(yong)(yong)粉(fen)(fen)(fen)末金屬(shu)(shu)(shu)(shu)制造(zao)(zao)。粉(fen)(fen)(fen)末金屬(shu)(shu)(shu)(shu)在(zai)發(fa)動(dong)(dong)(dong)機上(shang)的(de)(de)進(jin)一(yi)步應(ying)用(yong)(yong)是在(zai)有色(se)粉(fen)(fen)(fen)末金屬(shu)(shu)(shu)(shu)缸套的(de)(de)基(ji)礎上(shang)開(kai)發(fa)完整的(de)(de)汽缸系(xi)統(tong)，即活塞/活塞環/缸套系(xi)統(tong)。此(ci)外，粉(fen)(fen)(fen)末金屬(shu)(shu)(shu)(shu)還用(yong)(yong)于制造(zao)(zao)油泵(beng)、水泵(beng)、氣門(men)(men)導管(guan)和氣門(men)(men)座傳動(dong)(dong)(dong)輪。

結語

粉末冶金材料的(de)發展方(fang)興(xing)未艾，汽車工業是粉末冶金的(de)最大(da)市場(chang)，隨著粉末品質的(de)不斷(duan)(duan)提高，粉末制造成本(ben)的(de)不斷(duan)(duan)下降，成形機設備的(de)費用不再偏高，粉末冶金材料的(de)應用會越(yue)(yue)來越(yue)(yue)廣。

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