【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)屬(shu)粉末(mo)或金(jin)屬(shu)與非金(jin)屬(shu)粉末(mo)作原料(liao)，通過配料(liao)、壓制成形(xing)、燒(shao)結等(deng)工(gong)(gong)藝(yi)過程而(er)制成的(de)材料(liao)。這種工(gong)(gong)藝(yi)過程稱(cheng)(cheng)為粉末(mo)冶(ye)金(jin)法(fa)(fa)，是(shi)一(yi)種不同于(yu)熔煉和鑄造的(de)方法(fa)(fa)。其生產過程與陶(tao)瓷制品相(xiang)類(lei)似，所以又稱(cheng)(cheng)金(jin)屬(shu)陶(tao)瓷法(fa)(fa)。

粉末(mo)(mo)冶金法不僅(jin)是制取具有(you)某(mou)些(xie)特殊性能材料的(de)方(fang)法，也(ye)是一種(zhong)無切(qie)屑(xie)(xie)或(huo)少(shao)切(qie)屑(xie)(xie)的(de)加工(gong)方(fang)法。它具有(you)生產率高(gao)、材料利用(yong)率高(gao)、節省機床和生產占地面積等優點。但(dan)金屬粉末(mo)(mo)和模具費用(yong)高(gao)，制品大小和形狀受到一定(ding)限制，制品的(de)韌性較差(cha)。

粉末冶金(jin)(jin)法常用于制作硬質(zhi)合金(jin)(jin)、減摩材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)、結構材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)、摩擦材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)、難熔金(jin)(jin)屬材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)、過濾(lv)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)、金(jin)(jin)屬陶瓷(ci)、無偏析高速工具鋼、磁性材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)、耐(nai)熱(re)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)等(deng)。

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粉末冶金的生產過程

(1)生產粉末。

粉(fen)末(mo)的生(sheng)產過程包括(kuo)粉(fen)末(mo)的制取、粉(fen)料的混合等(deng)步驟。為(wei)改善粉(fen)末(mo)的成型性和(he)可塑性通常加入汽油、橡(xiang)膠或石(shi)蠟(la)等(deng)增塑劑。

(2)壓制成型。

粉末在500~600MPa壓力下，壓成所需形狀(zhuang)。

(3)燒結。

在保護氣氛(fen)的(de)高溫爐或真空爐中進行。燒結不(bu)同(tong)于(yu)金屬熔(rong)化(hua)，燒結時至少有(you)一種元素仍處于(yu)固(gu)態。燒結過程中粉末顆(ke)粒間(jian)通過擴散、再結晶(jing)、熔(rong)焊、化(hua)合、溶(rong)解(jie)等一系列的(de)物理化(hua)學(xue)過程，成(cheng)為具(ju)有(you)一定孔(kong)隙度的(de)冶金產品(pin)。

(4)后處理。

一般(ban)情況下，燒結好的制(zhi)件可直接(jie)使用。但(dan)對于(yu)某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨(mo)性的制(zhi)件還要進行燒結后(hou)處(chu)理。后(hou)處(chu)理包(bao)括精壓(ya)、滾壓(ya)、擠(ji)壓(ya)、淬火(huo)、表(biao)面(mian)淬火(huo)、浸油(you)、及熔滲等。

粉末冶金材料的主要類型

1、硬質合金

硬質合金(jin)是以一種(zhong)或幾種(zhong)難熔碳化物的(de)粉(fen)末為主(zhu)要成分，加入起粘結作用的(de)鈷粉(fen)末，用粉(fen)末冶金(jin)法制得的(de)材料。

常(chang)用硬質合金按成分和性能(neng)特點分為(wei)：鎢(wu)(wu)鈷類(lei)、鎢(wu)(wu)鈷鈦類(lei)、鎢(wu)(wu)鈦鉭(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(ke)達(da)69～81HRC。熱(re)硬性(xing)(xing)高(gao)(gao)(gao)，可(ke)達(da)900～1000℃。耐磨性(xing)(xing)好，其切削(xue)速度(du)比高(gao)(gao)(gao)速工具鋼高(gao)(gao)(gao)4～7倍，刀具壽命高(gao)(gao)(gao)5～80倍，可(ke)切削(xue)50HRC左右的硬質材料。抗壓強(qiang)度(du)高(gao)(gao)(gao)，但抗彎強(qiang)度(du)低，韌性(xing)(xing)差(cha)。耐腐蝕性(xing)(xing)和抗氧化(hua)性(xing)(xing)良好。線膨脹系(xi)數小，但導熱(re)性(xing)(xing)差(cha)。

硬質合金(jin)材料(liao)不能用(yong)一般的切(qie)削(xue)方法加工，只(zhi)能采用(yong)電(dian)加工(如電(dian)火(huo)花、線(xian)切(qie)割、電(dian)解磨削(xue)等)或砂(sha)輪磨削(xue)。因(yin)此(ci)，一般是將硬質合金(jin)制品釬焊、粘結(jie)或機械夾固在刀體或模具上使用(yong)。

(2)切削加工用硬質合金的分類和分組代號

根據GB2075-87規(gui)定，切削(xue)加工(gong)(gong)用(yong)硬質(zhi)合金按其切屑排除形式和加工(gong)(gong)對(dui)象范圍不同(tong)分為P、M、K三個類別，根據被加工(gong)(gong)材(cai)質(zhi)及適應的加工(gong)(gong)條件不同(tong)，將各(ge)類硬質(zhi)合金按用(yong)途進行分組(zu)(zu)，其代(dai)(dai)號由(you)在主(zhu)要類別代(dai)(dai)號后(hou)面加一組(zu)(zu)數字組(zu)(zu)成，如(ru)P01、M10、K20等。

(3)硬質合金的應用

硬質(zhi)合(he)(he)(he)金(jin)主要(yao)用于(yu)切削刀具，如(ru)車刀、銑刀等。硬質(zhi)合(he)(he)(he)金(jin)中碳化物含量越(yue)(yue)多，鈷(gu)含量越(yue)(yue)少，則合(he)(he)(he)金(jin)硬度(du)、熱硬性(xing)(xing)、耐(nai)磨性(xing)(xing)越(yue)(yue)高(gao)，但強度(du)、韌(ren)性(xing)(xing)越(yue)(yue)低(di)。YG類(lei)合(he)(he)(he)金(jin)適(shi)宜(yi)加工脆性(xing)(xing)材料，YT類(lei)合(he)(he)(he)金(jin)適(shi)宜(yi)加工塑(su)性(xing)(xing)材料。同類(lei)合(he)(he)(he)金(jin)中含鈷(gu)量高(gao)的適(shi)于(yu)粗加工，含鈷(gu)量低(di)的適(shi)于(yu)精加工。

硬質合金也用(yong)(yong)(yong)于(yu)制(zhi)造冷(leng)(leng)(leng)作(zuo)模(mo)具，如冷(leng)(leng)(leng)拉(la)模(mo)、冷(leng)(leng)(leng)沖模(mo)、冷(leng)(leng)(leng)擠壓(ya)模(mo)和冷(leng)(leng)(leng)鐓模(mo)等。其中(zhong)YG類適用(yong)(yong)(yong)于(yu)拉(la)深模(mo)，YG6、YG8適用(yong)(yong)(yong)于(yu)小拉(la)深模(mo)，YG15適用(yong)(yong)(yong)于(yu)大拉(la)深模(mo)和沖壓(ya)模(mo)具。

硬(ying)質(zhi)合金還(huan)用于制造(zao)量具和(he)耐磨(mo)零件，如(ru)千分(fen)尺的測量頭(tou)，車床頂(ding)件尖、精軋輥和(he)無心磨(mo)床的導板(ban)等。

近年來(lai)，鋼結(jie)硬質合金(jin)作為一種新(xin)型(xing)工模具材料，得到了廣泛的應用。鋼結(jie)硬質合金(jin)經退火后，可進行切(qie)削加(jia)工，經淬火、回火后，有相當于(yu)硬質合金(jin)的高硬度和(he)耐(nai)(nai)(nai)模性(xing)、一定的耐(nai)(nai)(nai)熱(re)、耐(nai)(nai)(nai)蝕和(he)抗氧化性(xing)，也(ye)可焊(han)接和(he)鍛造，適(shi)用于(yu)制造形狀(zhuang)復(fu)雜的刀具(如麻(ma)花鉆、銑刀等)、模具和(he)耐(nai)(nai)(nai)磨件。

2、粉末冶金減摩材料

根據基體(ti)(ti)(ti)主加元(yuan)素不同，粉(fen)末冶金(jin)減摩材(cai)(cai)(cai)(cai)料分為(wei)(wei)鐵(tie)基材(cai)(cai)(cai)(cai)料和銅(tong)基材(cai)(cai)(cai)(cai)料。鐵(tie)基減摩材(cai)(cai)(cai)(cai)料常用(yong)的(de)(de)有(you)鐵(tie)-石墨(mo)(mo)粉(fen)末合金(jin)和鐵(tie)-硫-石墨(mo)(mo)粉(fen)末合金(jin)。前者的(de)(de)組(zu)織為(wei)(wei)珠光體(ti)(ti)(ti)基體(ti)(ti)(ti)+鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)+滲碳體(ti)(ti)(ti)+石墨(mo)(mo)+孔隙，硬度(du)30～110HBS；后者的(de)(de)組(zu)織除與前者的(de)(de)組(zu)織相同外，還有(you)硫化物，可(ke)進(jin)一步(bu)改善(shan)減摩性，硬度(du)為(wei)(wei)35～70HBS。銅(tong)基減摩材(cai)(cai)(cai)(cai)料常用(yong)的(de)(de)是青(qing)銅(tong)粉(fen)末+石墨(mo)(mo)粉(fen)末制成的(de)(de)合金(jin)，硬度(du)為(wei)(wei)20～40HBS，具(ju)有(you)較好(hao)的(de)(de)導熱性、耐(nai)蝕性和抗(kang)咬合性，但承(cheng)壓(ya)能力較鐵(tie)基減摩材(cai)(cai)(cai)(cai)料小。

粉末冶金減摩材料一般用(yong)于(yu)制造(zao)中速(su)、輕載荷的(de)軸(zhou)承(cheng)，尤其適(shi)宜制造(zao)不能經常加油(you)的(de)軸(zhou)承(cheng)，如紡織機械、電影機械、食品機械、家用(yong)電器等的(de)軸(zhou)承(cheng)，在(zai)汽車、拖拉(la)機、機床電機中也有應(ying)用(yong)。

3、粉末冶金結構材料

粉末(mo)冶金(jin)結(jie)(jie)構(gou)材料(liao)根(gen)據基(ji)體(ti)金(jin)屬不同，分為鐵(tie)(tie)基(ji)和銅基(ji)材料(liao)。鐵(tie)(tie)基(ji)材料(liao)根(gen)據化合碳量的不同分為燒(shao)結(jie)(jie)鐵(tie)(tie)、燒(shao)結(jie)(jie)低碳鋼(gang)(gang)、燒(shao)結(jie)(jie)中碳鋼(gang)(gang)和燒(shao)結(jie)(jie)高碳鋼(gang)(gang)，如果(guo)鐵(tie)(tie)基(ji)材料(liao)中含有合金(jin)組元銅和鉬(mu)稱為燒(shao)結(jie)(jie)銅鋼(gang)(gang)和燒(shao)結(jie)(jie)銅鉬(mu)鋼(gang)(gang)。

鐵基結構(gou)材(cai)(cai)料制(zhi)成的(de)結構(gou)零(ling)件精度(du)高，表(biao)面(mian)粗糙度(du)值小(xiao)，不需或(huo)只需少量切削加(jia)工，節(jie)省材(cai)(cai)料，生產率高，制(zhi)品多孔，可浸潤滑油(you)，可以(yi)減摩、減振、消聲(sheng)。粉末冶金結構(gou)材(cai)(cai)料廣(guang)泛應用于制(zhi)造機(ji)械(xie)零(ling)件，如機(ji)床上的(de)調整墊圈、調整環、端蓋、滑塊、底座、偏心輪(lun)，汽車中的(de)油(you)泵齒(chi)輪(lun)、差速器齒(chi)輪(lun)、止推環，拖拉機(ji)上的(de)傳動齒(chi)輪(lun)、活塞環以(yi)及接頭(tou)、隔套、螺母、油(you)泵轉子(zi)、擋套、滾子(zi)等。

銅基(ji)(ji)結(jie)構(gou)材料與鐵基(ji)(ji)結(jie)構(gou)材料相比(bi)抗拉強度低，塑(su)性、韌性較(jiao)高(gao)(gao)，具有良好的導(dao)電、導(dao)熱和耐腐蝕(shi)性能，可進行各種鍍涂處(chu)理，常(chang)用于制造體積(ji)較(jiao)小(xiao)、形狀復雜、尺(chi)寸精度高(gao)(gao)、受力(li)較(jiao)小(xiao)的儀表儀器零(ling)件(jian)(jian)及電器、機(ji)械產品零(ling)件(jian)(jian)，如(ru)小(xiao)模數齒輪、凸輪、緊固件(jian)(jian)、閥、銷、套等結(jie)構(gou)件(jian)(jian)。

4、粉末冶金摩擦材料

粉末(mo)冶金摩擦材(cai)料(liao)根據基(ji)體金屬不(bu)同(tong)(tong)分(fen)為(wei)鐵基(ji)和(he)銅基(ji)材(cai)料(liao)，根據工作條件不(bu)同(tong)(tong)分(fen)為(wei)干式(shi)和(he)濕式(shi)材(cai)料(liao)，濕式(shi)材(cai)料(liao)適宜在油中工作。

粉(fen)末冶金(jin)摩(mo)擦材料(liao)由基(ji)本組元(yuan)和輔助(zhu)組元(yuan)組成(cheng)(cheng)。摩(mo)擦材料(liao)的承載能(neng)力、熱(re)(re)穩定性(xing)(xing)(xing)(xing)耐磨(mo)(mo)性(xing)(xing)(xing)(xing)和耐熱(re)(re)性(xing)(xing)(xing)(xing)由基(ji)本組元(yuan)的成(cheng)(cheng)分、結構和性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)來(lai)保證(zheng)，輔助(zhu)組元(yuan)可進一步完(wan)善基(ji)體(ti)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。鐵基(ji)摩(mo)擦材料(liao)在高溫高載荷下摩(mo)擦性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)良好(hao)，能(neng)承受較(jiao)大壓力。銅基(ji)摩(mo)擦材料(liao)工(gong)藝性(xing)(xing)(xing)(xing)較(jiao)好(hao)，摩(mo)擦系(xi)數穩定，抗(kang)粘、抗(kang)卡性(xing)(xing)(xing)(xing)好(hao)，濕式(shi)工(gong)作條(tiao)件下耐磨(mo)(mo)性(xing)(xing)(xing)(xing)優良，常(chang)用于油(you)中工(gong)作。

粉(fen)末冶(ye)金摩擦材(cai)料主要用于制作機(ji)床、拖拉機(ji)、汽車、礦山車輛、工程機(ji)械和飛機(ji)上的離合器(qi)和制動(dong)器(qi)。

粉末冶金在汽車上的應用

目前，汽(qi)(qi)車(che)(che)上(shang)(shang)已(yi)大量采用(yong)(yong)(yong)(yong)粉(fen)(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)燒結金(jin)(jin)屬(shu)，據統(tong)計，在(zai)日(ri)本每臺車(che)(che)上(shang)(shang)約有40～60個燒結零件(jian)(jian)。在(zai)美國制(zhi)(zhi)造(zao)汽(qi)(qi)車(che)(che)所(suo)用(yong)(yong)(yong)(yong)粉(fen)(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)金(jin)(jin)屬(shu)1995年就已(yi)經(jing)達到12.7kg/車(che)(che)，其應用(yong)(yong)(yong)(yong)范(fan)圍包括機(ji)(ji)械零件(jian)(jian)、滑動(dong)(dong)零件(jian)(jian)、摩擦(ca)零件(jian)(jian)、多孔材料(liao)(liao)、磁性材料(liao)(liao)、超(chao)硬工具(ju)材料(liao)(liao)、電工材料(liao)(liao)等。例如，一種粉(fen)(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)金(jin)(jin)屬(shu)精密鑄造(zao)連(lian)(lian)桿(gan)在(zai)發(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)制(zhi)(zhi)造(zao)業十分流行，巴依爾公(gong)司(si)已(yi)將(jiang)這(zhe)(zhe)種連(lian)(lian)桿(gan)作為(wei)轎車(che)(che)和(he)摩托車(che)(che)發(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)的標準件(jian)(jian)。克萊斯勒公(gong)司(si)也已(yi)經(jing)在(zai)2.0L和(he)2.4L發(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)上(shang)(shang)使用(yong)(yong)(yong)(yong)這(zhe)(zhe)種粉(fen)(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)金(jin)(jin)屬(shu)連(lian)(lian)桿(gan)；通用(yong)(yong)(yong)(yong)公(gong)司(si)也已(yi)經(jing)將(jiang)這(zhe)(zhe)種連(lian)(lian)桿(gan)用(yong)(yong)(yong)(yong)于4.6LNorthstar和(he)4.0LAuroraV8發(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)。福特公(gong)司(si)Modular發(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)的裝配式(shi)凸(tu)輪軸的凸(tu)輪采用(yong)(yong)(yong)(yong)粉(fen)(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)金(jin)(jin)屬(shu)制(zhi)(zhi)造(zao)。粉(fen)(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)金(jin)(jin)屬(shu)在(zai)發(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)上(shang)(shang)的進一步(bu)應用(yong)(yong)(yong)(yong)是在(zai)有色粉(fen)(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)金(jin)(jin)屬(shu)缸套(tao)的基礎上(shang)(shang)開(kai)發(fa)完整的汽(qi)(qi)缸系統(tong)，即活(huo)塞/活(huo)塞環/缸套(tao)系統(tong)。此外，粉(fen)(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)金(jin)(jin)屬(shu)還(huan)用(yong)(yong)(yong)(yong)于制(zhi)(zhi)造(zao)油泵(beng)、水泵(beng)、氣門導管和(he)氣門座傳動(dong)(dong)輪。

結語

粉末冶金材料的發(fa)展方興未艾(ai)，汽(qi)車(che)工業是粉(fen)(fen)末冶(ye)金(jin)的最大市(shi)場，隨著粉(fen)(fen)末品質的不斷提高(gao)，粉(fen)(fen)末制造(zao)成本的不斷下降，成形(xing)機(ji)設備的費用不再偏高(gao)，粉(fen)(fen)末冶(ye)金(jin)材料(liao)的應用會(hui)越來越廣。

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