【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(ji)種金屬(shu)粉末或金屬(shu)與非金屬(shu)粉末作(zuo)原料，通過(guo)配料、壓制(zhi)成(cheng)形、燒結等工藝過(guo)程而制(zhi)成(cheng)的材料。這種工藝過(guo)程稱為粉末冶金法，是(shi)一種不同于熔煉(lian)和(he)鑄(zhu)造的方法。其生產過(guo)程與陶瓷制(zhi)品(pin)相(xiang)類似，所以又稱金屬(shu)陶瓷法。

粉末冶金法(fa)不僅是(shi)制(zhi)取具(ju)有某些特殊(shu)性(xing)能材料(liao)的方法(fa)，也(ye)是(shi)一種無切屑(xie)或少切屑(xie)的加工方法(fa)。它具(ju)有生(sheng)產率高(gao)、材料(liao)利用(yong)率高(gao)、節省機床和(he)生(sheng)產占地(di)面積等(deng)優點(dian)。但(dan)金屬粉末和(he)模具(ju)費(fei)用(yong)高(gao)，制(zhi)品大小和(he)形狀受(shou)到一定(ding)限制(zhi)，制(zhi)品的韌性(xing)較差。

粉(fen)末冶金(jin)法常(chang)用(yong)于制作硬質合金(jin)、減(jian)摩材(cai)料(liao)(liao)、結構(gou)材(cai)料(liao)(liao)、摩擦材(cai)料(liao)(liao)、難熔金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)(liao)、過濾材(cai)料(liao)(liao)、金(jin)屬(shu)陶瓷、無偏析高速工具(ju)鋼、磁性材(cai)料(liao)(liao)、耐熱(re)材(cai)料(liao)(liao)等(deng)。

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粉末冶金的生產過程

(1)生產粉末。

粉末的生產過程包括粉末的制(zhi)取、粉料的混合(he)等(deng)步驟。為改善粉末的成型性和可塑性通常加(jia)入(ru)汽(qi)油、橡膠或石蠟等(deng)增塑劑。

(2)壓制成型。

粉末在500~600MPa壓力下，壓成所需(xu)形狀。

(3)燒結。

在保護(hu)氣氛的高(gao)溫爐(lu)或真空爐(lu)中進行。燒(shao)結(jie)不同于金屬熔化，燒(shao)結(jie)時至少有一(yi)種(zhong)元素(su)仍處于固態。燒(shao)結(jie)過程中粉末顆粒間通過擴散、再結(jie)晶、熔焊、化合(he)、溶解等一(yi)系列的物理化學過程，成(cheng)為(wei)具有一(yi)定孔隙度的冶金產品。

(4)后處理。

一般情況下，燒(shao)結(jie)好(hao)的制(zhi)件(jian)可直接(jie)使用。但對于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨(mo)性的制(zhi)件(jian)還(huan)要進行(xing)燒(shao)結(jie)后(hou)處理。后(hou)處理包括精壓、滾壓、擠(ji)壓、淬火、表(biao)面淬火、浸油、及熔滲等。

粉末冶金材料的主要類型

1、硬質合金

硬質合(he)金是以一種或幾種難熔(rong)碳(tan)化物的粉(fen)(fen)末為主要成分，加入起粘(zhan)結作用(yong)(yong)的鈷(gu)粉(fen)(fen)末，用(yong)(yong)粉(fen)(fen)末冶金法(fa)制得的材料。

常用硬質合金(jin)按成分和性能特點分為：鎢(wu)鈷類(lei)(lei)、鎢(wu)鈷鈦(tai)類(lei)(lei)、鎢(wu)鈦(tai)鉭(鈮)類(lei)(lei)。

(1)硬質合金的性能

硬(ying)度(du)高(gao)，常溫(wen)下硬(ying)度(du)可達69～81HRC。熱硬(ying)性(xing)高(gao)，可達900～1000℃。耐磨性(xing)好，其切削速(su)度(du)比高(gao)速(su)工具(ju)鋼(gang)高(gao)4～7倍，刀(dao)具(ju)壽命高(gao)5～80倍，可切削50HRC左右的硬(ying)質材料。抗壓(ya)強(qiang)度(du)高(gao)，但抗彎強(qiang)度(du)低，韌性(xing)差(cha)。耐腐蝕性(xing)和抗氧(yang)化性(xing)良好。線膨脹(zhang)系(xi)數小(xiao)，但導(dao)熱性(xing)差(cha)。

硬(ying)質(zhi)合金材料不能(neng)(neng)用(yong)一般(ban)的切(qie)削(xue)(xue)方法(fa)加工(gong)，只能(neng)(neng)采用(yong)電加工(gong)(如電火花、線(xian)切(qie)割(ge)、電解磨(mo)削(xue)(xue)等)或(huo)砂輪磨(mo)削(xue)(xue)。因(yin)此，一般(ban)是將(jiang)硬(ying)質(zhi)合金制(zhi)品釬焊、粘結或(huo)機械(xie)夾固在(zai)刀(dao)體(ti)或(huo)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(gen)據(ju)GB2075-87規(gui)定，切削(xue)加工(gong)(gong)用(yong)硬質合(he)金按其切屑(xie)排除形式和加工(gong)(gong)對象(xiang)范圍不同分(fen)為P、M、K三個類別，根(gen)據(ju)被加工(gong)(gong)材(cai)質及適(shi)應的加工(gong)(gong)條件不同，將各類硬質合(he)金按用(yong)途進行(xing)分(fen)組(zu)，其代號由在主要類別代號后(hou)面(mian)加一(yi)組(zu)數(shu)字組(zu)成，如P01、M10、K20等(deng)。

(3)硬質合金的應用

硬(ying)質(zhi)(zhi)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)主(zhu)要用于(yu)切削刀(dao)具，如車刀(dao)、銑刀(dao)等。硬(ying)質(zhi)(zhi)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)中碳化物含(han)量越多，鈷(gu)含(han)量越少，則合(he)(he)(he)金(jin)(jin)硬(ying)度(du)、熱硬(ying)性、耐磨(mo)性越高，但強度(du)、韌性越低(di)(di)。YG類(lei)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)適宜加(jia)工脆性材料，YT類(lei)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)適宜加(jia)工塑性材料。同類(lei)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)中含(han)鈷(gu)量高的適于(yu)粗加(jia)工，含(han)鈷(gu)量低(di)(di)的適于(yu)精加(jia)工。

硬質合金也用(yong)(yong)于制造冷(leng)(leng)作(zuo)模(mo)(mo)具，如冷(leng)(leng)拉模(mo)(mo)、冷(leng)(leng)沖(chong)模(mo)(mo)、冷(leng)(leng)擠(ji)壓模(mo)(mo)和冷(leng)(leng)鐓模(mo)(mo)等。其中(zhong)YG類(lei)適用(yong)(yong)于拉深模(mo)(mo)，YG6、YG8適用(yong)(yong)于小拉深模(mo)(mo)，YG15適用(yong)(yong)于大(da)拉深模(mo)(mo)和沖(chong)壓模(mo)(mo)具。

硬質合金還用于(yu)制造(zao)量(liang)具(ju)和耐磨零(ling)件，如(ru)千分尺的(de)(de)測量(liang)頭，車(che)床(chuang)頂件尖(jian)、精軋輥和無心磨床(chuang)的(de)(de)導板等。

近年來，鋼結硬質(zhi)合(he)金作(zuo)為一(yi)種(zhong)新型(xing)工(gong)模(mo)具材(cai)料，得到了廣泛的應用。鋼結硬質(zhi)合(he)金經(jing)退火(huo)后(hou)，可進(jin)行切削加工(gong)，經(jing)淬(cui)火(huo)、回火(huo)后(hou)，有相當(dang)于(yu)硬質(zhi)合(he)金的高硬度和(he)耐(nai)模(mo)性、一(yi)定的耐(nai)熱、耐(nai)蝕(shi)和(he)抗氧化性，也可焊接和(he)鍛造(zao)，適(shi)用于(yu)制造(zao)形(xing)狀復雜(za)的刀(dao)具(如麻花鉆、銑刀(dao)等)、模(mo)具和(he)耐(nai)磨件(jian)。

2、粉末冶金減摩材料

根據基(ji)(ji)體(ti)(ti)主(zhu)加(jia)元素不同，粉(fen)末(mo)冶金減(jian)摩(mo)(mo)材(cai)料(liao)(liao)分為(wei)鐵(tie)(tie)基(ji)(ji)材(cai)料(liao)(liao)和(he)銅(tong)基(ji)(ji)材(cai)料(liao)(liao)。鐵(tie)(tie)基(ji)(ji)減(jian)摩(mo)(mo)材(cai)料(liao)(liao)常用(yong)的(de)有鐵(tie)(tie)-石墨(mo)粉(fen)末(mo)合(he)金和(he)鐵(tie)(tie)-硫(liu)-石墨(mo)粉(fen)末(mo)合(he)金。前者的(de)組織(zhi)為(wei)珠光體(ti)(ti)基(ji)(ji)體(ti)(ti)+鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)+滲碳體(ti)(ti)+石墨(mo)+孔隙(xi)，硬(ying)度(du)30～110HBS；后者的(de)組織(zhi)除與(yu)前者的(de)組織(zhi)相(xiang)同外，還有硫(liu)化物，可(ke)進一步改(gai)善減(jian)摩(mo)(mo)性(xing)，硬(ying)度(du)為(wei)35～70HBS。銅(tong)基(ji)(ji)減(jian)摩(mo)(mo)材(cai)料(liao)(liao)常用(yong)的(de)是(shi)青銅(tong)粉(fen)末(mo)+石墨(mo)粉(fen)末(mo)制成的(de)合(he)金，硬(ying)度(du)為(wei)20～40HBS，具有較(jiao)好(hao)的(de)導(dao)熱性(xing)、耐(nai)蝕性(xing)和(he)抗(kang)咬合(he)性(xing)，但承(cheng)壓(ya)能力(li)較(jiao)鐵(tie)(tie)基(ji)(ji)減(jian)摩(mo)(mo)材(cai)料(liao)(liao)小。

粉(fen)末冶金減摩材料一(yi)般用(yong)于制造中速、輕載荷的(de)(de)軸承(cheng)，尤其適宜制造不能經常加油的(de)(de)軸承(cheng)，如紡織機(ji)(ji)械(xie)、電(dian)影機(ji)(ji)械(xie)、食品機(ji)(ji)械(xie)、家用(yong)電(dian)器(qi)等的(de)(de)軸承(cheng)，在(zai)汽車(che)、拖拉機(ji)(ji)、機(ji)(ji)床(chuang)電(dian)機(ji)(ji)中也有應用(yong)。

3、粉末冶金結構材料

粉末冶(ye)金結(jie)構材料(liao)根(gen)據基(ji)(ji)體金屬不(bu)同，分(fen)(fen)為鐵(tie)基(ji)(ji)和(he)(he)銅(tong)基(ji)(ji)材料(liao)。鐵(tie)基(ji)(ji)材料(liao)根(gen)據化合碳(tan)量的不(bu)同分(fen)(fen)為燒結(jie)鐵(tie)、燒結(jie)低碳(tan)鋼(gang)(gang)、燒結(jie)中碳(tan)鋼(gang)(gang)和(he)(he)燒結(jie)高(gao)碳(tan)鋼(gang)(gang)，如果(guo)鐵(tie)基(ji)(ji)材料(liao)中含有合金組元銅(tong)和(he)(he)鉬稱為燒結(jie)銅(tong)鋼(gang)(gang)和(he)(he)燒結(jie)銅(tong)鉬鋼(gang)(gang)。

鐵基結構材料制(zhi)成的結構零(ling)件(jian)(jian)精度高(gao)，表面粗糙度值小，不需或只需少(shao)量切削加工(gong)，節省材料，生產率(lv)高(gao)，制(zhi)品(pin)多孔，可(ke)浸潤滑(hua)油(you)，可(ke)以減摩(mo)、減振、消聲。粉末冶金結構材料廣泛應(ying)用于制(zhi)造機(ji)械零(ling)件(jian)(jian)，如機(ji)床上的調整(zheng)墊圈、調整(zheng)環(huan)、端(duan)蓋、滑(hua)塊、底座、偏(pian)心輪，汽車中的油(you)泵齒(chi)(chi)輪、差速器齒(chi)(chi)輪、止(zhi)推環(huan)，拖拉機(ji)上的傳(chuan)動(dong)齒(chi)(chi)輪、活塞(sai)環(huan)以及接頭、隔套、螺母、油(you)泵轉子、擋套、滾子等。

銅(tong)基結構材料與鐵基結構材料相比抗拉(la)強度低，塑性、韌性較高，具有(you)良好的導(dao)電、導(dao)熱和(he)耐腐蝕性能，可進行各種(zhong)鍍涂(tu)處理，常用于制(zhi)造體積(ji)較小(xiao)、形狀(zhuang)復雜(za)、尺寸精度高、受(shou)力較小(xiao)的儀表儀器(qi)零(ling)件(jian)(jian)及電器(qi)、機(ji)械(xie)產(chan)品零(ling)件(jian)(jian)，如小(xiao)模(mo)數齒(chi)輪(lun)、凸輪(lun)、緊固(gu)件(jian)(jian)、閥、銷、套等(deng)結構件(jian)(jian)。

4、粉末冶金摩擦材料

粉末冶金摩(mo)擦材(cai)料(liao)根(gen)(gen)據(ju)基(ji)(ji)體(ti)金屬不(bu)同(tong)分(fen)為(wei)鐵基(ji)(ji)和(he)銅基(ji)(ji)材(cai)料(liao)，根(gen)(gen)據(ju)工作條(tiao)件不(bu)同(tong)分(fen)為(wei)干式(shi)和(he)濕(shi)式(shi)材(cai)料(liao)，濕(shi)式(shi)材(cai)料(liao)適宜在油中工作。

粉末冶金摩(mo)擦(ca)(ca)材(cai)(cai)(cai)料(liao)由(you)基本組(zu)(zu)元(yuan)和輔助(zhu)組(zu)(zu)元(yuan)組(zu)(zu)成(cheng)。摩(mo)擦(ca)(ca)材(cai)(cai)(cai)料(liao)的承載能(neng)力、熱穩定性(xing)耐磨性(xing)和耐熱性(xing)由(you)基本組(zu)(zu)元(yuan)的成(cheng)分、結構和性(xing)能(neng)來(lai)保證，輔助(zhu)組(zu)(zu)元(yuan)可進一步(bu)完善基體性(xing)能(neng)。鐵基摩(mo)擦(ca)(ca)材(cai)(cai)(cai)料(liao)在高(gao)溫高(gao)載荷下(xia)摩(mo)擦(ca)(ca)性(xing)能(neng)良好(hao)，能(neng)承受較大壓力。銅基摩(mo)擦(ca)(ca)材(cai)(cai)(cai)料(liao)工(gong)藝性(xing)較好(hao)，摩(mo)擦(ca)(ca)系數穩定，抗(kang)粘、抗(kang)卡性(xing)好(hao)，濕(shi)式(shi)工(gong)作條件下(xia)耐磨性(xing)優良，常用于油中工(gong)作。

粉(fen)末冶(ye)金摩擦材料主要(yao)用于(yu)制作(zuo)機床(chuang)、拖拉機、汽車、礦(kuang)山車輛(liang)、工程(cheng)機械和飛機上的離合器(qi)和制動器(qi)。

粉末冶金在汽車上的應用

目(mu)前，汽車(che)上(shang)(shang)已大量采用(yong)粉(fen)(fen)末(mo)(mo)燒結金(jin)屬(shu)(shu)，據統(tong)計，在日本每(mei)臺車(che)上(shang)(shang)約(yue)有40～60個(ge)燒結零件(jian)。在美國制(zhi)(zhi)(zhi)造汽車(che)所用(yong)粉(fen)(fen)末(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)1995年就(jiu)已經(jing)(jing)達到12.7kg/車(che)，其應用(yong)范圍包括機(ji)械零件(jian)、滑動(dong)零件(jian)、摩(mo)擦零件(jian)、多孔(kong)材(cai)(cai)料(liao)、磁性材(cai)(cai)料(liao)、超(chao)硬工具(ju)材(cai)(cai)料(liao)、電工材(cai)(cai)料(liao)等。例(li)如(ru)，一(yi)種粉(fen)(fen)末(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)精密鑄造連(lian)桿(gan)在發(fa)(fa)(fa)動(dong)機(ji)制(zhi)(zhi)(zhi)造業十(shi)分流(liu)行(xing)，巴(ba)依爾公(gong)司已將這種連(lian)桿(gan)作為(wei)轎車(che)和(he)(he)摩(mo)托車(che)發(fa)(fa)(fa)動(dong)機(ji)的(de)標(biao)準件(jian)。克萊(lai)斯勒公(gong)司也(ye)已經(jing)(jing)在2.0L和(he)(he)2.4L發(fa)(fa)(fa)動(dong)機(ji)上(shang)(shang)使用(yong)這種粉(fen)(fen)末(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)連(lian)桿(gan)；通用(yong)公(gong)司也(ye)已經(jing)(jing)將這種連(lian)桿(gan)用(yong)于4.6LNorthstar和(he)(he)4.0LAuroraV8發(fa)(fa)(fa)動(dong)機(ji)。福特公(gong)司Modular發(fa)(fa)(fa)動(dong)機(ji)的(de)裝配式(shi)凸(tu)輪(lun)(lun)(lun)軸的(de)凸(tu)輪(lun)(lun)(lun)采用(yong)粉(fen)(fen)末(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)制(zhi)(zhi)(zhi)造。粉(fen)(fen)末(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)在發(fa)(fa)(fa)動(dong)機(ji)上(shang)(shang)的(de)進一(yi)步應用(yong)是在有色粉(fen)(fen)末(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)缸(gang)套的(de)基礎上(shang)(shang)開發(fa)(fa)(fa)完(wan)整的(de)汽缸(gang)系統(tong)，即活塞(sai)/活塞(sai)環/缸(gang)套系統(tong)。此外(wai)，粉(fen)(fen)末(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)還用(yong)于制(zhi)(zhi)(zhi)造油(you)泵、水泵、氣門導(dao)管和(he)(he)氣門座傳(chuan)動(dong)輪(lun)(lun)(lun)。

結語

粉末冶金材料的(de)發(fa)展方興未艾，汽車工(gong)業是(shi)粉(fen)末(mo)冶(ye)金的(de)最大市場(chang)，隨(sui)著粉(fen)末(mo)品(pin)質的(de)不斷(duan)提高(gao)，粉(fen)末(mo)制造成本的(de)不斷(duan)下降，成形機設備的(de)費用不再偏高(gao)，粉(fen)末(mo)冶(ye)金材料的(de)應用會越來(lai)越廣。

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