【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(zhong)(zhong)金屬(shu)(shu)粉(fen)末(mo)或金屬(shu)(shu)與(yu)非金屬(shu)(shu)粉(fen)末(mo)作原料(liao)(liao)，通過配料(liao)(liao)、壓制(zhi)成(cheng)形、燒結(jie)等工藝(yi)過程而制(zhi)成(cheng)的材料(liao)(liao)。這(zhe)種(zhong)(zhong)工藝(yi)過程稱(cheng)為粉(fen)末(mo)冶(ye)金法，是一種(zhong)(zhong)不同于(yu)熔煉和鑄造的方法。其生產過程與(yu)陶瓷制(zhi)品相類似，所以又稱(cheng)金屬(shu)(shu)陶瓷法。

粉末(mo)冶金法(fa)不僅是(shi)制(zhi)取具(ju)有(you)(you)某些特殊性能材料的(de)方法(fa)，也是(shi)一(yi)種無(wu)切屑或少切屑的(de)加工(gong)方法(fa)。它具(ju)有(you)(you)生產率高、材料利用率高、節省(sheng)機床和生產占地面積等優點。但金屬粉末(mo)和模具(ju)費用高，制(zhi)品大小和形(xing)狀受到一(yi)定(ding)限制(zhi)，制(zhi)品的(de)韌性較差。

粉末冶金(jin)(jin)(jin)法常用于制作硬(ying)質合金(jin)(jin)(jin)、減摩材料(liao)(liao)、結(jie)構(gou)材料(liao)(liao)、摩擦(ca)材料(liao)(liao)、難(nan)熔金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)材料(liao)(liao)、過濾材料(liao)(liao)、金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)陶瓷(ci)、無偏析高速工具鋼、磁性材料(liao)(liao)、耐熱材料(liao)(liao)等。

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粉末冶金的生產過程

(1)生產粉末。

粉(fen)末(mo)的(de)生(sheng)產過程(cheng)包括粉(fen)末(mo)的(de)制取、粉(fen)料的(de)混合等(deng)步驟。為(wei)改善粉(fen)末(mo)的(de)成(cheng)型性和可塑性通常加入(ru)汽(qi)油、橡膠或(huo)石(shi)蠟(la)等(deng)增塑劑。

(2)壓制成型。

粉末在(zai)500~600MPa壓力下，壓成所需(xu)形狀。

(3)燒結。

在(zai)保護氣氛的高溫爐或真(zhen)空爐中進行(xing)。燒(shao)(shao)結(jie)不(bu)同于金屬熔(rong)化，燒(shao)(shao)結(jie)時至(zhi)少有一種(zhong)元素仍處于固態。燒(shao)(shao)結(jie)過程(cheng)(cheng)中粉末(mo)顆粒間通過擴散、再結(jie)晶(jing)、熔(rong)焊、化合(he)、溶解等一系列的物理化學過程(cheng)(cheng)，成(cheng)為具有一定孔隙(xi)度的冶金產品。

(4)后處理。

一般情況下，燒結好的制件可(ke)直接使(shi)用。但對(dui)于某些尺寸要求精度高(gao)并且有高(gao)的硬度、耐磨(mo)性的制件還要進行燒結后(hou)處(chu)理。后(hou)處(chu)理包(bao)括精壓(ya)、滾壓(ya)、擠壓(ya)、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(yi)種或幾(ji)種難(nan)熔碳化(hua)物的粉末(mo)為主要成分，加入起粘結作用的鈷粉末(mo)，用粉末(mo)冶(ye)金法(fa)制得的材料(liao)。

常(chang)用硬質合金按成分和性能特點分為：鎢鈷類、鎢鈷鈦類、鎢鈦鉭(鈮(ni))類。

(1)硬質合金的性能

硬度(du)高(gao)，常(chang)溫下硬度(du)可(ke)達69～81HRC。熱(re)硬性(xing)(xing)高(gao)，可(ke)達900～1000℃。耐(nai)磨性(xing)(xing)好，其切削速度(du)比高(gao)速工具(ju)鋼高(gao)4～7倍，刀具(ju)壽(shou)命高(gao)5～80倍，可(ke)切削50HRC左(zuo)右的(de)硬質(zhi)材料(liao)。抗壓強(qiang)度(du)高(gao)，但(dan)抗彎強(qiang)度(du)低，韌性(xing)(xing)差。耐(nai)腐蝕性(xing)(xing)和抗氧化性(xing)(xing)良好。線膨(peng)脹系(xi)數小，但(dan)導熱(re)性(xing)(xing)差。

硬質(zhi)合金材料不能(neng)用一般的切(qie)削(xue)方法加工(gong)(gong)，只能(neng)采用電(dian)加工(gong)(gong)(如電(dian)火花(hua)、線(xian)切(qie)割、電(dian)解磨削(xue)等)或砂輪(lun)磨削(xue)。因此，一般是將硬質(zhi)合金制品釬(han)焊、粘結或機械夾固在(zai)刀體或模具上(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，切削(xue)加(jia)工用(yong)硬質(zhi)合(he)金(jin)按(an)其切屑排(pai)除形式和加(jia)工對(dui)象范圍(wei)不(bu)(bu)同(tong)分(fen)為P、M、K三個類別(bie)，根據被加(jia)工材(cai)質(zhi)及適應的加(jia)工條件不(bu)(bu)同(tong)，將各類硬質(zhi)合(he)金(jin)按(an)用(yong)途進行分(fen)組，其代號由在主要類別(bie)代號后(hou)面(mian)加(jia)一組數字組成，如P01、M10、K20等。

(3)硬質合金的應用

硬質合(he)金(jin)主要用于切削刀具，如車(che)刀、銑刀等。硬質合(he)金(jin)中(zhong)碳化(hua)物含量越(yue)(yue)多(duo)，鈷含量越(yue)(yue)少，則合(he)金(jin)硬度(du)、熱硬性(xing)、耐磨性(xing)越(yue)(yue)高，但(dan)強度(du)、韌性(xing)越(yue)(yue)低(di)。YG類(lei)合(he)金(jin)適(shi)(shi)宜加工(gong)(gong)脆性(xing)材料，YT類(lei)合(he)金(jin)適(shi)(shi)宜加工(gong)(gong)塑(su)性(xing)材料。同類(lei)合(he)金(jin)中(zhong)含鈷量高的適(shi)(shi)于粗加工(gong)(gong)，含鈷量低(di)的適(shi)(shi)于精加工(gong)(gong)。

硬(ying)質合金也用于(yu)制造(zao)冷(leng)作模具，如冷(leng)拉模、冷(leng)沖模、冷(leng)擠壓模和(he)冷(leng)鐓模等。其中YG類適(shi)用于(yu)拉深(shen)模，YG6、YG8適(shi)用于(yu)小拉深(shen)模，YG15適(shi)用于(yu)大拉深(shen)模和(he)沖壓模具。

硬質合金還用(yong)于(yu)制造量具(ju)和耐(nai)磨零件，如千(qian)分尺的測(ce)量頭，車床頂件尖、精軋輥和無心磨床的導板等。

近年來，鋼結硬(ying)質合(he)金作為一種新型工模(mo)具材料，得到(dao)了廣泛的應用。鋼結硬(ying)質合(he)金經(jing)退火(huo)后，可進行(xing)切削加工，經(jing)淬(cui)火(huo)、回火(huo)后，有相當于硬(ying)質合(he)金的高硬(ying)度和(he)(he)耐(nai)模(mo)性、一定(ding)的耐(nai)熱、耐(nai)蝕和(he)(he)抗氧(yang)化性，也可焊接和(he)(he)鍛造，適用于制造形狀(zhuang)復雜的刀具(如麻(ma)花鉆、銑刀等(deng))、模(mo)具和(he)(he)耐(nai)磨件(jian)。

2、粉末冶金減摩材料

根據基(ji)(ji)(ji)體主加元(yuan)素不同，粉末(mo)冶金(jin)(jin)減(jian)(jian)摩(mo)材(cai)(cai)料(liao)分為(wei)(wei)鐵(tie)(tie)基(ji)(ji)(ji)材(cai)(cai)料(liao)和(he)銅基(ji)(ji)(ji)材(cai)(cai)料(liao)。鐵(tie)(tie)基(ji)(ji)(ji)減(jian)(jian)摩(mo)材(cai)(cai)料(liao)常用的(de)(de)有(you)鐵(tie)(tie)-石墨(mo)粉末(mo)合(he)金(jin)(jin)和(he)鐵(tie)(tie)-硫-石墨(mo)粉末(mo)合(he)金(jin)(jin)。前(qian)者的(de)(de)組(zu)織為(wei)(wei)珠光(guang)體基(ji)(ji)(ji)體+鐵(tie)(tie)素體+滲碳體+石墨(mo)+孔隙(xi)，硬(ying)度30～110HBS；后者的(de)(de)組(zu)織除與前(qian)者的(de)(de)組(zu)織相同外(wai)，還(huan)有(you)硫化物，可(ke)進一(yi)步改(gai)善減(jian)(jian)摩(mo)性(xing)(xing)，硬(ying)度為(wei)(wei)35～70HBS。銅基(ji)(ji)(ji)減(jian)(jian)摩(mo)材(cai)(cai)料(liao)常用的(de)(de)是(shi)青(qing)銅粉末(mo)+石墨(mo)粉末(mo)制成的(de)(de)合(he)金(jin)(jin)，硬(ying)度為(wei)(wei)20～40HBS，具(ju)有(you)較好(hao)的(de)(de)導熱性(xing)(xing)、耐蝕性(xing)(xing)和(he)抗咬合(he)性(xing)(xing)，但(dan)承(cheng)壓能力(li)較鐵(tie)(tie)基(ji)(ji)(ji)減(jian)(jian)摩(mo)材(cai)(cai)料(liao)小。

粉末冶金(jin)減(jian)摩材料一般用(yong)于制(zhi)造中(zhong)速、輕載荷(he)的軸(zhou)(zhou)承，尤其適(shi)宜制(zhi)造不(bu)能(neng)經常加油的軸(zhou)(zhou)承，如紡織機(ji)械、電(dian)影機(ji)械、食品機(ji)械、家用(yong)電(dian)器等的軸(zhou)(zhou)承，在(zai)汽車(che)、拖拉機(ji)、機(ji)床電(dian)機(ji)中(zhong)也有應(ying)用(yong)。

3、粉末冶金結構材料

粉末冶金結構(gou)材(cai)料根據(ju)基體金屬(shu)不(bu)(bu)同，分為(wei)鐵基和(he)(he)銅(tong)基材(cai)料。鐵基材(cai)料根據(ju)化合(he)碳量的不(bu)(bu)同分為(wei)燒(shao)結鐵、燒(shao)結低(di)碳鋼(gang)、燒(shao)結中碳鋼(gang)和(he)(he)燒(shao)結高碳鋼(gang)，如果鐵基材(cai)料中含有合(he)金組元銅(tong)和(he)(he)鉬稱為(wei)燒(shao)結銅(tong)鋼(gang)和(he)(he)燒(shao)結銅(tong)鉬鋼(gang)。

鐵基(ji)結構(gou)(gou)材料(liao)制(zhi)成的結構(gou)(gou)零件(jian)精度高，表面(mian)粗(cu)糙度值小，不需或(huo)只需少量切削加工，節省材料(liao)，生(sheng)產率(lv)高，制(zhi)品(pin)多孔，可浸潤滑(hua)油，可以(yi)減(jian)摩、減(jian)振、消聲。粉(fen)末冶(ye)金(jin)結構(gou)(gou)材料(liao)廣泛(fan)應(ying)用于制(zhi)造機械零件(jian)，如機床上的調(diao)整(zheng)墊圈、調(diao)整(zheng)環(huan)、端蓋、滑(hua)塊、底(di)座(zuo)、偏(pian)心(xin)輪(lun)(lun)(lun)，汽車中的油泵(beng)齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)、差速器(qi)齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)、止推(tui)環(huan)，拖拉機上的傳(chuan)動齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)、活(huo)塞環(huan)以(yi)及接頭、隔套、螺母、油泵(beng)轉(zhuan)子、擋套、滾子等(deng)。

銅基結(jie)構材料與鐵基結(jie)構材料相比(bi)抗拉強度低，塑性(xing)(xing)、韌性(xing)(xing)較高(gao)，具(ju)有良好(hao)的導電(dian)、導熱和耐腐(fu)蝕性(xing)(xing)能，可進行各種鍍(du)涂(tu)處(chu)理，常用于制造體積(ji)較小(xiao)、形狀復(fu)雜、尺寸(cun)精度高(gao)、受(shou)力較小(xiao)的儀表(biao)儀器(qi)零(ling)件(jian)及電(dian)器(qi)、機械(xie)產品零(ling)件(jian)，如小(xiao)模(mo)數齒輪(lun)、凸(tu)輪(lun)、緊(jin)固件(jian)、閥、銷、套等(deng)結(jie)構件(jian)。

4、粉末冶金摩擦材料

粉末(mo)冶金摩擦(ca)材(cai)料根據基體金屬不同(tong)分(fen)為鐵基和銅基材(cai)料，根據工(gong)作條件不同(tong)分(fen)為干(gan)式(shi)和濕式(shi)材(cai)料，濕式(shi)材(cai)料適宜(yi)在油中工(gong)作。

粉末冶(ye)金摩(mo)擦(ca)材(cai)料(liao)(liao)由基本(ben)(ben)組(zu)元(yuan)和(he)輔(fu)助組(zu)元(yuan)組(zu)成。摩(mo)擦(ca)材(cai)料(liao)(liao)的承(cheng)(cheng)載能(neng)(neng)(neng)力(li)、熱(re)穩(wen)定性(xing)(xing)(xing)(xing)耐磨性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)耐熱(re)性(xing)(xing)(xing)(xing)由基本(ben)(ben)組(zu)元(yuan)的成分、結構和(he)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)來保證，輔(fu)助組(zu)元(yuan)可(ke)進一(yi)步完善基體性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。鐵基摩(mo)擦(ca)材(cai)料(liao)(liao)在高(gao)溫高(gao)載荷下摩(mo)擦(ca)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)良好，能(neng)(neng)(neng)承(cheng)(cheng)受較(jiao)大壓力(li)。銅基摩(mo)擦(ca)材(cai)料(liao)(liao)工(gong)藝性(xing)(xing)(xing)(xing)較(jiao)好，摩(mo)擦(ca)系數穩(wen)定，抗(kang)粘、抗(kang)卡性(xing)(xing)(xing)(xing)好，濕式工(gong)作條件(jian)下耐磨性(xing)(xing)(xing)(xing)優良，常用于油(you)中工(gong)作。

粉末冶(ye)金摩擦材料(liao)主要用于制(zhi)作(zuo)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)、拖拉機(ji)(ji)(ji)(ji)、汽車(che)、礦山車(che)輛、工程機(ji)(ji)(ji)(ji)械和飛(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)上的離合(he)器和制(zhi)動器。

粉末冶金在汽車上的應用

目(mu)前，汽(qi)車(che)(che)上(shang)已(yi)大量采用(yong)(yong)粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)燒結金(jin)屬(shu)(shu)(shu)，據統(tong)計，在(zai)日本每臺車(che)(che)上(shang)約有40～60個燒結零件。在(zai)美國制造汽(qi)車(che)(che)所(suo)用(yong)(yong)粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)1995年就(jiu)已(yi)經(jing)達到12.7kg/車(che)(che)，其應用(yong)(yong)范圍(wei)包括機(ji)械(xie)零件、滑動(dong)(dong)零件、摩擦零件、多孔材(cai)料(liao)、磁性材(cai)料(liao)、超(chao)硬工具材(cai)料(liao)、電(dian)工材(cai)料(liao)等。例如，一種粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)精密(mi)鑄造連桿(gan)在(zai)發(fa)動(dong)(dong)機(ji)制造業十分流行，巴依爾公(gong)司(si)(si)已(yi)將這種連桿(gan)作為轎(jiao)車(che)(che)和(he)摩托(tuo)車(che)(che)發(fa)動(dong)(dong)機(ji)的(de)(de)(de)標(biao)準(zhun)件。克萊(lai)斯勒公(gong)司(si)(si)也已(yi)經(jing)在(zai)2.0L和(he)2.4L發(fa)動(dong)(dong)機(ji)上(shang)使用(yong)(yong)這種粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)連桿(gan)；通用(yong)(yong)公(gong)司(si)(si)也已(yi)經(jing)將這種連桿(gan)用(yong)(yong)于4.6LNorthstar和(he)4.0LAuroraV8發(fa)動(dong)(dong)機(ji)。福(fu)特公(gong)司(si)(si)Modular發(fa)動(dong)(dong)機(ji)的(de)(de)(de)裝配式凸(tu)輪軸(zhou)的(de)(de)(de)凸(tu)輪采用(yong)(yong)粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)制造。粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)在(zai)發(fa)動(dong)(dong)機(ji)上(shang)的(de)(de)(de)進一步應用(yong)(yong)是在(zai)有色(se)粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)缸(gang)(gang)套(tao)(tao)的(de)(de)(de)基礎上(shang)開發(fa)完整的(de)(de)(de)汽(qi)缸(gang)(gang)系統(tong)，即(ji)活塞(sai)/活塞(sai)環(huan)/缸(gang)(gang)套(tao)(tao)系統(tong)。此外(wai)，粉(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)還用(yong)(yong)于制造油泵、水泵、氣(qi)門導(dao)管(guan)和(he)氣(qi)門座(zuo)傳動(dong)(dong)輪。

結語

粉末冶金材料的發(fa)展(zhan)方興未艾，汽(qi)車(che)工業是粉末(mo)(mo)冶(ye)金的最大(da)市場，隨著粉末(mo)(mo)品(pin)質的不斷(duan)(duan)提(ti)高，粉末(mo)(mo)制造成本(ben)的不斷(duan)(duan)下降，成形(xing)機設備的費用(yong)(yong)不再偏高，粉末(mo)(mo)冶(ye)金材料的應用(yong)(yong)會越(yue)來(lai)越(yue)廣。

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