【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(yong)幾(ji)種(zhong)金屬(shu)粉(fen)末或(huo)金屬(shu)與(yu)非金屬(shu)粉(fen)末作原料，通(tong)過配料、壓(ya)制成形、燒結等(deng)工藝過程而制成的(de)材料。這(zhe)種(zhong)工藝過程稱(cheng)為粉(fen)末冶金法(fa)，是一種(zhong)不同于熔煉和(he)鑄造的(de)方法(fa)。其生(sheng)產過程與(yu)陶瓷(ci)制品相類似，所以(yi)又稱(cheng)金屬(shu)陶瓷(ci)法(fa)。

粉末冶金法不(bu)僅(jin)是制(zhi)(zhi)取具(ju)有(you)某些特殊(shu)性(xing)能材料的方法，也是一種無切(qie)屑(xie)或少切(qie)屑(xie)的加工方法。它具(ju)有(you)生產率高、材料利用率高、節省機床(chuang)和(he)生產占地面(mian)積等優點。但(dan)金屬粉末和(he)模具(ju)費用高，制(zhi)(zhi)品(pin)大小和(he)形狀受到(dao)一定限制(zhi)(zhi)，制(zhi)(zhi)品(pin)的韌性(xing)較差(cha)。

粉末(mo)冶金(jin)法常(chang)用于制作(zuo)硬質合金(jin)、減(jian)摩材料、結構材料、摩擦材料、難熔金(jin)屬材料、過濾材料、金(jin)屬陶(tao)瓷(ci)、無偏析高速工具鋼(gang)、磁性材料、耐熱材料等(deng)。

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粉末冶金的生產過程

(1)生產粉末。

粉(fen)(fen)末(mo)的生(sheng)產過程包括粉(fen)(fen)末(mo)的制取(qu)、粉(fen)(fen)料的混合(he)等(deng)步(bu)驟。為(wei)改善粉(fen)(fen)末(mo)的成型(xing)性(xing)和(he)可(ke)塑性(xing)通(tong)常加入汽(qi)油、橡(xiang)膠(jiao)或石(shi)蠟等(deng)增塑劑。

(2)壓制成型。

粉末在500~600MPa壓力(li)下，壓成所需形狀。

(3)燒結。

在(zai)保護氣氛的高溫爐或真(zhen)空(kong)爐中進行。燒結(jie)(jie)不同于金屬熔化(hua)，燒結(jie)(jie)時至(zhi)少(shao)有一種元素(su)仍處于固(gu)態。燒結(jie)(jie)過(guo)(guo)程中粉(fen)末顆(ke)粒間通過(guo)(guo)擴散、再結(jie)(jie)晶、熔焊、化(hua)合、溶解等一系列的物理化(hua)學(xue)過(guo)(guo)程，成為具有一定孔隙(xi)度的冶金產品。

(4)后處理。

一般情況下，燒結(jie)好的(de)制件(jian)可直接使用。但(dan)對于(yu)某(mou)些尺寸要(yao)求精(jing)度高并且有(you)高的(de)硬度、耐磨性的(de)制件(jian)還要(yao)進(jin)行燒結(jie)后處理(li)。后處理(li)包括精(jing)壓(ya)(ya)(ya)、滾壓(ya)(ya)(ya)、擠壓(ya)(ya)(ya)、淬(cui)火(huo)、表面淬(cui)火(huo)、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(jin)(jin)是(shi)以一種(zhong)或幾種(zhong)難熔碳化物的(de)粉末(mo)為主要(yao)成(cheng)分，加(jia)入起粘(zhan)結作用的(de)鈷粉末(mo)，用粉末(mo)冶金(jin)(jin)法制得的(de)材料。

常用硬質合金按成分(fen)和性能特點分(fen)為：鎢鈷(gu)類、鎢鈷(gu)鈦(tai)類、鎢鈦(tai)鉭(tan)(鈮)類。

(1)硬質合金的性能

硬(ying)度高(gao)，常溫(wen)下(xia)硬(ying)度可(ke)達(da)(da)69～81HRC。熱(re)硬(ying)性(xing)(xing)高(gao)，可(ke)達(da)(da)900～1000℃。耐磨(mo)性(xing)(xing)好，其切削(xue)速度比高(gao)速工具(ju)鋼高(gao)4～7倍，刀具(ju)壽命高(gao)5～80倍，可(ke)切削(xue)50HRC左右的硬(ying)質材料。抗壓強度高(gao)，但(dan)抗彎強度低(di)，韌性(xing)(xing)差(cha)。耐腐蝕性(xing)(xing)和(he)抗氧化性(xing)(xing)良好。線(xian)膨脹系數(shu)小(xiao)，但(dan)導(dao)熱(re)性(xing)(xing)差(cha)。

硬(ying)質(zhi)合金材料不能用(yong)(yong)一般的切削方法加工，只(zhi)能采用(yong)(yong)電(dian)加工(如電(dian)火花、線切割、電(dian)解磨(mo)削等)或砂輪磨(mo)削。因(yin)此(ci)，一般是將(jiang)硬(ying)質(zhi)合金制品釬焊(han)、粘結(jie)或機械夾(jia)固在刀(dao)體或模具(ju)上使用(yong)(yong)。

(2)切削加工用硬質合金的分類和分組代號

根(gen)據GB2075-87規定(ding)，切削加(jia)(jia)(jia)工(gong)用硬(ying)(ying)質合金按(an)其(qi)切屑排(pai)除形(xing)式和加(jia)(jia)(jia)工(gong)對象范圍不同(tong)(tong)分(fen)為P、M、K三個類(lei)別，根(gen)據被(bei)加(jia)(jia)(jia)工(gong)材質及適應的(de)加(jia)(jia)(jia)工(gong)條(tiao)件不同(tong)(tong)，將各類(lei)硬(ying)(ying)質合金按(an)用途進行分(fen)組(zu)，其(qi)代號由在主(zhu)要(yao)類(lei)別代號后面加(jia)(jia)(jia)一組(zu)數字組(zu)成，如(ru)P01、M10、K20等。

(3)硬質合金的應用

硬(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)主要用于(yu)(yu)切(qie)削刀具，如車刀、銑(xian)刀等。硬(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)中碳(tan)化(hua)物含量(liang)(liang)越多，鈷含量(liang)(liang)越少，則合(he)(he)金(jin)硬(ying)(ying)度、熱硬(ying)(ying)性(xing)、耐磨性(xing)越高，但強度、韌性(xing)越低。YG類(lei)(lei)合(he)(he)金(jin)適(shi)宜加工脆性(xing)材(cai)料，YT類(lei)(lei)合(he)(he)金(jin)適(shi)宜加工塑性(xing)材(cai)料。同類(lei)(lei)合(he)(he)金(jin)中含鈷量(liang)(liang)高的(de)適(shi)于(yu)(yu)粗加工，含鈷量(liang)(liang)低的(de)適(shi)于(yu)(yu)精加工。

硬質合金也(ye)用于(yu)制造冷(leng)(leng)作模(mo)(mo)(mo)具(ju)，如冷(leng)(leng)拉(la)(la)模(mo)(mo)(mo)、冷(leng)(leng)沖模(mo)(mo)(mo)、冷(leng)(leng)擠壓模(mo)(mo)(mo)和(he)冷(leng)(leng)鐓模(mo)(mo)(mo)等(deng)。其(qi)中YG類適用于(yu)拉(la)(la)深(shen)模(mo)(mo)(mo)，YG6、YG8適用于(yu)小拉(la)(la)深(shen)模(mo)(mo)(mo)，YG15適用于(yu)大拉(la)(la)深(shen)模(mo)(mo)(mo)和(he)沖壓模(mo)(mo)(mo)具(ju)。

硬質(zhi)合(he)金還用于制造(zao)量(liang)具和耐磨零件，如千分尺的(de)測(ce)量(liang)頭，車床(chuang)頂件尖、精軋輥和無心磨床(chuang)的(de)導板等。

近(jin)年(nian)來，鋼結硬質(zhi)合(he)(he)金作為(wei)一(yi)種(zhong)新型工(gong)模(mo)(mo)具(ju)材料，得到了廣泛的(de)應用。鋼結硬質(zhi)合(he)(he)金經退(tui)火后，可進行切(qie)削(xue)加(jia)工(gong)，經淬火、回火后，有(you)相(xiang)當于硬質(zhi)合(he)(he)金的(de)高(gao)硬度和(he)耐(nai)模(mo)(mo)性、一(yi)定的(de)耐(nai)熱(re)、耐(nai)蝕和(he)抗(kang)氧化性，也可焊(han)接(jie)和(he)鍛造，適用于制造形狀復(fu)雜的(de)刀具(ju)(如麻花鉆、銑(xian)刀等)、模(mo)(mo)具(ju)和(he)耐(nai)磨(mo)件。

2、粉末冶金減摩材料

根(gen)據(ju)基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)主加(jia)元(yuan)素不(bu)同(tong)(tong)，粉(fen)(fen)末(mo)(mo)冶金減(jian)摩材(cai)(cai)(cai)料(liao)分為鐵(tie)(tie)基(ji)(ji)(ji)材(cai)(cai)(cai)料(liao)和(he)銅(tong)基(ji)(ji)(ji)材(cai)(cai)(cai)料(liao)。鐵(tie)(tie)基(ji)(ji)(ji)減(jian)摩材(cai)(cai)(cai)料(liao)常用(yong)的(de)(de)有鐵(tie)(tie)-石墨(mo)粉(fen)(fen)末(mo)(mo)合(he)(he)金和(he)鐵(tie)(tie)-硫-石墨(mo)粉(fen)(fen)末(mo)(mo)合(he)(he)金。前(qian)者(zhe)的(de)(de)組(zu)織(zhi)為珠光體(ti)(ti)(ti)基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)+鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)+滲碳體(ti)(ti)(ti)+石墨(mo)+孔隙，硬(ying)度(du)30～110HBS；后(hou)者(zhe)的(de)(de)組(zu)織(zhi)除與前(qian)者(zhe)的(de)(de)組(zu)織(zhi)相同(tong)(tong)外，還有硫化物，可(ke)進一步改善減(jian)摩性(xing)，硬(ying)度(du)為35～70HBS。銅(tong)基(ji)(ji)(ji)減(jian)摩材(cai)(cai)(cai)料(liao)常用(yong)的(de)(de)是青(qing)銅(tong)粉(fen)(fen)末(mo)(mo)+石墨(mo)粉(fen)(fen)末(mo)(mo)制成的(de)(de)合(he)(he)金，硬(ying)度(du)為20～40HBS，具有較好的(de)(de)導熱性(xing)、耐蝕性(xing)和(he)抗咬合(he)(he)性(xing)，但承壓能力較鐵(tie)(tie)基(ji)(ji)(ji)減(jian)摩材(cai)(cai)(cai)料(liao)小(xiao)。

粉末冶金減摩材料一(yi)般用于制造中(zhong)(zhong)速(su)、輕載荷的軸承(cheng)(cheng)，尤(you)其(qi)適宜制造不能經(jing)常加油的軸承(cheng)(cheng)，如(ru)紡織(zhi)機械(xie)、電影(ying)機械(xie)、食品機械(xie)、家用電器等的軸承(cheng)(cheng)，在(zai)汽車、拖拉(la)機、機床(chuang)電機中(zhong)(zhong)也有(you)應用。

3、粉末冶金結構材料

粉末冶金(jin)結構材(cai)料根據基體金(jin)屬不同，分為鐵(tie)基和銅基材(cai)料。鐵(tie)基材(cai)料根據化合(he)碳量的不同分為燒結鐵(tie)、燒結低(di)碳鋼(gang)、燒結中碳鋼(gang)和燒結高(gao)碳鋼(gang)，如果鐵(tie)基材(cai)料中含有合(he)金(jin)組元銅和鉬稱(cheng)為燒結銅鋼(gang)和燒結銅鉬鋼(gang)。

鐵基結構材料制(zhi)成的結構零(ling)件(jian)精度高，表面粗糙度值(zhi)小，不需(xu)或(huo)只需(xu)少量切削加工，節(jie)省材料，生產率高，制(zhi)品多孔，可(ke)浸(jin)潤滑(hua)油(you)，可(ke)以減摩、減振、消聲。粉末冶金結構材料廣泛(fan)應(ying)用(yong)于制(zhi)造機械零(ling)件(jian)，如(ru)機床上的調整(zheng)墊圈、調整(zheng)環(huan)、端蓋、滑(hua)塊、底座、偏心輪(lun)(lun)，汽車中(zhong)的油(you)泵齒輪(lun)(lun)、差速器齒輪(lun)(lun)、止推(tui)環(huan)，拖拉機上的傳動(dong)齒輪(lun)(lun)、活塞環(huan)以及接頭、隔套、螺母(mu)、油(you)泵轉子、擋套、滾(gun)子等。

銅基結(jie)構(gou)材(cai)料與鐵基結(jie)構(gou)材(cai)料相比抗拉強度低，塑性(xing)、韌性(xing)較(jiao)高，具(ju)有良好的(de)導電、導熱和耐腐蝕性(xing)能(neng)，可進行各(ge)種鍍涂處理(li)，常(chang)用(yong)于制(zhi)造體積較(jiao)小、形(xing)狀復(fu)雜(za)、尺寸精度高、受(shou)力較(jiao)小的(de)儀(yi)表(biao)儀(yi)器零件及電器、機械產品零件，如(ru)小模數齒輪(lun)、凸輪(lun)、緊固件、閥、銷、套等結(jie)構(gou)件。

4、粉末冶金摩擦材料

粉末冶金(jin)摩擦(ca)材(cai)料(liao)根(gen)據基(ji)(ji)體金(jin)屬(shu)不同分為鐵(tie)基(ji)(ji)和(he)銅基(ji)(ji)材(cai)料(liao)，根(gen)據工作(zuo)條件不同分為干式和(he)濕式材(cai)料(liao)，濕式材(cai)料(liao)適宜在油中工作(zuo)。

粉(fen)末冶金摩擦(ca)(ca)材料由基(ji)本組(zu)(zu)元(yuan)和(he)輔助組(zu)(zu)元(yuan)組(zu)(zu)成。摩擦(ca)(ca)材料的承(cheng)(cheng)載(zai)能(neng)(neng)力、熱(re)穩(wen)定性(xing)(xing)耐磨性(xing)(xing)和(he)耐熱(re)性(xing)(xing)由基(ji)本組(zu)(zu)元(yuan)的成分、結構和(he)性(xing)(xing)能(neng)(neng)來保證，輔助組(zu)(zu)元(yuan)可(ke)進一步完善基(ji)體性(xing)(xing)能(neng)(neng)。鐵基(ji)摩擦(ca)(ca)材料在高溫(wen)高載(zai)荷下(xia)摩擦(ca)(ca)性(xing)(xing)能(neng)(neng)良好(hao)，能(neng)(neng)承(cheng)(cheng)受較大(da)壓力。銅基(ji)摩擦(ca)(ca)材料工藝性(xing)(xing)較好(hao)，摩擦(ca)(ca)系數(shu)穩(wen)定，抗粘(zhan)、抗卡性(xing)(xing)好(hao)，濕式(shi)工作條(tiao)件下(xia)耐磨性(xing)(xing)優良，常用于油中(zhong)工作。

粉末(mo)冶金摩擦材料主要用于制(zhi)作機(ji)床(chuang)、拖(tuo)拉機(ji)、汽車、礦(kuang)山車輛、工程機(ji)械和飛機(ji)上的(de)離合器和制(zhi)動器。

粉末冶金在汽車上的應用

目前，汽(qi)車上(shang)(shang)已大(da)量(liang)采(cai)用(yong)粉(fen)(fen)(fen)末燒(shao)(shao)結金(jin)(jin)屬(shu)，據統(tong)計，在(zai)日本每臺車上(shang)(shang)約有40～60個(ge)燒(shao)(shao)結零件(jian)。在(zai)美(mei)國制(zhi)(zhi)造(zao)汽(qi)車所用(yong)粉(fen)(fen)(fen)末金(jin)(jin)屬(shu)1995年就已經(jing)(jing)達到12.7kg/車，其應用(yong)范圍包括(kuo)機械零件(jian)、滑動(dong)(dong)零件(jian)、摩(mo)擦零件(jian)、多(duo)孔材(cai)料、磁性材(cai)料、超硬工具材(cai)料、電工材(cai)料等(deng)。例(li)如，一(yi)種粉(fen)(fen)(fen)末金(jin)(jin)屬(shu)精密鑄造(zao)連(lian)桿在(zai)發動(dong)(dong)機制(zhi)(zhi)造(zao)業十(shi)分流行(xing)，巴(ba)依爾公(gong)(gong)司(si)(si)已將這(zhe)(zhe)種連(lian)桿作為轎車和(he)摩(mo)托車發動(dong)(dong)機的(de)(de)標準(zhun)件(jian)。克萊斯(si)勒(le)公(gong)(gong)司(si)(si)也已經(jing)(jing)在(zai)2.0L和(he)2.4L發動(dong)(dong)機上(shang)(shang)使用(yong)這(zhe)(zhe)種粉(fen)(fen)(fen)末金(jin)(jin)屬(shu)連(lian)桿；通用(yong)公(gong)(gong)司(si)(si)也已經(jing)(jing)將這(zhe)(zhe)種連(lian)桿用(yong)于(yu)4.6LNorthstar和(he)4.0LAuroraV8發動(dong)(dong)機。福特公(gong)(gong)司(si)(si)Modular發動(dong)(dong)機的(de)(de)裝配(pei)式凸輪軸的(de)(de)凸輪采(cai)用(yong)粉(fen)(fen)(fen)末金(jin)(jin)屬(shu)制(zhi)(zhi)造(zao)。粉(fen)(fen)(fen)末金(jin)(jin)屬(shu)在(zai)發動(dong)(dong)機上(shang)(shang)的(de)(de)進一(yi)步應用(yong)是在(zai)有色粉(fen)(fen)(fen)末金(jin)(jin)屬(shu)缸套的(de)(de)基(ji)礎上(shang)(shang)開(kai)發完整的(de)(de)汽(qi)缸系統(tong)，即(ji)活塞(sai)(sai)/活塞(sai)(sai)環/缸套系統(tong)。此外(wai)，粉(fen)(fen)(fen)末金(jin)(jin)屬(shu)還用(yong)于(yu)制(zhi)(zhi)造(zao)油泵(beng)、水泵(beng)、氣門導管(guan)和(he)氣門座傳(chuan)動(dong)(dong)輪。

結語

粉末冶金材料的(de)發展(zhan)方興未艾，汽(qi)車工業是粉末(mo)冶(ye)金(jin)的(de)最大市場，隨著粉末(mo)品質的(de)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)，粉末(mo)制造成(cheng)本的(de)不(bu)斷(duan)下降，成(cheng)形機設備(bei)的(de)費用不(bu)再偏高(gao)，粉末(mo)冶(ye)金(jin)材料(liao)的(de)應用會越來(lai)越廣。

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