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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作粉末冶金基本知识粉末冶金是制取金属粉末，及采用成形和烧结工艺将金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）制成材料和制品的工艺技术。它是冶金和材料科学的一个分支学科。粉末冶金制品的应用范围十分广泛，从普通机械制造到精密仪器；从五金工具到大型机械；从电子工业到电机制造；从民用工业到军事工业；从一般技术到尖端高技术，均能见到粉末冶金工艺的身影。粉末冶金发展历史：粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉末冶金方法。而现代粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志：1、克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难。1909年制造电灯钨丝
2、，推动了粉末冶金的发展；1923年粉末冶金硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命。2、三十年代成功制取多孔含油轴承；继而粉末冶金铁基机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削的优点。3、向更高级的新材料、新工艺发展。四十年代，出现金属陶瓷、弥散强化等材料，六十年代末至七十年代初，粉末高速钢、粉末高温合金相继出现；利用粉末冶金锻造及热等静压已能制造高强度的零件。粉末冶金工艺的优点：1、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本。用粉末冶金方法制造产品时，金
3、属的损耗只有1-5%，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80%。3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质，而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化，也不会给材料任何污染，故有可能制取高纯度的材料。4、粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性。5、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品，特别是齿轮等加工费用高的产品，用粉末冶金法制造能大大降低生产成本。粉末冶金工艺的基本工序是：1、原料粉末的制备。现有的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。而机械法可分为：机械粉碎及雾化法；物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-
4、化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。2、粉末成型为所需形状的坯块。成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯，并使其具有一定的密度和强度。成型的方法基本上分为加压成型和无压成型。加压成型中应用最多的是模压成型。3、坯块的烧结。烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。对于单元系和多元系的固相烧结，烧结温度比所用的金属及合金的熔点低；对于多元系的液相烧结，烧结温度一般比其中难熔成分的熔点低，而高于易熔成分的熔点。除普通烧结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺。4
5、、产品的后序处理。烧结后的处理，可以根据产品要求的不同，采取多种方式。如精整、浸油、机加工、热处理及电镀。此外，近年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于粉末冶金材料烧结后的加工，取得较理想的效果。粉末冶金材料和制品的今后发展方向：1、有代表性的铁基合金，将向大体积的精密制品，高质量的结构零部件发展。2、制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密的高性能合金。3、用增强致密化过程来制造一般含有混合相组成的特殊合金。4、制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金。5、加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。粉末冶金术语1、烧结 sintering：粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的
6、在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。 2、流体透过性 fluid permeability在规定条件下测定的在单位时间内液体或气体通过多孔体的数量。3、预烧 presintering：在低于最终烧结温度的温度下对压坯的加热处理。4、加压烧结 pressure：在烧结同时施加单轴向压力的烧结工艺。5、松装烧结 loose-powder sintering,gravity sintering：粉末未经压制直接进行的烧结。6、液相烧结 liquid-phase sintering：至少具有两种组分的粉末或压坯在形成一种液相的状态下烧结。7、过烧 oversintering：烧结温度过高和（或）烧结
7、时间过长致使产品最终性能恶化的烧结。8、欠烧 undersintering烧结温度过低和（或）烧结时间过短致使产品未达到所需性能的烧结。9、熔渗 infiltration用熔点比制品熔点低的金属或合金在熔融状态下充填未烧结的或烧结的制品内的孔隙的工艺方法。10、脱蜡 dewaxing,burn-off用加热排出压坯中的有机添加剂（粘结剂或润滑剂）。11、网带炉 mesh belt furnace一般由马弗保护的网带将零件实现炉内连续输送的烧结炉。12、步进梁式炉 walking-beam furnace通过步进梁系统将放置于烧结盘中的零件在炉内进行传送的烧结炉。13、推杆式炉 pusher f
8、urnace将零件装入烧舟中，通过推进系统将零件在炉内进行传送的烧结炉。14、烧结颈形成 neck formation烧结时在颗粒间形成颈状的联结。15、起泡 blistering由于气体剧烈排出，在烧结件表面形成鼓泡的现象。16、发汗 sweating压坯加热处理时液相渗出的现象。17、烧结壳 sinter skin烧结时，烧结件上形成的一种表面层，其性能不同于产品内部。18、相对密度 relative density多孔体的密度与无孔状态下同一成分材料的密度之比，以百分率表示。19、径向压溃密度 radial crushing strength通过施加径向压力测定的烧结圆筒试样的破裂强度。
9、20、孔隙度 porosity多孔体中所有孔隙的体积与总体积之比。21、扩散孔隙 diffusion porosity由于柯肯达尔效应导致的一种组元物质扩散到另一组元中形成的孔隙。22、孔径分布 pore size distribution材料中存在的各级孔径按数量或体积计算的百分率。23、表观硬度 apparent hardness在规定条件下测定的烧结材料的硬度，它包括了孔隙的影响。24、实体硬度 solid hardness在规定条件下测定的烧结材料的某一相或颗粒或某一区域的硬度，它排除了孔隙的影响。25、起泡压力 bubble-point pressure迫使气体通过液体浸渍的制品产生
10、第一气泡所需的最小的压力。26、重合金 heavy metal密度不低于16.5g/cm3的烧结材料。如：含镍和铜的钨合金。27、金属陶瓷 cermet由至少一种金属相和至少一种通常具有陶瓷性质的非金属相组成的烧结材料。28、烧结零件 sintered part由粉末成形并经烧结强化的烧结制品，零件通常都具有精密的公差和便于安装的特点。29、烧结结构零件 sintered structural part通常用于机械制造的烧结零件，不包括轴承、过滤器和摩擦材料。30、含油轴承 oiling-retaining bearing其中的开孔浸渍以润滑油的烧结轴承。31、烧结金属过滤器 sintered
11、 metal filter通常用于固液或固气分离的透过性烧结金属零件。32、烧结磁性零件 sintered magnetic part可满足磁性要求的烧结零件。33、烧结摩擦材料 sintered friction material这种烧结材料是由一种金属基与金属的或非金属的添加剂组成的复合材料，添加剂用于改变材料的摩擦与磨损特性。34、烧结电触头材料 sintered electrical contact material具有高电导率和抗弧腐蚀的烧结材料，例如：钨铜，钨银，银石墨和银氧化镉复合材料。烧结后处理粉末冶金的术语1、复压 re-pressing为了提高物理或力学性能，通常对烧结制品
12、施加压力。2、精整 sizing为了达到所需尺寸而进行的复压。3、整形 coining为了达到特定的表面形貌而进行的复压。4、粉末锻造 powder forging由粉末制造的未烧结的、预烧结的或烧结的预成形坯用锻造进行热致密化，同时伴随着形状的改变。5、浸渍 impregnation用非金属物质（如油、石蜡或树脂）填充烧结件的连通开孔孔隙的方法。6、水蒸汽处理 steam treatment将烧结铁基制品在过热水蒸汽中加热，使表层形成四氧化三铁保护膜，从而提高某些性能粉末冶金制品的浸油处理工艺粉末冶金多孔减摩制品浸油是一道重要的工序，可以增加粉末冶金制品的抗腐蚀性、提高耐磨性，延长其使用寿命
13、。铁基含油轴承烧结后进行浸油处理，润滑油即进入制品孔隙中，当轴转动时，与套发生动摩擦，生热，使轴承温度上升，油遇热膨胀，从孔隙中流出到轴与轴套之间起到自动供油，形成的油膜起润滑减摩作用。浸油也能防止制品被氧化。 浸油方法可分普通浸油、加热浸油和真空浸油。 普通浸油：把清洗干净的烧结制品放入机油（一般为2030号机油）中浸泡。油在制品的毛细管力作用下，浸入到制品的孔隙中。此法浸油效率低、浸油时间长，需几小时，用在含油率不高的制品中。 加热浸油：把清除干净的烧结制品放入80120热油中浸泡1小时。由于制品受热，连通孔隙中的空气膨胀，使一部分空气被排除。冷却后，剩余部分的空气又收缩，把油吸入到孔隙中
14、。由于热油的流动性好，润滑性高，因而可有更多的油浸入到制品中。该浸油方法效率比普通浸油率高。 真空浸油：把清理干净的烧结制品放入真空箱内，密封抽空至-720毫米Hg，然后向真空箱内放入机油，再加热至80，保持2030分钟。由于制品连通孔隙中的空气被抽出，机油可在10分钟之内浸入制品中。这种方法浸油效率高、速度快。此法的另一种形式，是先把放有制品的真空箱内的空气抽出，然后把预热过的油通入真空箱中，将制品覆盖起来，再使真空箱与大气接通，油即较快地浸入到制品孔隙中。粉末冶金制品的硫化处理(一)硫化处理的目的 硫化处理在粉末冶金制品中作为减摩材料应用时,以铁基含油轴承的应用最为广泛。烧结含油轴承（含石
15、墨量1%4%）制造工艺简单、成本低，在PV1825公斤米/厘米 秒情况下，可代替青铜，巴氏合金等减摩材料。但在繁重的工作条件下，如摩擦表面上滑动速度过高和单位负荷较大时，则烧结零件的耐磨性能和寿命会迅速降低。为了提高多孔铁基减摩零件的减摩性能，降低摩擦系数，提高工作温度以扩大其使用范围，采用硫化处理是一种值得推广的方法。 硫及大部分硫化物都具有一定的润滑性能。硫化铁就是一种良好的固体润滑剂，特别是在干摩擦的条件下，硫化铁的存在，具有很好的抗咬合性。 粉末冶金铁基制品，利用其毛细孔可以浸渍相当多的硫，经过加热可使硫与孔隙表面的铁生成硫化铁，它均匀地分布于制品的各处，在摩擦表面上起着良好的润滑作用
16、，并可以改善切削加工性能。硫化处理后的制品，其摩擦和切削表面都显得很光滑。 多孔烧结铁经硫化处理后，最突出的作用是具有很好的干摩擦性能。在无油润滑的工作条件下（即不准加油或无法加油），是一种令人满意的自润滑材料，并且有很好的抗咬合性，减少啃轴现象。此外，这种材料的摩擦特性与一般减摩材料不同。一般材料随着比压的增加，摩擦系数开始变化不大，当比压超过一定值后，摩擦系数急剧增加。而经过硫化处理后的多孔烧结铁，其摩擦系数在很大比压范围内随其比压增加反而下降。这就是减摩材料一种可贵的特性。 经硫化处理后的烧结铁基含油轴承，可在250以下顺利地工作。 （二）硫化处理工艺 硫化处理的工艺比较简单，不需要专门的设备，其工艺为： 将硫放入坩埚中
