粉末冶金材料的分類及應(yīng)用

1、粉末冶金材料的分類及應(yīng)用粉末冶金材料是指用幾種金屬粉末或金屬與非金屬粉末作原料，通過配料、壓制成形、燒結(jié)等工藝過程而制成的材料。這種工藝過程稱為粉末冶金法，是一種不同于熔煉和鑄造的方法。其生產(chǎn)過程與陶瓷制品相類似，所以又稱金屬陶瓷法。 粉末冶金法不僅是制取具有某些特殊性能材料的方法，也是一種無切屑或少切屑的加工方法。它具有生產(chǎn)率高、材料利用率高、節(jié)省機(jī)床和生產(chǎn)占地面積等優(yōu)點(diǎn)。但金屬粉末和模具費(fèi)用高，制品大小和形狀受到一定限制，制品的韌性較差。 粉末冶金法常用于制作硬質(zhì)合金、減摩材料、結(jié)構(gòu)材料、摩擦材料、難熔金屬材料、過濾材料、金屬陶瓷、無偏析高速工具鋼、磁性材料、耐熱材料等。 粉末冶金的生產(chǎn)過

2、程 (1)生產(chǎn)粉末。粉末的生產(chǎn)過程包括粉末的制取、粉料的混合等步驟。為改善粉末的成型性和可塑性通常加入汽油、橡膠或石蠟等增塑劑。 (2)壓制成型。粉末在500600MPa壓力下，壓成所需形狀。 (3)燒結(jié)。在保護(hù)氣氛的高溫爐或真空爐中進(jìn)行。燒結(jié)不同于金屬熔化，燒結(jié)時(shí)至少有一種元素仍處于固態(tài)。燒結(jié)過程中粉末顆粒間通過擴(kuò)散、再結(jié)晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化學(xué)過程，成為具有一定孔隙度的冶金產(chǎn)品。 (4)后處理。一般情況下，燒結(jié)好的制件可直接使用。但對(duì)于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件還要進(jìn)行燒結(jié)后處理。后處理包括精壓、滾壓、擠壓、淬火、表面淬火、浸油、及熔滲等。 粉末冶金材料的

3、主要類型 1 硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是以一種或幾種難熔碳化物的粉末為主要成分，加入起粘結(jié)作用的鈷粉末，用粉末冶金法制得的材料。 常用硬質(zhì)合金按成分和性能特點(diǎn)分為：鎢鈷類、鎢鈷鈦類、鎢鈦鉭(鈮)類。常用硬質(zhì)合金的牌號(hào)、成分和性能見表1。 表1 常用硬質(zhì)合金的牌號(hào)、成分和性能 類別 牌號(hào) 化學(xué)成分w/% 物理、力學(xué)性能 WC TiC TaC Co 密度/(g.cm-3) 硬度HRA() b/MPa() 鎢鈷類 YG3X 96.5 - 0.5 3 15.015.3 91.5 1079 YG6 94.0 - - 6 14.615.0 89.5 1422 YG6X 93.5 - 0.5 6 14.615.0

4、 91.0 1373 YG8 92.0 - - 8 14.514.9 89.0 1471 YG8N 91.0 - 1 8 14.514.9 89.5 1471 YG11C 89.0 - - 11 14.014.4 86.5 2060 YG15 85.0 - - 15 13.014.2 87.0 2060 YG4C 96.0 - - 4 14.915.2 89.5 1422 YG6A 92.0 - 2 4 14.615.0 91.5 1373 YG8C 92.0 - - 8 14.514.9 88.0 1716 鎢鈦鈷類 YT5 85.0 - 10 12.513.2 89.5 1373 YT15

5、 79.0 - 6 11.011.7 91.0 1150 YT30 66.0 - 4 9.39.7 92.5 883 通用合金 YW1 84.0 3 6 12.613.5 91.5 1177 YW2 82.0 3 8 12.413.5 90.0 1324 1) 硬質(zhì)合金的性能 硬度高，常溫下硬度可達(dá)6981HRC。熱硬性高，可達(dá)9001000。耐磨性好，其切削速度比高速工具鋼高47倍，刀具壽命高580倍，可切削50HRC左右的硬質(zhì)材料。抗壓強(qiáng)度高，但抗彎強(qiáng)度低，韌性差。耐腐蝕性和抗氧化性良好。線膨脹系數(shù)小，但導(dǎo)熱性差。 硬質(zhì)合金材料不能用一般的切削方法加工，只能采用電加工(如電火花、線切割、電

6、解磨削等)或砂輪磨削。因此，一般是將硬質(zhì)合金制品釬焊、粘結(jié)或機(jī)械夾固在刀體或模具上使用。 2) 切削加工用硬質(zhì)合金的分類和分組代號(hào) 根據(jù)GB2075-87規(guī)定，切削加工用硬質(zhì)合金按其切屑排除形式和加工對(duì)象范圍不同分為P、M、K三個(gè)類別，根據(jù)被加工材質(zhì)及適應(yīng)的加工條件不同，將各類硬質(zhì)合金按用途進(jìn)行分組，其代號(hào)由在主要類別代號(hào)后面加一組數(shù)字組成，如P01、M10、K20等。具體分類情況見表2。 表2 切削加工用硬質(zhì)合金分類對(duì)照表 代號(hào) 應(yīng)用范圍分類被加工材料類別 標(biāo)志顏色 對(duì)照 性能 用途代號(hào) 硬質(zhì)合金牌號(hào) 合金性能性 切削性能 P 長(zhǎng)切屑的鋼鐵材料,例如各種鋼 藍(lán) P01 數(shù)字越大韌性越好,耐磨

7、性越差 數(shù)字越大切削速度越低,進(jìn)給量越大 P10 YT30 P20 YT15 P30 YT14 P40 YT5 P50 M 長(zhǎng)切屑或短切屑的鋼鐵材料和有色金屬 黃 M10 M20 YW1 M30 YW2 M40 K 短切屑的鋼鐵材料、有色金屬及非金屬材料 紅 K01 YG3X K10 YG6X K20 YG6X K30 YG8N K40 3) 硬質(zhì)合金的應(yīng)用 硬質(zhì)合金主要用于切削刀具，如車刀、銑刀等。硬質(zhì)合金中碳化物含量越多，鈷含量越少，則合金硬度、熱硬性、耐磨性越高，但強(qiáng)度、韌性越低。YG類合金適宜加工脆性材料，YT類合金適宜加工塑性材料。同類合金中含鈷量高的適于粗加工，含鈷量低的適于精加工

8、。 硬質(zhì)合金也用于制造冷作模具，如冷拉模、冷沖模、冷擠壓模和冷鐓模等。其中YG類適用于拉深模，YG6、YG8適用于小拉深模，YG15適用于大拉深模和沖壓模具。 硬質(zhì)合金還用于制造量具和耐磨零件，如千分尺的測(cè)量頭，車床頂件尖、精軋輥和無心磨床的導(dǎo)板等。 近年來，鋼結(jié)硬質(zhì)合金作為一種新型工模具材料，得到了廣泛的應(yīng)用。鋼結(jié)硬質(zhì)合金經(jīng)退火后，可進(jìn)行切削加工，經(jīng)淬火、回火后，有相當(dāng)于硬質(zhì)合金的高硬度和耐模性、一定的耐熱、耐蝕和抗氧化性，也可焊接和鍛造，適用于制造形狀復(fù)雜的刀具(如麻花鉆、銑刀等)、模具和耐磨件。 2 粉末冶金減摩材料 根據(jù)基體主加元素不同，粉末冶金減摩材料分為鐵基材料和銅基材料。鐵基減摩

9、材料常用的有鐵-石墨粉末合金和鐵-硫-石墨粉末合金。前者的組織為珠光體基體+鐵素體+滲碳體+石墨+孔隙，硬度30110HBS；后者的組織除與前者的組織相同外，還有硫化物，可進(jìn)一步改善減摩性，硬度為3570HBS。銅基減摩材料常用的是青銅粉末+石墨粉末制成的合金，硬度為2040HBS，具有較好的導(dǎo)熱性、耐蝕性和抗咬合性，但承壓能力較鐵基減摩材料小。 粉末冶金減摩材料一般用于制造中速、輕載荷的軸承，尤其適宜制造不能經(jīng)常加油的軸承，如紡織機(jī)械、電影機(jī)械、食品機(jī)械、家用電器等的軸承，在汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床電機(jī)中也有應(yīng)用。 3 粉末冶金結(jié)構(gòu)材料 粉末冶金結(jié)構(gòu)材料根據(jù)基體金屬不同，分為鐵基和銅基材料。鐵基材

10、料根據(jù)化合碳量的不同分為燒結(jié)鐵、燒結(jié)低碳鋼、燒結(jié)中碳鋼和燒結(jié)高碳鋼，如果鐵基材料中含有合金組元銅和鉬稱為燒結(jié)銅鋼和燒結(jié)銅鉬鋼。 鐵基結(jié)構(gòu)材料制成的結(jié)構(gòu)零件精度高，表面粗糙度值小，不需或只需少量切削加工，節(jié)省材料，生產(chǎn)率高，制品多孔，可浸潤(rùn)滑油，可以減摩、減振、消聲。粉末冶金結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用于制造機(jī)械零件，如機(jī)床上的調(diào)整墊圈、調(diào)整環(huán)、端蓋、滑塊、底座、偏心輪，汽車中的油泵齒輪、差速器齒輪、止推環(huán)，拖拉機(jī)上的傳動(dòng)齒輪、活塞環(huán)以及接頭、隔套、螺母、油泵轉(zhuǎn)子、擋套、滾子等。 銅基結(jié)構(gòu)材料與鐵基結(jié)構(gòu)材料相比抗拉強(qiáng)度低，塑性、韌性較高，具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐腐蝕性能，可進(jìn)行各種鍍涂處理，常用于制造體積較

11、小、形狀復(fù)雜、尺寸精度高、受力較小的儀表儀器零件及電器、機(jī)械產(chǎn)品零件，如小模數(shù)齒輪、凸輪、緊固件、閥、銷、套等結(jié)構(gòu)件。 4 粉末冶金摩擦材料 粉末冶金摩擦材料根據(jù)基體金屬不同分為鐵基和銅基材料，根據(jù)工作條件不同分為干式和濕式材料，濕式材料適宜在油中工作。 粉末冶金摩擦材料由基本組元和輔助組元組成。摩擦材料的承載能力、熱穩(wěn)定性耐磨性和耐熱性由基本組元的成分、結(jié)構(gòu)和性能來保證，輔助組元可進(jìn)一步完善基體性能。鐵基摩擦材料在高溫高載荷下摩擦性能良好，能承受較大壓力。銅基摩擦材料工藝性較好，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，抗粘、抗卡性好，濕式工作條件下耐磨性優(yōu)良，常用于油中工作。 粉末冶金摩擦材料主要用于制作機(jī)床、拖拉機(jī)

12、、汽車、礦山車輛、工程機(jī)械和飛機(jī)上的離合器和制動(dòng)器。 粉末冶金在汽車上的應(yīng)用 目前，汽車上已大量采用粉末燒結(jié)金屬，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在日本每臺(tái)車上約有4060個(gè)燒結(jié)零件。在美國(guó)制造汽車所用粉末金屬1995年就已經(jīng)達(dá)到12.7kg/車，其應(yīng)用范圍包括機(jī)械零件、滑動(dòng)零件、摩擦零件、多孔材料、磁性材料、超硬工具材料、電工材料等。例如，一種粉末金屬精密鑄造連桿在發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)十分流行，巴依爾公司已將這種連桿作為轎車和摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)件?？巳R斯勒公司也已經(jīng)在2.0L和2.4L發(fā)動(dòng)機(jī)上使用這種粉末金屬連桿；通用公司也已經(jīng)將這種連桿用于4.6LNorthstar和4.0LAuroraV8發(fā)動(dòng)機(jī)。福特公司Modular