滲銅粉末冶金鋼生產(chǎn)工藝要素分析

1、銅粉末冶金鋼生產(chǎn)工藝要素鴻蜩法作為生產(chǎn)錚末治金站構(gòu)零件的一種比較經(jīng)濟(jì)的方法早1940年在北美就蕊得了工業(yè)應(yīng)用。由于這種工藝方法可以使材料的極限抗拉強(qiáng)度大約提高一倍q并且可収用來(lái)；為電我、噴涂等焉續(xù)加工提供封孔液壓壓力密封*多元件的組合*提高導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能*改善可機(jī)加工性能等多方曲的好處，而受到了人們的璽視。特別是近幾年來(lái).SCM金屬制品公司的一些研究工作看，進(jìn)一步發(fā)展了滲銅工藝，在保證滂鋼鋼具有高的抗拉強(qiáng)度的同時(shí).待到了比在MPIF984/1985年標(biāo)準(zhǔn)中所報(bào)導(dǎo)的值高10倍以上的沖擊強(qiáng)度，使證銅鋼開(kāi)拓了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域更加受到人們的青瞬。為從事滲銅鋼研究戍生產(chǎn)工作的人員提供有益的借鑒.本文將滲

2、掰工藝的姜倉(cāng)介紹如下。1 最基本的熔滲方法落滲方法，按零件通過(guò)爐子的次數(shù)可以分為兩種，即一步熔淨(jìng)和兩步熔滲。一歩熔滲即零件一次通過(guò)爐子，在燒結(jié)的問(wèn)時(shí)進(jìn)行焙滲兩涉熔海即零件兩次通過(guò)爐子，第一次完成燒結(jié)”笫二次完成熔滲。一敢，兩步熔潘零件的力學(xué)性能優(yōu)于一步熔漠。按熔沸塊在零件上的放置方式可以分為頂部熔潑、底部熔滲和從頂部和爛部同時(shí)進(jìn)行的熔湧。一般，頂部熔遂比底部熔滲來(lái)得容易<對(duì)于大的和具有厚裁面的零件.躍好能夠從碩部和麻部同時(shí)進(jìn)行熔滲"最基本的熔滲周期對(duì)卜一步熔遂，所推檬的誥邂周期眉在G77C-7t?0G用燒除訶滑劑，在lk>10t-1038c用最少1Omia洛解石麗，1&#

3、177;1121Gife結(jié)井熔穆30血扛対于兩歩熔滲，所擔(dān)群的熔滲周剔畑在IC-TbOCl&min燒粽潤(rùn)滑劑，在饒結(jié)3Omln,冷卻*二次入爐.注IdC熔滲3omin匕r由此町見(jiàn).肪用的燒結(jié)溫度和時(shí)間與i般餐件的饒結(jié)相同。其例外萇.隹槌）fl-步熔潘方法時(shí).在到達(dá)熔滲溫度以的，應(yīng)完成潤(rùn)帯劑的排除和石胡的溶解C俶如潤(rùn)滑刑的排除繪完仝的.任到達(dá)熔涔型度以曲的溫度下還會(huì)發(fā)生另外的氣態(tài)反應(yīng)：還皿T氛組份氫與鐵粉中的殘氽氧化物反應(yīng)生成水汽，添加的石愿與決粉中的殘余事化物反應(yīng)生成co和（或）COJo另外"封閉在生坯內(nèi)部的殘存氣體和潤(rùn)滑劑的膨旅。所有這些，將導(dǎo)致內(nèi)壓的升爲(wèi)和氣體通過(guò)仇隙的向

4、外流動(dòng)，即"脫氣/。如果這種“脫氣”持續(xù)到到達(dá)熔滲溫度之后。則會(huì)影響熔滲的有效性。因此.使用蜩步熔滲或者在一步熔港中延長(zhǎng)到達(dá)熔潘溫度以曲的預(yù)處理時(shí)間.就可以完全排除或者把這種不和舷響降低列顯低程度。所爺要的狄處理肘間受潤(rùn)滑劑捋除的完全程度、屋體鐵粉中氣化物的含址以及添加石艮數(shù)欣的彫響。2 熔滲劑用銅作熔妙劑時(shí)，鉗熔化垢將涪解披熔汾冬件表面的快，即浸蝕熔滲劑與莖體金風(fēng)的接蝕表面。為防止這種決詫作用，希旻向制粉中添加少軾的鐵粉，使與制合全化。再灤如-部分鋌、銖、石墨和潤(rùn)潸劑等。用UnitedStatesBronzePowderInc#制造的C-123-L、XF-kXF-41111由SCM

5、MetalProducts制造的IP-20412'和曲AmericanMetalClimaxInc.制造的INFlLOYix,其成份匯總于表1中。*1幾種典型熔潅刑的舷份/%C-128-LXF-1XF-4IP-2041NFILOYCu929595余余Fc122236.0Mn0,5-1.51.5Ni一0.6Al0.3C0.5潤(rùn)滑劑0.50.50.50.5其他余余"余0.51下面介紹表1中給出的兒種典型熔滲劑的待性。C-128-U是一種預(yù)混有潤(rùn)滑劑和少覽石冬的菽合金化銅斗粉末.適用于熔滲具右低到中諄碳含颶和小到中蒔尺寸的寫件。兵仃明顯的熔點(diǎn)和極好的流動(dòng)性。XF-1,是-種枚混竹潤(rùn)

6、滑劑和少屋其他紐份的狽合金化啊基粉末。宜便用的竝抵生坯密度為75Xiokg/m（壓制壓力為2%MPa）。適用于熔滲具有低到倉(cāng)的欣含量和中到大尺寸的零件。為菲完全液態(tài)，滯流性校好。XF-4：適用于熔滲具冇低到高的碳育笊和中到大尺寸的零件。它能夠懸垂于零件輪酬之外，或者將孔舊孩盃而不汶但卻容P滲入環(huán)件孔瞰之中。INFH.OY；足-種尊化鋼合金粉末.所使用的址低常滲溫度為1X59。TP-2O4,是一種預(yù)合金化的網(wǎng)熔澤劑，其最大特點(diǎn)是浸蝕性低，適用于熔淒要求具冇高沖擊強(qiáng)度的爭(zhēng)件.熔漸塊足根據(jù)被熔漫毎件的形狀算待點(diǎn)由熔灣粉末壓制而誡的。一般可為片狀、柱狀和環(huán)狀等。4保護(hù)氣氛對(duì)于滲銅，東普通的保護(hù)氣類有分

7、解氨、放熱性氣貳和吸熱性氣氛，其成份組成如兼2所示。保護(hù)化聚対于熔滲效果的影響以熔渤劑湯入事件的百分率糸表示?，F(xiàn)按步、兩步和底祁熔謬進(jìn)行分述。賽2幾種保護(hù)（象的體積組成/%【"注.T一痕量戲低于0.5俛M表中成份為標(biāo)定成分氣體放熱性氣氛吸熱性u(píng)機(jī)分解気CO,8Tco221H；23975CH；TT一N.朋40254J一步培熄豫劑選用純飯和由四個(gè)廠家生產(chǎn)的摻銅粉末，取塔浄劑重量為毎體重倉(cāng)的25%。選用Ancormet101鐵粉（HoeganaesCorporation；制適"壓制帝度為6.50+0.05XlO'kg/m吸熱性氣粗第點(diǎn)為1.?七。爐子燒結(jié)（堆墻）溫按為U4

8、0±10V,保溫50±2min,對(duì)加熱和冷卻速度不加控制。其試驗(yàn)給采示于表3。曲表3可見(jiàn).除熔滲劑D以外，分為気和放熱性久気優(yōu)干吸熱性氣氛。表3在特定保護(hù)気下熔港鋼港入壓坯的百分率（"建：所有值的計(jì)真偏差為2%熔滲劑ABCDCu分解気78«47R7491放殆性氣瓠«292831020%吸熱性氣飆7t>447S25874.2兩步熔湛試臉燒結(jié)溫度為1140±10r,保溫時(shí)間為45士2min.保護(hù)氣氛為分解氮丿熔灣ifiI«CX/U40±10C.保溫5O±2FPin。其他條件W（4.1）o試驗(yàn)結(jié)杲如表4。

9、*4在特定保護(hù)氣氛中熠濯割冷入壓坯的百分率【卩注：所有值的計(jì)算備差為2嘶熔淞劑不扶"I的強(qiáng)聲焙渤劑ABCDCu分解氮Q0H7«37b8K放熱性氣氛。0°187H305吸熱性氣氛8385708176由表d可見(jiàn).對(duì)于兩步熔澇.放熱性氣象優(yōu)于分解気和吸熱性氣氛。慈博滲劑D以外，使用放熱性氣欽比使用吸熱性氣氛效果要好得多。只有焰滲劑D,使用敵熱性氣氛比使用分解煞效果妥好得多。4.3底部熔滲對(duì)于一步和兩步頂祁熔海.在一定范周內(nèi)駐力有促逬作用。而對(duì)于底部煙滓則完全排除了重力所起的作用。熔滲劑僅選用一種摻制粉末，鐵基壓坯密度為6.5±0lX10$kg/m$,其他試驗(yàn)條

10、件冋（42）其斌驗(yàn)結(jié)果示丁後5。由衰5可見(jiàn)，分解氮和放熱性氣氛優(yōu)于吸熱件代氛3鐵壓坯的預(yù)燒結(jié)對(duì)于烤滲結(jié)果的影響不明顯.寰5在特定保護(hù)氣入壓堆的百分率一步兩步氣氛熔濰劑1Cu熔滲劑Cu分解氮1878890W放熱性91938791吸熱性84867985itr所有值的計(jì)算備勢(shì)為2勵(lì)綜匕所述.基本上可以說(shuō)"對(duì)于熔淹，放熱性氣級(jí)和分解気優(yōu)于吸熱性氣埶。其覘因是，衣花氛中含有大量可甬性花體組份的悄況下，館滓效果最差。而在分解氨、放無(wú)性氣氛和吸熱性氣氛中CO的含就分別為0%、2鏈和21的。另外，在非常接近熔滲溫度的情況下.co.CO"H,和N,在銅中的濬解度頗序是CO>CO,>

11、;H,>M（見(jiàn)表6）A綜匕所述.基本上可以說(shuō)"對(duì)于熔淹，放熱性氣級(jí)和分解気優(yōu)于吸熱性氣埶。其覘因是，衣花氛中含有大量可甬性花體組份的悄況下，館滓效果最差。而在分解氨、放無(wú)性氣氛和吸熱性氣氛中CO的含就分別為0%、2鏈和21的。另外，在非常接近熔滲溫度的情況下.co.CO"H,和N,在銅中的濬解度頗序是CO>CO,>H,>M（見(jiàn)表6）A»6幾種氣體在中的潔度花體ftlOgCu中甬解度/cm3謝度/PH,0e721150Na0.461168CO,1.861179co2.3611735SCM研制的滲銅粉末冶金鋼粉末冶金零件的沖擊強(qiáng)友對(duì)于許多應(yīng)用領(lǐng)

12、域都?jí)逊怯訍u熨的C例如傳動(dòng)齒輪，加關(guān)健部位在術(shù)根，該部位的腕弱常常使其在沖擊力的作用下具有損壞的危險(xiǎn)。慳用傳統(tǒng)滲銅工藝生產(chǎn)的粉末冶金鋼，雖然其極限抗拉霧度大大提高.但其沖擊強(qiáng)度的提褊卻十分冇限c為了克服這一美中不足.近幾年來(lái)，SCM金展制品公司的研究工作者.改進(jìn)了傳統(tǒng)港侑工藝，通過(guò)材質(zhì)和工藝的戴佳化達(dá)到了使港鋼粉末冶金傅在貝作髙的抗拉強(qiáng)皮的間時(shí)片冇離的沖擊強(qiáng)度,從而快這種工藝得以躋身于粉末鍛進(jìn)、熱鄒靜壓等所占據(jù)的領(lǐng)域。試驗(yàn)四選用Hoeganaes的高純鐵粉A1000SP,加入0.75Glyco,Inc的冋克蠟，Q.9%Lonza的Lonza25石扇，按MPTF40壓制成艾氏試捧，壓制密度為7.

13、04X10»kg/m進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)網(wǎng)期足：760%：30min,1121X；30mino迭用低浸館!性熔港劑IP206置于艾氏試祥的一端.在U21*C30mino為熔滲態(tài)試棒在900七加熱30min進(jìn)行奧氏體化.隨后水淬.并在惰性氣氛中于7049回火5min。然后切掉熔滲靖，將艾氏試佯縮為無(wú)切口夏氏沖擊試棒，再負(fù)于Riehle沖擊試驗(yàn)機(jī)上，測(cè)定其沖擊強(qiáng)度,以與忙田SCM技術(shù)和借統(tǒng)工藝瀆御鋼的冷擊愛(ài)度與抗杖肴度沖擊試檸相同的方法按照MPIF10制笛犬骨形拉伸試檸，測(cè)定其抗拉強(qiáng)度。所得沖擊強(qiáng)度高達(dá)325J,是MPIF1984/19H5粉末冶金結(jié)構(gòu)零件材料標(biāo)準(zhǔn)中所報(bào)導(dǎo)值的15倍。使用S

14、CM技術(shù)，滲銅粉末冶金鋼可以達(dá)到的沖擊強(qiáng)度與極R（杭拉強(qiáng)度的關(guān)系示于附為便于比較，按傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)粉末冶金港鋼鋼的力學(xué)性能也示于該圖中.SCM技術(shù)是建立在經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為滿足不同應(yīng)用碩域的要朮.通過(guò)村質(zhì)和工藝齡檸制，可以符刊如表7所禾的綜令性能.»7SCM技術(shù)潅網(wǎng)鋼的綜合性離1性能當(dāng)疲勞和拉伸當(dāng)沖擊和可延展當(dāng)性能性能最高時(shí)性能蝸好時(shí)_.居中M極限杭拉強(qiáng)度/MPa12406601035屈脫強(qiáng)度/MPa1200590965延伸率/劭<2105夏氏無(wú)切口沖擊做度/J34335CO我勞強(qiáng)度/MPa450275340硬度50HRA95HRB30HRC6編后為了改善粉末冶金材料性能，特別是動(dòng)力學(xué)性能，近二十年來(lái)，發(fā)展了一些新的粉末