單元八

粉末冶金粉末冶金概述01硬質(zhì)合金02其他常用粉末冶金材料03本章內(nèi)容工業(yè)中采用熔煉法生產(chǎn)鋼、鑄鐵和大多數(shù)有色金屬。但是在熔煉過程中可能會出現(xiàn)需要的合金各組元之間互不溶解，或比重相差懸殊而不能均勻分散等問題，這時熔煉凝固的方法就無能為力了。為了解決這一難題，在二十世紀（1909年）初，研發(fā)出了一種新的冶金工藝——粉末冶金法。下面就粉末冶金的基本知識和機械加工中常用的冶金材料—硬質(zhì)合金做一介紹。項目概述項目目標了解硬質(zhì)合金的分類以及常見合金牌號的含義；03了解粉末冶金的基本原理及過程；01了解粉末冶金技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展方向；02了解常用硬質(zhì)合金的性能及應(yīng)用范圍；04一、粉末冶金的基本原理和過程粉末金屬是將金屬粉末（或摻入部分非金屬粉末）經(jīng)過成形和燒結(jié)，制成金屬材料或機械零件的一種加工工藝方法。這種方法與陶瓷的生產(chǎn)方法相似，有時也叫金屬陶瓷法。粉末冶金法生產(chǎn)流程是：制取粉末→成形→燒結(jié)→燒結(jié)后處理→成品。制粉是將原材料制成粉末的過程。制粉的方法很多，主要分為機械法和物理化學法兩大類。機械法包括固體粉碎和液體粉碎。例如脆性金屬可以用固體粉碎法，在球磨機中磨成粉末；熔點的金屬可用液體粉碎法，用高壓氣體、液體或高速旋轉(zhuǎn)的葉片將熔融金屬霧化，冷卻后即為粉末。物理化學法主要是通過物理或化學的作用，改變原料的凝聚狀態(tài)或化學成分，獲得金屬粉末的方法。比如用還原劑還原金屬氧化物或鹽類，成為金屬粉末，即還原法，該法適用于金屬氧化物或鹵族化合物。對金屬鹽類可用電解法，即在熔鹽中，通直流電，電解析出的金屬離子稱為金屬粉末。此外還有熱離解法和化學置換法。物料的混合物料的混合是將各種所需的粉末按一定的比例混合，并使其均勻化制成粉坯的過程?；旌系姆椒ㄓ懈墒?、濕式和半干式三種混合方法。（1）干式法：適用于組元密度接近和粉末均勻性要求不高的混合。（2）濕式法：粉料在混合時加入大量的汽油、酒精等揮發(fā)性液體，同時進行球磨，這樣可以增加混合的均勻性，并可增加組元間的接觸面，改善燒結(jié)性能。此外，為改善粉末的成形性和可塑性，可在粉末中加入汽油橡膠液或石蠟等增塑劑。（3）半干式法：適用于各組元密度相差較大和均勻程度較高的情況。在粉料中加入約0.1%的潤滑油，以減輕粉料的密度偏析。在此過程中，濕粉需要烘干，混合粉在成形前要過篩。一、粉末冶金的基本原理和過程3.成形成形的方法也有很多，使用最廣泛的是模壓成形，把混合均勻的粉末裝在鋼制壓模172內(nèi)，通過沖模對粉末加壓，使粉末壓實成具有一定形狀、尺寸、孔隙度和強度的坯件。根據(jù)成形溫度的不同，通常分為常溫加壓成形和加熱加壓成形。此外，還可以通過粉漿澆注、冷凍澆注和無壓浸漬等無壓成形方法成形。燒結(jié)燒結(jié)是粉末冶金中最關(guān)鍵的工序。燒結(jié)是指將成形后的壓坯放入燒結(jié)爐中進行熔燒，使顆粒間發(fā)生擴散、熔焊、再結(jié)晶等過程，使粉末顆粒牢固地焊接在一起，使空隙減小、密度增大。最終得到“晶體結(jié)合體”，獲得要求的物理性能和化學性能。燒結(jié)后處理當制品的性能要求較高時，常常需要進行后處理。常用的后處理方法有：整形、浸油、蒸汽處理、硫化處理。另外，粉末冶金制品還可以進行壓力加工、焊接、熱處理、表面處理以及機械加工等。一、粉末冶金的基本原理和過程二、粉末合金方法的應(yīng)用與發(fā)展粉末冶金在節(jié)能、省材、環(huán)保、經(jīng)濟、高效等諸多方面具有優(yōu)勢，逐漸被各行各業(yè)所認知并得到廣泛應(yīng)用。特別是汽車粉末冶金制品的應(yīng)用與快速發(fā)展，推動了粉末冶金行業(yè)步入發(fā)展的快車道。而且，粉末冶金技術(shù)的本質(zhì)優(yōu)勢就是“綠色技術(shù)”和“可持續(xù)制造”，和其他制造工藝相比較，粉末冶金零件產(chǎn)業(yè)對環(huán)境幾乎沒有危害。這不僅體現(xiàn)了低碳經(jīng)濟的內(nèi)涵，減排政策和發(fā)展高科技政策。近年來，隨著我國汽車工業(yè)的飛速增長，粉末冶金零件的應(yīng)用也逐漸擴大，需求量也日益增大，對粉末冶金零件的性能要求也越來越高。但是，由于我國粉末冶金技術(shù)的發(fā)展起步較晚，技術(shù)水平相較于國外發(fā)達國家還相對較弱，一些要求較高的高精尖粉末冶金的制品還不能夠成批量生產(chǎn)。能夠大批量的開發(fā)生產(chǎn)高性能、高品質(zhì)的鐵基粉末冶金零件是粉末冶金行業(yè)的一個重要的研究方向。我國正在緊緊抓住汽車行業(yè)快速發(fā)展的良好機遇，大力地發(fā)展粉末冶金行業(yè)，加強粉末冶金技術(shù)的研發(fā)，積極制造高端車用粉末冶金零部件，由此看來，中國粉末冶金行業(yè)的發(fā)展前景將十分廣闊。硬質(zhì)合金屬于粉末冶金材料，是由難熔金屬硬質(zhì)化合物（硬質(zhì)相）和金屬黏結(jié)劑（黏結(jié)相）經(jīng)粉末冶金方法制成的。通常使用的硬質(zhì)合金主要以碳化物作為硬質(zhì)相（重量占30%～97%），以鈷、鎳等作為黏結(jié)相，通過高溫燒結(jié)而成。用來制造刃具、刀具等工具。此外，硬質(zhì)合金還廣泛用于鉆探巖石、切削石頭，做金屬成形工具、結(jié)構(gòu)零件、耐磨零件和磨料。硬質(zhì)合金具有很高的硬度（一般為HRA87～91，相當于HRC70～80）、耐磨性（是高速鋼高的10倍）和紅硬性（一般在850～1

000℃仍可保持高硬度）。采用硬質(zhì)合金做刀具，可以明顯提高生產(chǎn)效率。硬質(zhì)合金的抗壓強度高于高速鋼，可達6000MN/m2，彈性模量約為高速鋼的2～3倍，但是抗彎強度低，只有高速鋼的1/3～1/2。硬質(zhì)合金脆性大，沖擊韌性約為淬火鋼的1/3～1/2，且導(dǎo)熱性差，高速切削時不能使用冷卻液，以免崩裂。硬質(zhì)合金硬度只能磨削，不能被切削，更不能鍛造，也不必進行熱處理。一、硬質(zhì)合金的特點二、硬質(zhì)合金的分類根據(jù)化學成分不同，我國的硬質(zhì)合金分為以下幾類：YG、YT和YW三類，常用硬質(zhì)合金的牌號、成分和性能及用途見表8-1。1.YG類（鎢鈷類）這類硬質(zhì)合金的主要成分為碳化鎢和鈷，其牌號用“YG+數(shù)字”表示。牌號中的“Y”表示硬質(zhì)合金，“G”為鈷的代號，“G”后面的數(shù)字代表鈷的含量。例如YG8代表該硬質(zhì)合金中是鎢鈷類，鈷的含量為8%。牌號后面的字母“C”代表粗晶粒合金，“X”則代表細晶粒合金，原材料碳化鎢的粗細決定了晶粒的粗細。合金的硬度會隨著鈷含量的增加和碳化鎢顆粒的增大而降低，但同時抗沖擊能力提高。這類硬質(zhì)合金可用作金屬拉伸及沖壓模具、礦山采掘工具、耐磨零件和量具，也常用作切削鑄鐵、青銅等脆性材料的刀具。它是目前種類最多、應(yīng)用最廣的一類合金。但其在切削韌性材料時，耐磨性比較差。表8-1常用硬質(zhì)合金的牌號、成分、性能及用途二、硬質(zhì)合金的分類2.YT類（鎢鈷鈦類）這類硬質(zhì)合金是由碳化鎢、鈷和硬度比碳化鎢還高的碳化鈦組成的。其牌號用“YT+數(shù)字”表示，牌號中的“Y”代表硬質(zhì)合金，“T”代表鈦，T后邊的數(shù)字表示碳化鈦的含量。例如YT30，表示該硬質(zhì)合金是鎢鈷鈦類，含30%的碳化鈦。碳化鈦的加入不僅使這類合金具有較高的硬度和耐磨性，而且會在合金表面能形成一層氧化鈦的薄膜，切削時不粘刀，適用于加工鋼材等塑性材料，彌補了鎢鈷硬質(zhì)合金的缺陷。3.

YW類（萬能硬質(zhì)合金）碳化鉭（TaC）或碳化鈮（NbC）取代YT

類合金中的部分碳化鈦，就形成了萬能硬質(zhì)合金。萬能硬質(zhì)合金的牌號用“YW+

數(shù)字”表示，牌號中的“Y”代表硬質(zhì)合金，“W”代表萬，W

后邊的數(shù)字僅僅表示順序號。這類硬質(zhì)合金的耐熱性、耐磨性優(yōu)于鎢鈷類硬質(zhì)合金，強度和韌性優(yōu)于鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金，適用于切削各種鋼材，尤其是切削不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼等難以加工的鋼材。二、硬質(zhì)合金的分類用粉末冶金方法除了可以生產(chǎn)上述種類的硬質(zhì)合金外，還可以生產(chǎn)一種新型的硬質(zhì)合金，即鋼結(jié)硬質(zhì)合金。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的主要成分仍是碳化鎢和碳化鈦，只不過是用合金鋼粉末（如鉻鉬鋼或高速鋼）作為黏結(jié)劑。這種材料具有可加工性和熱處理性能，硬度可達HRC70，但低于其他硬質(zhì)合金，使用壽命與YG

類差不多，大大超過了合金工具鋼。因其具有可切削性，可以很方便地制成各種形狀的刀具、模具和耐磨零件。二、硬質(zhì)合金的分類粉末冶金結(jié)構(gòu)材料可分為粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)材料和粉末冶金有色金屬結(jié)構(gòu)材料，目前前者已得到廣泛的應(yīng)用。這類結(jié)構(gòu)零件的優(yōu)點是制品精度和光潔度較高（徑向精度2～4級、光潔度6～9），不需或只需少量切削加工，零件精度高，表面粗糙度小，并且還可以通過淬火+低溫回火和滲碳提高強度和耐磨性；也可以浸漬潤滑油改善摩擦條件，減少磨損，并有減震、消音的作用。粉末冶金結(jié)構(gòu)材料主要用來制作普通機械零件。一、粉末冶金結(jié)構(gòu)材料二、粉末冶金減摩材料粉末冶金減摩材料一般用于制造滑動軸承。粉末材料制成軸承后再浸潤滑油，形成含油軸承，常用的含油軸承有鐵基和銅基兩種。含油軸承有自動潤滑的作用，一般用于中速、輕載荷的軸承，特別適用于不能經(jīng)常加油的軸承，如紡織機器、食品機器、家用電器等。三、粉末冶金摩擦材料摩擦材料廣泛應(yīng)用于制作剎車片、離合器片等起制動作用或傳遞扭矩作用的零件?？煞譃殍F基和銅基兩類。銅基粉末冶金摩擦材料常用于汽車、拖拉機、鍛壓機床的離合器與制動器；鐵基粉末冶金摩擦材料多用于各種高速重載機器的制動器。摩擦材料具有以下性能：①較大