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粉末冶金技術(shù)要求有哪些?工藝過程是什么?

  到目前為止,粉末冶金技術(shù)既是高強(qiáng)度、高密度、形狀復(fù)雜、無切削、少切削零件的制造工藝,又是生產(chǎn)新型材料的加工方法。下面小編來為大家介紹粉末冶金技術(shù)要求有哪些?工藝過程、優(yōu)勢(shì)、缺點(diǎn)、技術(shù)難點(diǎn)、技術(shù)應(yīng)用、發(fā)展中共有三個(gè)重要標(biāo)志。


粉末冶金材料


  粉末冶金技術(shù)要求有哪些?


  1、粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚,消除粗大、不均勻的鑄造組織。


  2、粉末冶金技術(shù)可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料,這些材料具有優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能。


  3、粉末冶金技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)近凈形成形和自動(dòng)化批量生產(chǎn),從而,可以有效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗。


  4、粉末冶金技術(shù)可以生產(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品,如新型多孔生物材料,多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。


  5、粉末冶金技術(shù)可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料,是一種可有效進(jìn)行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。


  粉末冶金技術(shù)工藝過程


  一、粉料制備與壓制成型


  常用機(jī)械粉碎、霧化、物理化學(xué)法制取粉末。制取的粉末經(jīng)過篩分與混合,混料均勻并加入適當(dāng)?shù)脑鏊軇,再進(jìn)行壓制成型,粉粒間的原子通過固相擴(kuò)散和機(jī)械咬合作用,使制件結(jié)合為具有一定強(qiáng)度的整體。壓力越大則制件密度越大,強(qiáng)度相應(yīng)增加。有時(shí)為減小壓力和增加制件密度,也可采用熱等靜壓成型的方法。


  二、燒結(jié)


  將壓制成型的制件放置在采用還原性氣氛的閉式爐中進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度約為基體金屬熔點(diǎn)的2/3~3/4倍。由于高溫下不同種類原子的擴(kuò)散,粉末表面氧化物的被還原以及變形粉末的再結(jié)晶,使粉末顆粒相互結(jié)合,提高了粉末冶金制品的強(qiáng)度,并獲得與一般合金相似的組織。經(jīng)燒結(jié)后的制件中,仍然存在一些微小的孔隙,屬于多孔性材料。


  三、后處理


  一般情況下,燒結(jié)好的制件能夠達(dá)到所需性能,可直接使用。但有時(shí)還需進(jìn)行必要的后處理。如精壓處理,可提高制件的密度和尺寸形狀精度;對(duì)鐵基粉末冶金制件進(jìn)行淬火、表面淬火等處理可改善其機(jī)械性能;為達(dá)到潤(rùn)滑或耐蝕目的而進(jìn)行浸油或浸漬其它液態(tài)潤(rùn)滑劑;將低熔點(diǎn)金屬滲入制件孔隙中去的熔滲處理,可提高制件的強(qiáng)度、硬度、可塑性或沖擊韌性等。


粉末冶金材料


  粉末冶金技術(shù)的優(yōu)勢(shì)


  1、絕大多數(shù)難熔金屬和化合物,假合金,多孔材料只能用粉末冶金法制造。


  2、由于粉末冶金方法可以壓制成最終尺寸的緊湊型,并且不需要或不需要后續(xù)的機(jī)械加工,可以大大節(jié)省金屬,降低產(chǎn)品成本。粉末冶金制造的產(chǎn)品,金屬損失僅為1-5%,而在生產(chǎn)中使用的普通鑄造方法,金屬損失可能會(huì)達(dá)到80%以上。


  3、由于粉末冶金技術(shù)在生產(chǎn)過程中材料不熔化,不混合由坩堝和脫氧劑引起的雜質(zhì),一般在真空和還原氣氛中燒結(jié),不怕氧化,也不會(huì)發(fā)生任何物質(zhì)污染,因此可以制備高純度材料。


  4、粉末冶金法可以保證材料組成比的精度和均勻性。


  5、粉末冶金適用于生產(chǎn)相同形狀和數(shù)量的產(chǎn)品,特別是齒輪等產(chǎn)品的高加工成本,粉末冶金工藝可大大降低生產(chǎn)成本。


  粉末冶金技術(shù)的缺點(diǎn)


  1、制品內(nèi)部總有孔隙;


  2、普通粉末冶金制品的強(qiáng)度比相應(yīng)的鍛件或鑄件要低(約低20%~30%);3、由于成形過程中粉末的流動(dòng)性遠(yuǎn)不如液態(tài)金屬,因此對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀有一定的限制;4、壓制成形所需的壓強(qiáng)高,因而制品受壓制設(shè)備能力等限制;5、壓模成本高,一般只適用于成批或大量生產(chǎn)。


粉末冶金材料


  粉末冶金技術(shù)的難點(diǎn)


  1、傳統(tǒng)的粉末冶金鐵基零件——齒輪為例難點(diǎn)


  很多時(shí)候?qū)αW(xué)性能的要求不高,對(duì)尺寸精度要求很高,一般密度在6.9~7.1就可以了,對(duì)成形工藝要求不高,對(duì)燒結(jié)工藝要求高,防止燒結(jié)變形,可以添加Cu防燒結(jié)收縮。隨著技術(shù)發(fā)展,對(duì)高性能粉末冶金鐵基零件需求越來越高,這就必須要提高粉末壓坯的密度,這對(duì)成形工藝提出了更高的要求,發(fā)展出溫壓、高速壓制等技術(shù),零件的密度可以達(dá)到7.2~7.4。要想進(jìn)一步提高粉末冶金零件的機(jī)械性能,還需提高壓坯密度,這就必須從粉末制備考慮,制粉技術(shù)和粉末預(yù)處理技術(shù)成為重點(diǎn),現(xiàn)在采用優(yōu)質(zhì)水霧化鐵粉,通過粉末塑化處理,壓坯密度可以達(dá)到7.5以上,這是當(dāng)今粉末冶金鐵基零件的最高水平,在十年前是不可想象的。


  2、其它的粉末冶金材料難點(diǎn)


  其它的粉末冶金材料也是一樣,可以說制粉、成形、燒結(jié)一個(gè)不可少。當(dāng)然制粉方法有上百種,成形方法少說也有十?dāng)?shù)種,燒結(jié)方法也不少,最終原則是在滿足要求的前提下采取最經(jīng)濟(jì)的方法。


  粉末冶金技術(shù)應(yīng)用


  1、金屬射出成形的應(yīng)用:


  金屬射出成形的技術(shù),原料為塑膠等高分子材料與微細(xì)的金屬粉末,使用類似于注塑設(shè)備的成型設(shè)備生產(chǎn)需要的零件。金屬射出成形后的零件不像塑膠產(chǎn)品那樣可以立即被使用,必須經(jīng)過脫脂及燒結(jié)的工程,在具備強(qiáng)度后,整個(gè)制程才告一段落。


  2、微型軸承(Micro-Bearing):


  粉末冶金微型軸承的主要用途在于各式各樣的微型馬達(dá)(電機(jī)),IT產(chǎn)業(yè)如手機(jī)、投影儀、激光打印機(jī)、DVD、游戲機(jī)PS2,X-BOX、車用電子等,我國(guó)臺(tái)灣所生產(chǎn)的粉末冶金微型軸承產(chǎn)量世界第一。


  3、溫壓成形(Warm Compacting):


  利用將模具及粉末加溫的技術(shù),使材料降伏強(qiáng)度降低,而于加壓成形時(shí),部品的密度可達(dá)7.2g/cm3以上,使強(qiáng)度大幅提升。臺(tái)灣保來得目前是世界最大領(lǐng)先的溫壓產(chǎn)品制造商,產(chǎn)能與開發(fā)能力皆遠(yuǎn)大于歐、美、日各國(guó)。至今亦已獲得多項(xiàng)世界性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)比賽獎(jiǎng)及臺(tái)灣、日本等國(guó)家或地區(qū)專利。


  4、CNC油壓成形技術(shù)


  CNC油壓成形技術(shù)經(jīng)過多年的開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段,雖然其購(gòu)入成本較高但仍有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn),值得注意與重視。臺(tái)灣保來得已有四臺(tái)機(jī)器加入生產(chǎn)行列,如圖示。亞洲其他國(guó)家的粉末冶金廠,如中國(guó)大陸、韓國(guó)、日本也都進(jìn)行相同的設(shè)備的投資。


  5、快速冷卻(Rapid Cooling)


  快速冷卻爐其主要原理是在一般燒結(jié)爐的后段加上冷卻段之結(jié)構(gòu),產(chǎn)品在經(jīng)過燒結(jié)本體后,以附加的快速冷卻設(shè)備,利用高壓馬達(dá)輸出強(qiáng)烈的冷風(fēng),加速冷卻的原理,使粉末冶金產(chǎn)品獲得理想的金屬組織與硬度,而不需再度熱處理。此工程技術(shù)可提高效率節(jié)省成本。


  具體的優(yōu)點(diǎn)可歸納如下:(1)具高強(qiáng)度及硬度;(2)節(jié)省熱處理制程;(3)外觀清潔度佳(4)尺寸控制安定。此項(xiàng)技術(shù)在歐洲的德國(guó)應(yīng)用最早。


  6、微波燒結(jié)(Microwave sintering)


  微波燒結(jié)在學(xué)術(shù)界及研究單位已經(jīng)研究多年,美國(guó)Spheric Technologies,Inc.,首先建造了可以用于小量生產(chǎn)的高溫微波燒結(jié)爐,此設(shè)備適用于金屬及陶瓷產(chǎn)品的雛型產(chǎn)品開發(fā),但是受限于設(shè)備的開發(fā)及成本,該項(xiàng)技術(shù)還沒有真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。


  粉末冶金技術(shù)的發(fā)展中共有三個(gè)重要標(biāo)志


  1、克服了難熔金屬熔鑄過程中產(chǎn)生的困難。1909年制造電燈鎢絲,推動(dòng)了粉末冶金的發(fā)展;1923年粉末冶金硬質(zhì)合金的出現(xiàn)被譽(yù)為機(jī)械加工中的革命。


  2、三十年代成功制取多孔含油軸承;繼而粉末冶金鐵基機(jī)械零件的發(fā)展,充分發(fā)揮了粉末冶金少切削甚至無切削的優(yōu)點(diǎn)。


  3、向更高級(jí)的新材料、新工藝發(fā)展。四十年代,出現(xiàn)金屬陶瓷、彌散強(qiáng)化等材料,六十年代末至七十年代初,粉末高速鋼、粉末高溫合金相繼出現(xiàn);利用粉末冶金鍛造及熱等靜壓已能制造高強(qiáng)度的零件。




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