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現代粉末冶金主要材料體系
2020年09月28日 發布 分類:技術前沿 點擊量:232
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粉末冶金是用金屬粉末或金屬與非金屬粉末經混合、壓制、燒結后制成材料或零件的一種方法,它是一種不經過熔煉生產材料或零件的方法。粉末冶金零件尺寸精確,生產過程可無切削或少切削。粉末冶金工藝過程一般包括制粉、篩分與混合、壓制成形、燒結及后處理等幾個工序。

粉末冶金

粉末冶金的基本工藝流程

粉末冶金技術能實現材料的近凈成型,具有原材料利用率高(約95%)、生產效率高、節能環保的優勢,能夠直接生產形狀復雜、高精度的高性能粉末冶金產品,粉末冶金材料在現代工業中的應用廣泛,特別是汽車工業、生活用品、機械設備等的應用中,粉末冶金材料已經占有很大的比重。它們在取代低密度、低硬度和強度的鑄鐵材料方面已經具有明顯優勢,在高硬度、高精度和強度的精密復雜零件的應用中也在逐漸推廣。許多難溶材料只適合用粉末冶金工藝來加工,特備是硬質合金這樣的材料,普通的加工方法就不太適合。下文帶大家看看粉末冶金的主要材料體系。

一、鐵基粉末冶金材料

鐵基粉末冶金材料是以鐵元素為主,添加C、Cu、Ni、Mo、Cr、Mn等合金元素形成的一類鋼鐵材料鐵基制品是粉末冶金行業生產量最大的一類材料,在一定程度上代表一個國家粉末冶金技術水平。下面介紹鐵基粉末及其制品的發展概況。

1、鐵基粉末

粉末冶金鐵基材料和制品所使用的粉末主要包括純鐵粉、鐵基復合粉末、鐵基預合金粉末等。我國鋼鐵粉末的制備技術不斷發展,現已開發出還原法、羰基法、電解法、超高壓水霧化、熱氣體霧化、水汽聯合霧化、粘結擴散、預合金化、預混合等制備技術,這些技術的開發豐富了我國鐵基粉末品種和質量。

粉末冶金

各種鐵基粉末冶金部件

我國已開發出應用鐵精礦粉生產還原粉、高壓縮性鐵粉(600MPa壓制密度達到7.24g/cm3)、無偏析混合粉、水霧化預合金鋼粉(Fe-Mo等)、擴散型合金鋼粉(Fe-Ni-Mo-Cu等)、易切削鋼粉(添加MnS)、燒結貝氏體鋼粉、電焊條粉、磁性材料用鐵粉、冶金爐料用鐵粉、化工行業用鐵粉等多種產品,滿足了市場需求。

2、P/M鐵基制品

常規壓制/燒結技術一般可生產密度6.4~7.2g/cm3的鐵基制品,用于汽車、摩托車、家電、電動工具等行業,具有減震、降噪、輕量化、節能等優勢。隨著中國制造的發展,對鐵基制品的密度、強度、精度等指標提出了更高的要求。鐵基材料的高致密化和強化技術研究受到重視,相關技術包括高速壓制、液相燒結、微合金化等。目前國內部分鐵基粉末冶金零件企業的核心技術已將溫壓、粉末熱鍛、表面滾壓致密化、生坯可加工、復壓復燒、熱等靜壓等應用于高致密度、高精度、高復雜度零件的制備。

3、粉末注射成形(MIM)鐵基制品

金屬粉末注射成形技術(MIM)是以金屬粉末為原料,借助塑料注射成形工藝制造形狀復雜的小型金屬零部件。MIM材料方面,目前70%應用的材料為不銹鋼,20%為低合金鋼材料,MIM技術在手機、計算機及輔助設備等行業用量應用廣泛,如手機SIM卡箍、照相機環等。

二、粉末冶金硬質合金

硬質合金是以過渡族難熔金屬碳化物或碳氮化物作為主體成分的粉末冶金硬質材料。因具有較好的強度、硬度、韌性匹配性,硬質合金主要用作切削刀具、采掘工具、耐磨零件以及頂錘、軋輥等,廣泛應用于鋼鐵、汽車、航空航天、數控機床、機械工業模具、海洋工程裝備、軌道交通裝備、電子信息技術產業、工程機械等裝備制造加工和礦產、油氣資源采掘、基礎設施建設等行業領域。

粉末冶金

硬質合金刀具

三、粉末冶金磁性材料

用粉末成型和燒結的方法制備的磁性材料,可分為粉末冶金永磁材料和軟磁材料兩大類。永磁材料主要包括釤鈷稀土永磁材料、釹? 鐵?硼系永磁材料、燒結鋁鎳鈷永磁材料、鐵氧體永磁材料等。粉末冶金軟磁材料主要包括軟磁鐵氧體和軟磁復合材料等。

粉末冶金法制備磁性材料的優勢在于能制備單疇尺寸范圍的磁性微粒,在壓制過程中實現磁粉的一致取向,直接制出接近最終形狀的高磁能積磁體,尤其是對于難加工的硬脆磁性材料而言,粉末冶金法的優越性更加突出。

粉末冶金

釹鐵硼永磁材料

四、粉末冶金高溫合金

粉末冶金高溫合金是以鎳為基體,添加有Co、Cr、W、Mo、Al、Ti、Nb、Ta等多種合金元素的一類具有優異的高溫強度、抗疲勞和抗熱腐蝕等綜合性能的合金,是航空發動機渦輪軸、渦輪盤擋板、渦輪盤等關鍵熱端部件的材料,加工主要涉及到粉末制備、熱固結成型和熱處理等過程。

粉末冶金

圖:粉末高溫合金的三條主要制備路線

鎳基粉末高溫合金中涉及的元素種類繁多,高達十余種,下表所列為第四代典型粉末高溫合金的化學成分,該類合金成分設計的主要目標是發展更高的強度、損傷容限、工作溫度(約815℃)以及更好高溫組織穩定性。

表:第四代典型粉末高溫合金的化學成分

粉末冶金

目前只有美國、俄羅斯、英國、法國、德國、中國等少數幾個國家具備粉末冶金高溫合金研發、生產的能力,其中美國、俄羅斯、英國處于領先的位置。

粉末冶金

圖:高溫合金是航空發動機工業重點

參考資料

1、現代粉末冶金材料與技術進展;中南大學粉末冶金國家重點實驗室;黃伯云,韋偉峰,李松林,張立,李麗婭,劉鋒,李瑞迪等著。

編輯:Alpha


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