合金元素对粉末制品的影响.pptVIP

合金元素在粉末冶金材料 中的作用及其影响 制作：邓德鹏 一、什么是粉末冶金 粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。广义的粉末冶金制品业涵括了铁石刀具、硬质合金、磁性材料以及粉末冶金制品等。狭义的粉末冶金制品业仅指粉末冶金制品，包括粉末冶金零件(占绝大部分)、含油轴承和金属射出成型制品等。 二、粉末冶金的工艺流程 1、制粉 制粉是将原料制成粉末的过程，常用的制粉方法有氧化物 还原法、雾化法和机械法。 2、混粉 混料是将各种所需的粉末按一定的比例混合，并使其均匀化制成坯粉的过程。分干式、半干式和湿式三种，分别用于不同要求。 3、压制 成形是将混合均匀的混料，装入压模重压制成具有一定形状、尺寸和密度的型坯的过程。成型的方法基本上分为加压成型和无压成型。加压成型中应用最多的是模压成型。 4、烧结 烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。除普通烧结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺。 5、后处理 烧结后的处理，可以根据产品要求的不同，采取多种方式。如精整、浸油、机加工、热处理及电镀。此外，近年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于粉末冶金材料烧结后的加工，取得较理想的效果。 三、合金元素起到的作用 1、碳（C）元素 碳可以溶入铁中形成间隙固溶体，也可以和铁生产Fe3C间隙化合物改变材料的显微组织，具有很大的强化效果，Fe3C为硬脆相，当它以细片状与铁素体细片交替分布时形成了珠光体，有较高的强度和硬度，塑性较差，当二次Fe3C在晶界形成连续的网络时，会增大脆性。 片状珠光体200X 网状、粒状、二次渗碳体500X 2、磷（P）元素 在铁基烧结合金中加入磷能大大提高合金的力学性能，合金强度提高的同时，韧性不会降低，主要存在3种强化机制：（1）形成Fe-P固溶体起固溶强化作用；（2）稳定α-Fe，强化了烧结时铁原子的扩散，加速烧结；（3）液相烧结，1050℃形成了共晶液相，加速扩散和烧结致密化。烧结过程中，P向铁粉扩散形成Fe-P固溶体，使强度升高，另外P有稳定α-Fe、缩小γ-Fe相区的作用，可使铁基材料保持在α-Fe相区或α-Fe+γ-Fe两相区内进行烧结。但当磷含量＞0.6%时，合金会产生脆性，当磷铁中与氧亲和力强的Si、Ca等杂质含量较高时，会在晶界上形成氧化膜，导致Fe-P烧结合金变脆，另外在晶界上析出Fe3P也会导致脆性。 α区扩大，γ区封闭 α区扩大，γ区缩小 3、镍（Ni）元素 Ni可以促进烧结致密化，减少孔隙使孔隙球化，致密度提高，从而使强度、韧性有所提升，另外镍还可以降低钢的临界转变温度和降低钢中各合金元素的扩散速度，从而提高钢的淬透性。镍元素在铁基粉末合金中的作用可以归纳为：（1）固溶于Fe中产生固溶强化，同时不使铁素体的延展性和韧性明显降低；（2）稳定γ-Fe，使钢的共析含碳量降低，使珠光体增加，在较好的延展性下有较高的强度；（3）促进烧结致密化；（4）提高淬透性、促进马氏体形成。 4、钼（Mo）元素 Mo可溶入Fe中起固溶强化作用，但主要作用是细化晶粒，还可以稳定铁素体，缩小奥氏体相区，是强碳化物形成元素，另外由于Mo在Fe中的溶解速度和扩散速度较小，会使某些粗颗粒Mo-Fe中间合金粉末未完全溶解，成为残留杂质，导致合金机械性能下降，但添加铜烧结时由于铜形成液相，有利于Mo向基体溶解扩散。Mo元素在铁基粉末合金中的作用可归纳为：（1）溶入铁中起固溶强化作用；（2）易形成碳化物，推迟珠光体转变，细化珠光体并增加珠光体含量；（3）提高淬透性和防止回火脆性，同时热处理后会形成Mo2C强化晶界。 5、铬（Cr）元素 Cr可以提高力学性能，改善钢的抗氧化性和抗腐蚀能力，Cr可无限固溶于α-Fe、缩小γ-Fe相区，还可以溶入渗碳体形成合金渗碳体，铬的添加使材料的强度、硬度升高，但会降低冲击韧性。 6、铜（Cu）元素 铜的加入显著增加了材料的强度，也降低了材料的冲击 韧性，铜对烧结钢有一定的固溶强化作用，烧结时铜处于液相状态，有利于其它高熔点合金的扩散，同时液相会填充孔隙，稳定尺寸精度，降低孔隙率，从而提高烧结材料的强度，但是铜液相过多则会使零件膨胀，影响尺寸精度。另外铜的加入也会增加材料的耐磨性和抗腐蚀能力。 7、锰（Mn）元素 锰在烧结钢中除起固溶强化作用外，还可以提高淬透性，从而提高强度，在Fe-C系中加入Mn，可使材料的耐磨性增加70%以上，但含锰烧结钢的耐磨性要低于含钼烧结钢，锰可以降低钢的临界转变温度，扩大γ-Fe相区，降低钢