第五章粉末冶金成形02

5.1粉末冶金基礎(chǔ)5.2粉末冶金工藝5.3粉末冶金零件結(jié)構(gòu)的工藝性5.4粉末冶金材料第5章粉末冶金成形概述5.3粉末冶金零件結(jié)構(gòu)的工藝性

粉末冶金材料常用的成形方法是在剛性封閉模具中將金屬粉末壓縮成形，由于粉末流動(dòng)性較差，又受到摩擦力的影響，壓坯密度一般較低且分布不均勻，強(qiáng)度不高，薄壁、細(xì)長(zhǎng)形和沿壓制方向呈變截面的制品還難以成形。因此，采用壓制成形的零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)注意下列問題:盡量采用簡(jiǎn)單、對(duì)稱的形狀，避免截面變化過大以及窄槽、球面等，以利于制模和壓實(shí)。圖5.3.1避免局部薄壁，以便裝粉壓實(shí)和防止出現(xiàn)裂紋。圖5.3.2避免側(cè)壁上的溝槽和凹孔，以利于壓實(shí)或減少余塊。避免沿壓制方向截面積漸增，以利于壓實(shí)。圖5.3.2避免局部薄壁a）不合理結(jié)構(gòu)b）合理結(jié)構(gòu)壓坯形狀設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的方面1、從粉末均勻充填有無困難來分析壓坯形狀設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的方面2、壓制時(shí)有無困難壓坯形狀設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的方面3、脫模時(shí)有無困難壓坯受剪切力作用，應(yīng)避免有薄弱部位壓坯形狀設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的方面4、簡(jiǎn)化壓模結(jié)構(gòu)和壓模制造5.4粉末冶金材料

粉末冶金材料有工具材料及機(jī)械零件和結(jié)構(gòu)材料。

工具材料大致有硬質(zhì)合金、粉末高速鋼、超硬材料、陶瓷工具材料及復(fù)合材料等。

機(jī)械零件和結(jié)構(gòu)材料有粉末減摩材料，包括多孔減摩材料和致密減摩材料；粉末冶金鐵基零件及粉末冶金非鐵金屬零件等。1、硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金：硬質(zhì)基體（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%～97%）+粘結(jié)金屬其中，硬質(zhì)基體：難熔金屬的碳化物，如WC,TiC等；

粘結(jié)金屬：鐵族金屬及合金，以Co為主。作用：主要用作切削刀具、金屬成形工具、礦山工具、表面耐磨材料及高剛性結(jié)構(gòu)部件。類型：含鎢硬質(zhì)合金；鋼結(jié)硬質(zhì)合金；涂層硬質(zhì)合金；細(xì)晶粒硬質(zhì)合金；

（1）鋼結(jié)硬質(zhì)合金適于制造麻花鉆、銑刀等形狀復(fù)雜的刀具、模具和耐磨件。（2）含鎢硬質(zhì)合金鎢鈷類硬質(zhì)合金，“YG+數(shù)字”數(shù)字表示Co平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如YG6——Co平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%，余量為WC的鎢鈷類硬質(zhì)合金。特點(diǎn)：抗彎強(qiáng)度高，能承受較大的沖擊，磨削加工性能好，熱硬性低，耐磨性差，主要用于加工鑄鐵和非鐵金屬的刃具。鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金，“YT+數(shù)字”數(shù)字表示TiC平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如YT15——TiC平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%，其余為WC和Co的鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金。特點(diǎn)：熱硬性高，耐磨性好，抗彎強(qiáng)度較低，不能承受較大沖擊，磨削加工性差，主要用于加工鋼材。鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金（萬能硬質(zhì)合金），“YW+順序號(hào)”如，YW1表示萬能硬質(zhì)合金。在上述硬質(zhì)合金基礎(chǔ)上又添加TaC、NbC，熱硬性高，既能加工鋼材，又能加工非鐵金屬。2、粉末高速鋼

粉末高速鋼可減少或消除偏析，獲得均勻分布的細(xì)小碳化物，具有較大的抗彎強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度；韌性提高50%，磨削性也大大提高；熱處理時(shí)畸變量約為熔煉高速鋼的十分之一，工具壽命提高1～2倍。

常用高速鋼牌號(hào)為W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2，含有0.7%～0.9%碳，>6%的鎢、及鉻、鉬、釩等合金元素。

碳——高速鋼具有高硬度和高耐磨性；

鎢和鉬——提高鋼的熱硬性；

鉻——提高鋼的淬透性；

釩——提高鋼的耐磨性。3、鐵和鐵合金的粉末冶金

類型：有鐵基材料、鐵鎳合金、鐵銅合金及鐵合金和鋼。

特點(diǎn)：粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)零件具有精度較高，表面粗糙值小，不需或只需少量切削加工，節(jié)省材料，生產(chǎn)率高，制品多孔，可浸潤(rùn)滑油，減摩、減振、消聲等特點(diǎn)。

用途：廣泛用于制造機(jī)械零件，如機(jī)床上的調(diào)整墊圈、調(diào)整環(huán)、端蓋、滑塊、底座、偏心輪，汽車中的油泵齒輪、活塞環(huán)，拖拉機(jī)上的傳動(dòng)齒輪、活塞環(huán)，以及接頭、隔套、油泵轉(zhuǎn)子、擋套、滾子等。

粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)材料的牌號(hào)：

用“粉”、“鐵”、“構(gòu)”三字的漢語拼音字首“FTG”，加化合碳含量的萬分?jǐn)?shù)、主加合金元素的符號(hào)及其含量的百分?jǐn)?shù)、輔加合金元素的符號(hào)及其含量的百分?jǐn)?shù)和抗拉強(qiáng)度組成。如FTG60-20：化合碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%-0.7%，抗拉強(qiáng)度200MPa的粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)材料；FTG60Cu3Mo-40：化合碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%-0.7%，合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cu為2%-4%，Mo為0.5%-1%，抗拉強(qiáng)度為400MPa的粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)材料；4、摩擦材料和減摩材料粉末冶金摩擦材料——

用作離合器和制動(dòng)器材料；粉末冶金減摩材料——自潤(rùn)滑軸承；

（1）粉末冶金摩擦材料

根據(jù)基體金屬不同分為鐵基材料和銅基材料，其輔助組元為潤(rùn)滑組元和摩擦組元。

其牌號(hào)由“粉摩”兩字的漢語拼音字首“FM”，加基體金屬骨架組元序號(hào)（銅基為1，鐵基為2）、順序號(hào)和工作條件漢語拼音字首“S”或“G”組成。如FM101S——

順序號(hào)為01的銅基、濕式粉末冶金摩擦材料；FM203G——

順序號(hào)為03的鐵基、干式粉末冶金摩擦材料；

（2）粉末冶金減摩材料

分為鐵基材料和銅基材料，具有多孔性，主要用來制造滑動(dòng)軸承。軸承放在潤(rùn)滑油中因毛細(xì)現(xiàn)象可吸附潤(rùn)滑油（一般含油率12%～30%），故稱含油軸承。

工作時(shí)，使?jié)櫥捅怀榈焦ぷ鞅砻妗ＭＶ构ぷ鲿r(shí)，潤(rùn)滑油又滲入孔隙中，故含油軸承可自動(dòng)潤(rùn)滑。

牌號(hào)由粉末冶金滑動(dòng)軸承的“粉”、“軸”兩字漢語拼音字首“FZ”，加上基體主加組元序號(hào)（鐵基為1，銅基為2）、輔加組元序號(hào)和含油密度組成。

如FZ1360——附加組元為C、Cu，含油密度為5.7—6.2g/cm3的鐵基粉末滑動(dòng)軸承用減摩材料。5、粉末冶金非鐵金屬機(jī)械零件

（1）燒結(jié)銅及銅合金

燒結(jié)純銅應(yīng)用較少，只用于要求高導(dǎo)電性和無磁性零件。常用的燒結(jié)銅基合金有青銅（銅-錫）和黃銅（銅-鋅），還有銅-鎳-鋅、銅-鎳、銅-鋁等合金系。

銅基材料具有耐腐蝕的特點(diǎn)，有一定的強(qiáng)度和韌性，較容易進(jìn)行加工，采用一般的壓制燒結(jié)工藝即可生產(chǎn)。

用于制造含油軸承、摩擦材料、電器接點(diǎn)材料及發(fā)汗材料的滲透金屬，作為高密度機(jī)械零件常用于制作小型齒輪、凸輪、墊圈、螺母等。5、粉末冶金非鐵金屬機(jī)械零件

⑵鋁燒結(jié)制品

鋁燒結(jié)制品與其壓鑄件相比尺寸精度高、組織均勻，粉末鍛造鋁基材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均高于普通鋁鍛件。鋁燒結(jié)材料可用做精密機(jī)械零件、多孔含油軸承材料和過濾材料，在交通運(yùn)輸、儀器儀表、家庭用具、宇宙飛行等方面均有應(yīng)用。

燒結(jié)鋁制件幾乎可以用所有的粉末冶金工藝生產(chǎn)。成形工藝有模壓、等靜壓、軋制、擠壓等。燒結(jié)在低露點(diǎn)（-40℃）的惰性或還原性氣氛中進(jìn)行，也可在真空中進(jìn)行燒結(jié)。通過復(fù)壓、冷鍛或熱鍛進(jìn)一步提高燒結(jié)件的密度和強(qiáng)度。為獲得美觀的表面可進(jìn)行機(jī)械拋光、化學(xué)處理和電化處理。

5、粉末冶金非鐵金屬機(jī)械零件⑶燒結(jié)鈦及鈦合金

鈦的密度小、強(qiáng)度高、耐蝕性好、使用溫度范圍廣（540℃～-253℃）。鈦基航空結(jié)構(gòu)材料多用熱鍛、熱等靜壓、熱壓、熱擠壓、粉末熱軋等熱成形工藝，以增加制品的密度，改善制品的性能。典型的鈦基合金為Ti-6