粉末冶金热处理影响因素的研究

来源:热处理工艺学作者:袁凤松


陈雪 梅 粉 末 冶 金 热 处 理 影 响 因 素 的 研 究

粉末冶金 热处理 影 响 因素的研 究

, ,



,

热 能力 有 很 大 的 关 系
,



现 在 烧 结 件 往往 进 行 各 种 各 样

的 二 次 处 理 以 改 善 其 尺 寸公 差 机 械 性 能 及 表 面 状 况


粉末 冶 金 制 品 的 导 热 率 很 大 程 度 上 受 孔

隙率 的影 响 孔 隙在 内部 充 当 了 减 缓 热 传 递 的
绝缘体


这 些 工 序包 括 复 压 再烧 结 整 形 表 面 渗 透处 理 机 加 工 表 面 精加 工 及 热 处 理
,











而 对铁基


导 热率 二
,

金属理 论导 热卒



孔 隙率

粉末 冶金 工 件 热 处 理 是 改 善 其 机 械 性 能 和 其 他 特 性 的 极 具 吸 引 力 和 经 济 效 益 的一 种 途 径
,

因 此 粉末 冶 金 钢 的 悴 透 性 随 孔 隙 率 的 增

很 早 以 前 人们 对 全 致 密 钢材 的 热处 理 已 取得成功
,

加 而 直线 下 降





但 在 粉 末 冶金 零 件 的 热处 理 上 对
,

,

一些 重 要 特 征 如 果 不 了 解 将 会 造 成 意 想 不 到 甚 至 毁 灭 性 的处 理 后 果
,



以下 的一些 粉末
,

冶金 热 处 理 的 原 理 可 适 应 各 金 属 制 品 厂 在

厂‘

尸 一 曰 尸

,亡 ,



各 种 场合获 得 所 希望 的 所 有 性 能
大 大 扩 展 粉 末 冶金 的 应 用 范 围




而且 现代
,

,

热 处 理 工 艺 与 高 密度 粉 末 冶 金 工 艺相 结合 将
,



粉 末冶金钢热 处 理 原 理

巴空二
表 而 硬 化孚


对锻钢 和 铸 钢而 言 热 处理 工 艺 主 要 由化 学 成 分 和 晶粒度决 定 而 对 粉末 冶金 钢 还 须

,

,



密度对 粉末冶金钢 淬透性 的影 响

考虑另一 因 素
,

结 的 粉末 冶 金 零 件 中 残 留 的 孔 隙互 连而 形 成
网 状 其 中存 有 液 体 或 气 体 的 相 互 渗透 贯 穿 整



孔 隙 的 存在
,



在 压 制或烧

图 的 结果


的 实 验 数 据 表 明 了 这 一 点 图 中是

,

比较 烧 结 碳 钢 试 片 和 锻 钢 试 片 顶 端 淬 火 试 验

粉末 冶金 试 样 是 由 雾 化 铁 与 口 夕
不 同 的种 类 组 成 与 之 相 应 的 为 夕

,

个工件
结果




孔 隙 在几 方 面影 响 热处理 的方 式 和
, ,

的石 墨 棍 合 料 经 压 制 或 烧 结 成 密 度 为 石

而 对 锻 压 成 型 和 注 射 成 型 的 粉末 金 属





因 孔 隙极 少 甚 至 没 有 故 孔 隙 可 不 作 为影 响热

的孔 隙 率
,

试 样 与 同样 成 份 锻 钢





处理 工 艺 的 因 素
,

在一 般压 制 烧 结零件 的热
,



钢 试棒 一 起 置 于
口 分钟
,

保护 气 氛 奥 氏


处理 工 艺 中 要 考 虑 孔 隙 的 影 响 才 能取 得 满
意 的结果


体化 保 温

然后 淬火



形象地
,

表 明 了 粉末 冶 金 热处 理 的 两 个 重 要 特征 孔 隙

孔 隙对 热处 理 过 程 的 影 响
密度
导 热性

率 不 仅 通 过 它 对 导 热性 的 影 响 而 影 响 淬 透 性

,

渗 淬 透性 在气 液体 中
电 阻率 在 感 应 淬 火 中


甚 至 对 密 度 也 产 生重要 影 响 因 而 降低 了 粉 末

冶金 材料 的 表 面 硬 度
,



其第 三 个 影 响则 表 现

这 些 因 素都 直 接 影 响 粉 末 冶 金 钢 的 淬 透 性


在 实 际 操作 过 程 中 孔 隙 的存 在使 得 淬火 介 质
不 能 用盐 水 因 为 要 从 淬 火 后 的 工 件 中 清 除 残
,

钢 中以 淬 火 马 氏 体 组 织 的 硬 度 最 高 但

,

留的 盐 份的 问 题 尚未 解 决
,



即使清洗再 仔 细

,

是 只 有 在快 速 冷 却 条 件 下 抑 制 奥 氏 体通 过 扩 散 转 变成 其 他 组 织 才 能 获得 马 氏 体
,

,

,

也 很 难 避 免 工 件被 腐蚀 总有少 许 盐 份残 留 于
表 面 的细 孔 中




锻钢
即散

所 以 一 般 粉 末 冶金 产 品 都 是


,

的 淬 透 性亦 即 是 快 速 冷 却 时 奥 氏 体 才 向马 氏

在 气体 介 质 或是 真空 中进 行 热处 理

体转变 而 心 部 淬透 性 与 钢 的导 热性

,



孔 隙率 对 表 面 淬硬 深 度 的影 响

冶 金 丛刊

年第 期

孔 隙率 超 过
道相 连

,

,

孔 隙就 会 通 过 细 小 的通


铜 含最
添 加铜 会 提 高 钢 在 烧 结 状 态 下 的 硬 度 和 抗 拉强度 热 处理 时 会增 加 硬 化 的 深 度 但是
,
,

这 就 可 使气 体 迅 速 渗 透
,

当进 行 渗

碳 硬 化 时 内部 孔 隙 导 致 碳 在 渗 人 表 面 之 后 会
继 续 扩散 到 基 体 内 部 孔 隙表 面 从而 使渗 碳 深 度 大 大增 加 得 不 到 表 面 硬 化 的 明显 效 果
,

降 低 韧 性 和 延 伸率



强 度 与 铜 含 量 碳含 量 的
,







关 系如 图

子 所示

,

随 铜 含 量 的 增 加 断裂 强 度


其他 的 气 体 表 面 硬 化 工 艺 如 渗 氮 和 碳 氮 共 渗 中情 况 也 是 如 此


逐 渐 升 高 到盗个 最 高 点 然 后 下 降

孔 隙率 对 表 面 硬 化深 度 的 影 响 如 图 冶金 试 样 的 微 观 组 织 测 量 得 出 的 与
, ,

,



中 的表 面 深 度是 对 各 种 密 度 的 碳 氮 共 渗粉 末

澎 拭 鼓 爹 翱

。 卜

? 、



犷 了


、、

试 样 进 行 了 比 较 并 给 出 了 渗层 深 度 随
密 度 变 化 的 曲线
,



显 然 最 佳 的表 面 硬 化 工 艺
了 呛


,


?




、、 、

义资

,

中 粉末 冶金 件 的密度应 规 定在
以上
,



如果 对 低 密 度 的 工 件 进 行 表 面 硬 化 处


?



一,



理 就 会 出 现 其他 的 问 题
, ,

因 为 渗 碳气 体渗 人
图 了






,

速度 过 快 不 能 维 持 工 件 表 面 一 定 的 承 渗 能
力 这 就 会 在 淬 火 中产 生 软 点 低 碳 钢 表 面 硬 化 的 主 要 目的是 提 高 表 层 硬 度 和 耐 磨 性 的 同 时 保 持 其心 部 的 软 韧 性 二 者 结 合 使 之 具 有 最 佳 的 耐 磨性和 韧性
的 产生

, , ,

碳含量 铜 含 量 与粉末冶金 钢热处理 强 度的关 系

就 简单 的 铁

的 强 度 高 峰 点 在 其 共 析 含 量 附 近 而 热 处理 状 态 下 则在 约 口 必



碳 组 织 来说 烧 结 状 态 下
,

,





在铁
,



因 此 渗 碳 能力 必 须 得

,

加 铜 当铜含 量 达 到

,

时 钢 的强度 大大提
,
,



碳组织 中

以 控 制 才 能 避 免产 生 脆 变和 尺 寸变 形 及 裂 纹





可是在热 处 理 状 态 下 随铜 含 量 增 加 最


高 强 度 点 的 含 碳 量 降低

濒 硬化 层汽嶂


、 、 , 气 , 飞、

镍含量

】卜
,

镍 提高 烧 结 状 态 的 粉 末 冶 金 钢 的 拉 伸 性
能 它 约 相 当于
万 倍的 铜

,

而 热处 理 后 却 大


大提高 了 钢 的 强 度

这 是 因 为 由混 合 的 单 种
,

粉末 组 成 的 含 镍合 金 钢 存 在 多 相 性 的 缘 故

铜 的 熔 点是

℃ 它在

口 ℃烧 结 时 形 成

扮一

液 相 产 生 了更多的单 相 铁 熔 点 比烧 结 温 度 高 因 此 散形 成合金

, ,

,

是— 在 固态 状态 下 扩

,

铜 合金



镍的

这 就 形 成 了 由部 分 的 合 金 铁 包
淬火 时 基 体
,



密 度 对 碳 氮 共 渗 表 面 硬 化层 深 度 的 影 响

围 在 富镍 区 组 成 的双 重 微 结构
,

合 金 含 量 和 类 型对 粉末 冶 金 热处理 的 影 响
锻钢 的 强 度 随 碳 含 量 ‘
, , ,

转 变成 马 氏 体 而 富镍 区 仍 然 保 持为 奥 氏 体 组 织 这 就 导 致 了 仍 保 留 一 些 韧 性 和 塑 性 的基 体
强化


的 增加 而
,

上 升 相 反 烧结 钢 却 较 独 特 在共 析含 量 达 到

最 大 的 抗 拉强 度 但 经 热 处 理 后 较 低 碳 含 量
工 件 可 获 得 最 大 的强 度
,



而 象镍 铝 铬 铜等
,







铜含 量 镍 增 加 镍 和 铜 的含 量 对 粉 末 冶 金 钢 的 淬 透
性 的 影 响如 图
,



,

合 金 元 素 的 存在 影 响 最 佳 的 化 合碳 在 烧 结 钢
中 最 常见 的 合 金 元 素是 铜 和 镍


所示




在 碳 含 量 保 持为
,

而 逐 渐提 高 铜 镍 含 量 的 情 况 下 把 顶 端



陈雪 梅 粉 末 冶 金 热 处 理 影 响 因 素 的 研 究

淬火 试 样 压 制 成 ‘ 奄
后 淬火 时 所 有 试 棒 在 邵
,

的密度
,



烧结
,

物 与 铁 粉 末微 粒 粘 结 则 能 大 大 地 抑 制 分 离
以 使细 合 金 微 粒 得 到 充分 利 用

,

,

,

℃奥 氏 体 保 温

这 样 在烧 结


小时



可 以 看 到 在 铁 碳合 金 中加 人
,



过程 中通 过 促 进 扩 散 增 强 了 合 金 化 的 效 果



铜 时 表 面 硬 度 大 大 提 高 而 淬 透 性 提 高相 对
要 小 一 些 在铁
,

,

粘 结 粉末 的 压 缩 性 与 一 般的 粉 末 预 棍 合 粉相

稍稍 提 高 表 面 硬 度 却 大 大 改 善 了 钢 的 淬 透 性


— —
,



碳 合 金 中加 人 镍 可

许 多 要求 较 高 热 处 理 性 能 的 粉 末 冶 金 产


高温烧 结 的影 响 采 用 高 温 烧 结 可 获 得 最佳 的合 金 化 效果 和促进 致 密 化
,

品也 加 人镍 和铜



在 高温 烧 结 时 获得 很 均匀 合

,

金 化 同 时 还 可 增 强 孔 隙 的 球 化 和 聚合 及 致 密 化


尘… 健

、、不二二二二二了一一一一 , , 少
?

这 就 使得 在 相 同 的 合 金 含 量 下 可 获 得 附


加的 硬 化 度 和 更 可 靠 的 热 处 理 灵 敏 度
℃烧 结 然 后 进 行 热 处 理 的
,





印口 型 预 合

金 粉 末 冶 金 钢 的 机 械性 能 及 在 一 般 的烧 结 温
口 ℃烧 结 的压 制 一 烧 结 双 重 合 金 的 机 械

性 均列于 表
、 、

中进 行 比 较



采 用 高温烧 结 可
,



铜 和 镍 的 添 加 量 对 粉末冶金 钢 淬 透性 的影 响

粉 末冶 金 合 金 类 型 的影 响

预 合 金 钢 粉 末 的 压 缩性 能 比单种粉 末 的
混 和 物 差 的 特 点 限 制 了 粉 末 冶 金 钢 的 组成 的 可 选 择性 这 也 影 响 了有 效 热 处 理 时 所 需 的 高 密 度组 织 的 获 得 种 限制
。 。
,



, ,

显 著 提 高热 处 理后 的 机械 性 能 包 括 极 限 拉 伸 强 度 延 伸率 疲 劳 强度 及韧 性 同 时 把硬 度

值 也提高 了



采用 高 温 烧 结 还 给 用 于 常 规 操 作 的 粉 末 冶金 合 金 成 分 的 选 择 增 添 了 更 多 的 可 能 性
,



从 历史 的 观 点 看 粉末 冶金 钢 中 合 金 介 质 的 选 择 或 多 或 少 都 只 限 于 碳 和 那 些 氧 化 物易 还 原
的金 属 元 素 如 镍 铜 相
、 、

但可 采用七 种方法 解 除这



这里 因 为 在 粉 末

雾 化 及 以 后 的加 工 过 程 中 形 成 的 这 些 元 素 的
氧 化 物 很容 易 在
,

最早 的一种 在 低合金 钢 粉 中获 得 高 密 度 的 方 法 是 采 用 不 完 全 合 金 化 的 粉末 产 品


口℃的 一 般烧 结气 氛 即




吸热 型 气 体或游 离 氨 气 中被 还 原
,

而 在另 一

这 种 粉末 产 品 的 加工 过 程 中 象 铜和 镍这样 的

方 面 象 铬 和 锰 这 些 元 素 的 氧化 物 在 普 通 的 烧

合金 元 素 以 微 粒 状 扩 散 与 铁 粉 结 合 这 种 粉
末 也 称为扩 散 合 金 化 粉 末 虽 然 它 们 的 压 缩
,

结气氛 中不 被 还 原 这 就会 导 致 热 处 理 的敏 感

,

性下 降 固 溶 体 中 的 合 金 减 少 和 机 械 性 能 下



性 不 如 混 合 的 单 种粉 末 但 与 中间 合 金 粉末 相
比具 有 较 好 的 压 缩 性


,

可 是 在 充 分 的 还 原 气 氛 中加 热 到 较 高 的
,

扩 散 合金 化 粉末 还 有
,

温度 铬 和 锰 氧 化 物 则 可 转 变成金 属态
, ,




,

另 外两 个 优 点 跟 预 混 合 粉 末 相 比 其 不 完 全

此 采 用高 温 烧 结 不 管 是 保 护 性 气 氛 还 是 在

扩散 到 基 体 中的 合 金 元 素 在烧 结 过 程 中更 容
易 固 溶 和 均 匀 地 分 布 而 另 一 优点 是 在 粉末 的
处理 过 程 中 细 合 金 微 粒 的 分 离 倾 向 消 除 了 提高
。 。

真空 中 均 可 利 用 这 些 较 便 宜 的 合 金 元 素
口 型 钢 中 的合 金 则 是 一 例 。


最 近 的一 些 研 究 极 大 地 影 响 了 粉 末 冶 金

这 就 有 利 于 一 定 的 合 金 加 人 量 对 淬 渗 透性 的

热 处 理 的 方 法 它 们 包 括 利 用通 过 各 种 组 合 形

,

成 的 高 压 缩 性 的 预 合 金 铁 相粉末 和 通 过 粘 结
, ,

在 后 来 的方 法 中 则 开 始 利 用 粘 结 粉 末

预 混 和 的很 细 铁 合 金 粉 末等



它 们 中的 合 金 微 粒 及 石 墨 微 粒 用 有 机 的 聚 合

冶金 丛刊
表 高 沮 烧 结对 预 合金 叨口 型 粉 末 冶 金钢 的 热 处 理机械 性 能 的影 响 粉 末 冶金 合 金
烧结温度

口 了 预 合 金 够汉劝 型 在 乃口 下压 制 成形
,

年第 期

极 限性 拉 伸 强 度

屈服强度
,

延伸 率

硬度



疲劳强 度

无 凹 槽摆 冲击 韧 性 〔 锤 冲击 试验



了 万



下 复 压成 形





?

,





寻 一





该 文 由 马 燕 生 高级 工程 师校 核 特 此感 谢

,

广 州 冶 金 工 业 研 究 所 陈 雪梅 编 译

硬 迈粉 合 金 复 合 铝 主乍工丘 模 的 石开究 弓卜浅
硬 质 合 金 具 有 高 的 硬 度 和 良好 的 耐 磨 性 能 可 克 服 热 作 铝 挤 压 模 硬 度
, ,


,



犯 在挤压过

程 中受 热 下 降 工 作 带 容 易被 拉 花 磨损 使 挤 压 铝 型 材 制 品 表 面 光 洁度 下 降 而 缩 短 模 具 使 用 寿 命 的缺点




,



使 用 硬 质 合 金 镶焊 在 模 具 上 制 成 硬 质合 金 复 合 铝 挤 压 模 的 方 法 既 发挥 硬 质 合 金 耐 高 温 抗 氧
化 高 硬 度 耐 磨 的 优 点 可 使 铝 挤 压 产 品 具 备 良好 的 光 洁度 和 精 确 的规 格 尺 寸 又 利 用 热 作 模 具 良

,

,



好 韧性 的 优 点 发 挥 了 两 种 材 料 复合 的 优 越 性 大 幅度 提 高 模 具 的 使 用 寿 命 热 作模 具 一 般 寿 命 为
挤压
吨多 而 硬 质 合 金 复 合 模具 可 达 万 一
, , ,

,

,



,

有 效 地 解 决 铝 型 材 生 产 的表 面 质 量 保 证 提 高



,

劳动 生 产 率 降低 生 产 成 本 的 问 题 这 对 铝 型 材 厂 家 的 生 产 是 十分 有 利 的
,

广 州 冶 金 研 究 所 为 满 足 市场 需 求 为 铝 型 材 生 产 厂 家 节 能 降 耗 提 高制 品 表 面 质 量 创造 更 好
的 企 业 效 益 服 务 努 力 研究 和 开 发 硬 质 合 金 复合 铝 挤 压 模
, , , ,



,



该模 具 在 初试 研 制 生 产 中 向 南 海 市钟
, ,

,

边 铝 型 材 厂 等 厂 提 供试 用 经 半 年 时 间 的生 产 使 用 认 为 生 产 出 的 铝 型 材 表 面 质 量 比普 通 热 作模具

好 外 型 尺 寸 精 确 壁 厚 均 匀 使 用 寿 命 长 的 效 果 厂 家希 望 这 一 研究 和 开 发 进 一 步 继 续 优 化 实 施
为 模具 市 场 提 供 管 型
,

,



” 、“

方型

” 、“

对称型



、“

无对 称 型

” 、“

平 模 等 多 品种 多规 格 系列 的 硬 质 合 金
、 。






复合 铝 型 材 挤 压 模具 让 铝 型 材 制 品 的 厂 家 生 产 出 更光 洁 美 观 性 能 优 异 的 铝 型 材产 品

国有小 企 业 改 革 的 四 种 模式
,

国 家体 改研 究会 的一 项 研 究指 出 我 国国 有 小 企 业 改 革对产权 变革如 分 上 可 有四 种 选择模 式 。

,

最优 的 选 择 中外合 资 创 建 有 限 责任 公 司
制 和 比 较 规 范的 企 业 制 度 形 式
,

,



可 引 进 资金 新 技 术 和 新 管 理 创 建 了 新 的 机




,



彻 底 的 选 择 零 价 转 让 折 价 出售 竞 价 拍 卖
“ ”
,





零 价 转 让 是 对 资 不 抵 债 或 资债 相 当 的 企 业
, , ,

,

实行 将 总 资产 折 股 职 工 认 购 的 办 法 债务 随 资 产 生 用 所 分 红 利 偿 还 债 务 债 务 还 清后 资 产 归
职工所有
,



折 价 出 售 是 对 资债 相 当 或 资 大 于 债 的 企 业 实行 企 业 资产 加 土 地 出 让 金 全 部折 股 股 权


,

,

购 买 者 同 时 承担 相 应 的 债 务额
拍 卖 购 买 者 承 担 全 部债 务



竞 价 拍 卖是 对 资 大 于 债 微 亏 微 利 或 效 益 较 好 的 企 业 实 行公 开






,

现 实 的 选 择 职 工 入 股 实行 股 份 合作 制

,

,

企 业 实 际 净资产 由 企 业 为 企 业 职 工 股 认 购 和 自


愿认购

改制 后 的 企 业 职 工 共 同 所 有 原 企 业 的 债 务 由 新 企 业 承 接

过 渡 的 选 择 分 立 租货 委 托 经 营 兼 并 第四 种 形 式

,









在 以 上 三 种选 择都 不 具 备条 件 的 情 况 下 才 选 择
, , ,

,

实质 上 这 种 形 式 只 是 把 企 业 的 经 营权 让 给 新 的经 营 者 是 过 渡 的 选 择 待 条 件 成 熟


再 向 以 上 三 种 形 式 转化


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