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现代粉末冶金主要材料体系
2020年09月28日 发布 分类:技术前沿 点击量:346
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粉末冶金是用金属粉末或金属与非金属粉末经混合、压制、烧结后制成材料或零件的一种方法,它是一种不经过熔炼生产材料或零件的方法。粉末冶金零件尺寸精确,生产过程可无切削或少切削。粉末冶金工艺过程一般包括制粉、筛分与混合、压制成形、烧结及后处理等几个工序。

粉末冶金

粉末冶金的基本工艺流程

粉末冶金技术能实现材料的近净成型,具有原材料利用率高(约95%)、生产效率高、节能环保的优势,能够直接生产形状复杂、高精度的高性能粉末冶金产品,粉末冶金材料在现代工业中的应用广泛,特别是汽车工业、生活用品、机械设备等的应用中,粉末冶金材料已经占有很大的比重。它们在取代低密度、低硬度和强度的铸铁材料方面已经具有明显优势,在高硬度、高精度和强度的精密复杂零件的应用中也在逐渐推广。许多难溶材料只适合用粉末冶金工艺来加工,特备是硬质合金这样的材料,普通的加工方法就不太适合。下文带大家看看粉末冶金的主要材料体系。

一、铁基粉末冶金材料

铁基粉末冶金材料是以铁元素为主,添加C、Cu、Ni、Mo、Cr、Mn等合金元素形成的一类钢铁材料铁基制品是粉末冶金行业生产量最大的一类材料,在一定程度上代表一个国家粉末冶金技术水平。下面介绍铁基粉末及其制品的发展概况。

1、铁基粉末

粉末冶金铁基材料和制品所使用的粉末主要包括纯铁粉、铁基复合粉末、铁基预合金粉末等。我国钢铁粉末的制备技术不断发展,现已开发出还原法、羰基法、电解法、超高压水雾化、热气体雾化、水汽联合雾化、粘结扩散、预合金化、预混合等制备技术,这些技术的开发丰富了我国铁基粉末品种和质量。

粉末冶金

各种铁基粉末冶金部件

我国已开发出应用铁精矿粉生产还原粉、高压缩性铁粉(600MPa压制密度达到7.24g/cm3)、无偏析混合粉、水雾化预合金钢粉(Fe-Mo等)、扩散型合金钢粉(Fe-Ni-Mo-Cu等)、易切削钢粉(添加MnS)、烧结贝氏体钢粉、电焊条粉、磁性材料用铁粉、冶金炉料用铁粉、化工行业用铁粉等多种产品,满足了市场需求。

2、P/M铁基制品

常规压制/烧结技术一般可生产密度6.4~7.2g/cm3的铁基制品,用于汽车、摩托车、家电、电动工具等行业,具有减震、降噪、轻量化、节能等优势。随着极速5分快三制造的发展,对铁基制品的密度、强度、精度等指标提出了更高的要求。铁基材料的高致密化和强化技术研究受到重视,相关技术包括高速压制、液相烧结、微合金化等。目前国内部分铁基粉末冶金零件企业的核心技术已将温压、粉末热锻、表面滚压致密化、生坯可加工、复压复烧、热等静压等应用于高致密度、高精度、高复杂度零件的制备。

3、粉末注射成形(MIM)铁基制品

金属粉末注射成形技术(MIM)是以金属粉末为原料,借助塑料注射成形工艺制造形状复杂的小型金属零部件。MIM材料方面,目前70%应用的材料为不锈钢,20%为低合金钢材料,MIM技术在手机、计算机及辅助设备等行业用量应用广泛,如手机SIM卡箍、照相机环等。

二、粉末冶金硬质合金

硬质合金是以过渡族难熔金属碳化物或碳氮化物作为主体成分的粉末冶金硬质材料。因具有较好的强度、硬度、韧性匹配性,硬质合金主要用作切削刀具、采掘工具、耐磨零件以及顶锤、轧辊等,广泛应用于钢铁、汽车、航空航天、数控机床、机械工业模具、海洋工程装备、轨道交通装备、电子信息技术产业、工程机械等装备制造加工和矿产、油气资源采掘、基础设施建设等行业领域。

粉末冶金

硬质合金刀具

三、粉末冶金磁性材料

用粉末成型和烧结的方法制备的磁性材料,可分为粉末冶金永磁材料和软磁材料两大类。永磁材料主要包括钐钴稀土永磁材料、钕− 铁−硼系永磁材料、烧结铝镍钴永磁材料、铁氧体永磁材料等。粉末冶金软磁材料主要包括软磁铁氧体和软磁复合材料等。

粉末冶金法制备磁性材料的优势在于能制备单畴尺寸范围的磁性微粒,在压制过程中实现磁粉的一致取向,直接制出接近最终形状的高磁能积磁体,尤其是对于难加工的硬脆磁性材料而言,粉末冶金法的优越性更加突出。

粉末冶金

钕铁硼永磁材料

四、粉末冶金高温合金

粉末冶金高温合金是以镍为基体,添加有Co、Cr、W、Mo、Al、Ti、Nb、Ta等多种合金元素的一类具有优异的高温强度、抗疲劳和抗热腐蚀等综合性能的合金,是航空发动机涡轮轴、涡轮盘挡板、涡轮盘等关键热端部件的材料,加工主要涉及到粉末制备、热固结成型和热处理等过程。

粉末冶金

图:粉末高温合金的三条主要制备路线

镍基粉末高温合金中涉及的元素种类繁多,高达十余种,下表所列为第四代典型粉末高温合金的化学成分,该类合金成分设计的主要目标是发展更高的强度、损伤容限、工作温度(约815℃)以及更好高温组织稳定性。

表:第四代典型粉末高温合金的化学成分

粉末冶金

目前只有美国、俄罗斯、英国、法国、德国、极速5分快三等少数几个国家具备粉末冶金高温合金研发、生产的能力,其中美国、俄罗斯、英国处于领先的位置。

粉末冶金

图:高温合金是航空发动机工业重点

参考资料

1、现代粉末冶金材料与技术进展;中南大学粉末冶金国家重点实验室;黄伯云,韦伟峰,李松林,张立,李丽娅,刘锋,李瑞迪等著。

编辑:Alpha


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