粉末冶金认识实习指导书.doc

目 录第一部分 认识实习任务1.1 认识实习目的1.2 实习任务与要求第二部分 铁基制品生产2.1 概述2.2 基本材质体系2.3 铁基制品生产2.4 主要生产设备2.5铁制品的检验第三部分 硬质合金生产第四部分 思考题第五部分 实习报告要求第六部分金属材料工程专业认识实习教学大纲第一部分 实习目的、任务、要求与实习地点介绍1.1 认识实习目的1 了解粉末冶金铁基制品的生产工艺和设备。2 掌握各工序生产操作规程和工艺规程。3 理论联系实际，培养劳动观念。4 了解粉末冶金企业的人力资源管理、生产管理、质量管理等相关知识1.2实习任务与要求 劳动要求1 遵守实习单位劳动纪律，做到不迟到、不早退、不旷工，坚守劳动岗位。工作时间不做与生产无关的事。2 严格遵守安全操作规程，做到不出人身、设备、质量事故，确保产品质量。3 谦虚谨慎，戒骄戒躁，搞好关系，学会做人。4 爱护实习单位财产，洁身自好。 业务要求1 掌握铁基制品主要工序生产操作规程。2 掌握铁基制品主要工序工艺规程。3 了解铁基制品主要生产设备结构特点及操作要点。4 了解制品生产过程产生的废品及工艺解决方法。5 了解产品性能分析与检测的主要方法。6 了解企业现状及发展方向，企业人力资源管理、生产管理、质量管理等。7 认真总结经验完成实习日记。 报告要求1 严格要求自己，按要求独立完成实习日记，精益求精。2 理论联系实际，认真总结，独立思考，开拓进取，勇于创新。1.3实习地点：韶关富洋粉末冶金有限公司韶关富洋粉末冶金有限公司是国内专业生产粉末冶金制品骨干企业，现有员工200多人，其中工程技术人员30多人，拥有生产设备130台，其中有引进美国、日本先进设备，现为韶关市工程技术研究开发中心、广东省先进企业、广东省科技民营企业、广东省高新技术企业，并通过ISO9001质量管理体系认证。1目前该公司生产的粉末冶金制品有：汽车、摩托车发动机零件：气门座、气门导管、机油泵及刹车摩擦片等零部件；工程机械配件有：粉末热锻浮动油封环，家电类各种铁、铜基含油轴承；手扶电梯配件及纺织机械配件等各类型的粉末冶金制品。第二部分 铁基制品生产2.1概述粉末冶金制品是采用成形和烧结工艺将金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）制成材料和制品的工艺技术。它是冶金和材料科学的一个分支学科。粉末冶金制品的应用范围十分广泛，且近十年粉末冶金工业发展迅猛。从普通机械制造到精密仪器；从五金工具到大型机械；从电子工业到电机制造；从民用工业到军事工业；从一般技术到尖端高技术，均能见到粉末冶金工艺的身影。粉末冶金工艺的优点：1 绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。2 粉末冶金制品不需要或很少需要随后的机械加工。3 粉末冶金制品烧结一般在真空和还原气氛中进行，不氧化，不会给材料任何污染，故有可能制取高纯度的材料。4 能保证材料成分配比的正确性和均匀性。5 适宜于生产同一形状而数量多的产品，能大大降低生产成本。粉末冶金工艺的的缺点：1 制品内部总有孔隙。2 普通粉末冶金制品的强度比相应的锻件或铸件要低（约低2030%）。3 成形过程粉末的流动性远不如液态金属，对产品结构形状有一定的限制。4 压制成形所需的压强高，因而制品受压制设备能力等限制。5 压模成本高，一般只适用于成批或大量生产。6设备成本较高、粉末易氧化、制品的尺寸及形状受限制。铁基粉末冶金是用铁粉（包括预合金粉）、金属粉（或合金粉）和非金属粉经混合、压制、烧结等工序制取用冶炼方法不能生产的某些特殊性能的产品。 2按其应用，铁基制品分为过滤器、含油轴承、磁性材料、机械零件、高速钢和摩擦片等。其中，以铁基材料为主的结构零件市场需求保持连续高速增长。对于高性能铁基粉末冶金件已普遍用于传动装置、发动机和通用机械零件事实，一般认为，汽车工业是推动粉末冶金工业发展的主要动力。铁基粉末冶金制品表现出的特点：1 在大批量生产机械零件时，其工艺简单，生产率高，成本低，节省材料，节约能源。2 根据需要可由铁粉和生产工艺控制孔隙，既能制取多孔材料，也可制造不同密度的机械零件典型的铁制品有含油轴承、油泵齿轮、汽门导管、炮弹箍、活塞环及其他各种各样的机械零件等，在这些产品中可按其孔隙度分为两类：即多孔铁铁制品零件和致密铁制品零件，一般孔隙度在1013%以上者为多孔，在1013%以下者为致密。由于它们都具有优良的耐磨性，所以有时也称它们为耐磨零件。3 混合某些金属和非金属制取铁非金属材料。4 可替代某些有色金属。正是因为铁基粉末冶金制品的性能和经济方面的优越性，得到广泛应用和长足发展。2.2基本材质体系2.2.1 Fe-C系烧结碳素钢即Fe-C烧结材料，而当碳含量小于0.2%时称烧结铁。烧结碳素钢主要用于制造低、中强度的机械零件。碳是以石墨形式加入。当配料加入的石墨在烧结时未能全部溶入铁中，会出现游离石墨，降低烧结钢的强度。因此，烧结钢中的化合碳含量控制在0.80.89%范围最好。石墨加入量应考虑碳与铁粉中氧化物以及烧结气氛反应所引起的损失，故常大于材料所需的化合碳量。在分解氨和发生炉煤气中烧结，常易产生明显的脱碳。烧结气氛的选择应首先考虑气氛对烧结钢碳含量的影响，最好采用可控碳势气氛，准确控制烧结钢化合碳含量，保证烧结钢的性能稳定。同时，化合碳含量还与烧结温度和保温时间有关。烧结温度低于850时，石墨基本不溶入 3铁中，全部以游离石墨形式存在。当烧结温度提高到1000时，石墨绝大部分可溶入铁中。碳向铁中扩散速度很快，1020分钟可完全溶入铁中。另外，铁粉和石墨粉的粒度对烧结钢中的化合碳量也有一定影响。粒度较粗时，应适当提高烧结温度或处长保温时间。Fe-C系的烧结温度一般为10501150，保温时间13小时。应当指出，混合料中石墨分布不均匀，烧结钢中化合碳量也不均匀。同时，热处理对烧结钢显微组织的影响与致密钢相似。表1 烧结钢化学成分与性能化学成分%物理-力学性能（不小于）显微组织密度g/cm3强度MN/m2冲击值J/cm2延伸率%硬度HB烧 结 铁Fe00.2CFe00.2CFe0.30.6CFe0.30.6C6.06.36.36.66.67.07.07.41201401702102.03.05.09.0350400450550FFF烧 结 钢Fe0.30.6CFe0.30.6CFe0.30.6CFe0.30.6CFe0.150.35CFe0.40.6CFe0.71.0C6.06.36.36.66.67.07.07.47.67.67.6160190220300500900100030150.71.01.52.53.510.04.01.05507008501070F+PF+PF+PF+PF+PP+FP2.2.2 Fe-Cu-C和Fe-Mo-C系铜是烧结钢中常用的合金元素。铜在铁中的溶解度随温度变化较大。1094时，在- Fe中溶解度为7.58.5%；835时约为3.5%；而室温只有0.2%。普通的烧结铜钢，铜是以电解铜粉形式加入混合料中，烧结温度控制在铜的熔点以上，即大于1100。下表表明，铜量高，压制压力大，烧结温度高时，抗拉强度越高。 4表2 铜加入量对烧结Fe-Cu-C材料性能的影响铜加入量1.0%C+2.5%Cu1.0%C+7.5%Cu压制压力200400650200400650烧结温度密度g/cm3强度延伸率%尺寸变化%11505.519.20.5-0.4312505.626.80.5-1.2811506.2634.70.8-0.3712506.3443.30.9-1.0211506.2645.40.8-0.2612506.753.21.2-0.811505.4927.70.4-0.0612505.5735.10.6-0.8511506.0838.50.5-0.4512506.0855.80.6-0.5211506.6158.80.4-0.8812506.6467.00.6-0.27铜的加入对制品烧结后的尺寸变化有很大影响。当含量为89%时，烧结后的膨胀最大。这是因为铜熔化后，在毛细管力作用下，很快渗入铁粉颗粒之中，使铁颗粒体积增大，而原铜粉处成为孔隙，引起整个烧结体膨胀。当铜量超过10%时，即最大溶解度以后，由于有较多的液相存在，而形成稳定的液相烧结，致密化加快，使膨胀减小，甚至出现收缩。加入石墨可以控制Fe-Cu材料烧结后尺寸的变化。因为碳的存在降低Fe-Cu系的熔点和铜在- Fe中的溶解度，从而增加烧结时的液相量，使膨胀减小。如果石墨与铜的配比适当，可使烧结体尺寸既不膨胀，也不收缩，达到精确控制产品尺寸的目的。当碳量低时，随铜的加入，收缩减小，直到加入3%Cu，烧结尺寸不发生变化。继续增加铜，则出现膨胀，到79%Cu时出现最大膨胀率1.2%。此时，如果逐渐增加石墨量，可使膨胀相应减小。石墨增加到1.0%以上时，反而产生收缩。石墨达2%时，收缩率为1.0%以上。石墨量小于1.0%时，铜量一般在13%就可精确控制Fe-Cu-C系结构件烧结尺寸。钼也是烧结钢常用合金元素，它可溶入铁中产生固溶强化。但主要作用是细化晶粒，提高淬透性和防止回火脆性。钼在铁中的扩散速度远低于碳，故不宜用钼粉，而常用还原Fe-Mo合金粉。Fe-Cu-C系材料加钼可通过热处理来提高强度性能。2.2.3 Fe-Ni-C系和Fe-Ni-Cu-C系镍是扩大铁的区元素，使S点左下移，使得珠光体组织的体积分数增加。可溶入铁产生固溶强化作用。镍可降低钢的临界转变温度和钢中各合金元素的扩散速度，而提高钢的淬透性。若同时加入少量Cr、Mn或Mo时，其效果更好。镍在- Fe中的扩散系数比碳及熔融铜小，故采用混合粉烧结镍钢时，必须 5选用很细的镍粉（如羰基镍粉，松装密度0.9g/cm3，粒度3.1）。在较高的温度（1200）下烧结，达到合金均匀化。镍对烧结Fe-C材料尺寸的影响可知：当镍含量超过23%时，镍和碳对收缩同时起作用。随镍量增加，碳量增加时收缩更大，而烧结温度越高这个倾向越大。加入少量铜可控制这种过大的收缩。在对性能的影响上，当碳量一定时，随镍含量增加，抗拉强度增大。当镍含量不高时，强度最大值的碳量在共析成分附近，但随镍含量增加却向低碳方向移动。当镍含量超过7%，其最高抗拉强度的碳量范围很宽。烧结时间对最高强度时的碳量也有一定影响，对含9%Ni的烧结钢，延长烧结时间，其最高强度的碳量也向低碳方向移动。2.2.4 Fe-Mn-C系锰在烧结钢中除起固溶强化作用外，还可提高烧结钢的淬透性。Mn、Fe还可与C形成合金渗碳体。含锰为5%时，随碳含量增加，硬度提高，碳含量达1.2%时，开始下降；含锰为10%时，碳量超过0.8%后硬度开始下降。其主要原因是随Mn和C量增加，烧结件密度下降和残余奥氏体数量增加。研究表明，当碳在亚共析范围内，锰的加入量在10%以下时，烧结锰钢的性能最好。锰与氧的亲和力较强，在一般烧结气氛下，锰表面易生成氧化物，且不易还原，因而不利合金均匀化和烧结过程。故锰一般不以金属锰粉的形式，而常以Mn-Fe中间合金粉或母合金粉形式加入混合料中。2.2.5 Fe-Cr-C系钢中加入铬除提高强度外，还可改善钢的抗氧化性能和抗腐蚀性能。铬可以Cr粉、Cr-Fe粉、相或预合金粉的形式加入配料中。从合金均匀化考虑，最好用预合金。因铬与氧的亲和力很强，烧结时要严格控制气氛露点或要用真空烧结。铬与碳含量的变化对烧结Fe-Cr-C系材料密度和机械性能将产生一定影响。随碳含量增加，密度下降。最高密度的铬含量随碳量增加由3.5%升高到5.0%。当碳含量一定时，铬增加到45%，密度出现最大值。2.2.6 Fe-P-C系和Fe-P-Cu-C系烧结钢中加入合金元素P可改善和提高强度和韧性。磷对烧结钢的强化作用主要表现在以下方面： 61 烧结过程中，磷向铁粉中扩散形成Fe-P固溶体，产生显著固溶强化效果。2 磷有缩小-Fe相区作用，这样可使铁基材料保持在-Fe+-Fe两相区内进行烧结。在正常烧结温度下，铁原子在-Fe中的扩散系数比在-Fe中大100倍，这就强化了烧结时铁原子的扩散过程，加速孔隙的球化和致密化过程，烧结体强度和韧性提高。3 Fe-P系在1050有一共晶反应，因而在烧结时产生少量液相，有利烧结致密化。综上，加入适当的磷可提高烧结钢的强度和韧性。加入量以0.30.6%为宜，P含量继续增加冲击韧性将下降。磷以磷铁合金粉（Fe3P）或Cu3P粉形式加入为宜，而不宜直接加磷粉。直接加磷粉因烧结损失而难准确控制其含量，且烧结收缩变形严重，脆性大。磷可使合金产生较大的烧结收缩。单独加入Cu或石墨，或同时加入铜和石墨可消其影响，甚至出现膨胀。2.3 铁基制品生产生产工艺流程粉末原料 混 合 压制成形 烧 结 整形或复压 复压 （加工） 熔浸 热锻 （加工） 复烧 热处理 （加工） 热处理 成品 （加工） 成品 热处理 成品 成品 成品 72.3.1原料粉末是粉末冶金方法生产制造烧结零件的基本原料。 粉末的制备粉末的制备方法有很多种，归纳起来可分为机械法和物理化学法两大类。 机械法有机械破碎法与液态雾化法。机械破碎法中最常用的是球磨法。该法用钢球或硬质合金对金属进行球磨，适用于制备一些脆性的金属粉末（如铁合金粉）。对于软金属粉，采用旋涡研磨法。雾化法也是目前用得比较多的一种机械制粉方法，特别有利于制造合金粉，如低合金钢粉、不锈钢粉等。将熔化的金属液体通过小孔缓慢下流，用高压气体（如压缩空气）或液体（如水）喷射，通过机械力与急冷作用使金属熔液雾化。结果获得颗粒大小不同的金属粉末。 物理方法有气相与液相沉积法。如锌、铅的金属气体冷凝而获得低熔点金属粉末。又如金属羰基物Fe(CO)5、Ni(CO)4等液体经180250加热的热离解法，能够获得纯度高的超细铁与镍粉末，称为羰基铁与羰基镍。 化学法主要有电解法与还原法。电解法是生产工业铜粉的主要方法，即采用硫酸铜水溶液电解析出铜。还原法是生产工业铁粉的主要方法，采用固体碳还原铁磷或铁矿石粉的方法。还原后得到得到海绵铁，经过破碎后的铁粉在氢气气氛下退火，最后筛分便制得所需要的铁粉。 粉末性能粉末的性能对其成形和烧结过程，及制品的性能都有重大影响。 颗粒形状、粒度及粒度组成颗粒形状是决定粉末工艺性能的主要因素。用不同方法制造的粉末形状不同。颗粒形状对粉末的压制成形和烧结都会带来影响。如表面光滑的粉末颗粒，其流动性好，对提高压坯的密度有利。但形状复杂的粉末，对提高制品的压坯强度有利，同时能促进烧结的进行。 8表3 颗粒形状与粉末生产方法粉末生产方法粉末颗粒形状羰基铁粉雾化铁粉还原铁粉电解铁粉球磨研磨铁粉旋涡研磨铁粉球形粉末球形或不规则状不规则海绵状树枝状片状碟状粉末粒度是指粉末颗粒的平均大小。工业上制造的粉末，粒度范围一般为0.1400m，粒度大小通常用目数（一平方英寸筛网上的网孔数表示）。最常用的是筛分析法。粒度大小直接影响制品的性能，而对常用的粉末冶金制品生产，不仅要测定粉末体平均颗粒的大小，更重要的是测定粒度分布。按一定的粒度范围将粉末分级，用各级粉末所占重量百分数表示粉末的粒度组成。粉末的粒度分布对成形、烧结有一定的影响。如粉末粒度分布得当，粉末颗粒间的孔隙就小，成形密度高，烧结容易进行。 松装密度、流动性和压制性松装密度是指单位体积自由松装粉末的质量，常用g/cm3表示。粉末的松装密度是一个综合性能，它受粉末粒度、粒度组成、颗粒形状及颗粒内的孔隙等因素的影响。一般是粉体颗粒越粗松装密度越大；粉体颗粒形状越规则松装密度越大；而粉体粒度分布越广及形状越复杂，颗粒间的摩擦增加，则松装密度减小。粉末流动性是指单位质量的粉末自由下落到流完的时间，常用s/50g表示。粉末流动性反映的是粉末充填一定形状容器的能力，对实现自动压制和对于压制形状复杂的制品的均匀装粉很重要。粉末的流动性也是一个综合性能，主要取决于粉末之间的摩擦系数，即与粉末形状、粒度、粒度组成及表面吸水和气体量等有关。一般是粉末粒度越小，颗粒形状越复杂，流动性越差；粉末越潮湿，流动性越差。粉末压制性包括压缩性和成形性。粉末压缩性是指粉末在压制过程中的压缩能力。一般是用一定压力（如400MPa）下压制的压坯密度（g/cm3）来表示。它的好坏决定压坯的强度和密度。 9粉末的压缩性主要由粉末的硬度、塑性变形能力与加工硬化性能决定，并在相当大的程度上与颗粒的大小及形状有关。粉末成形性是指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力。一般用给予压坯适当强度（仅只搬运不破碎或不会发生变形的强度）所需之压力来表示。粉末的成形性直接反映的是压坯强度，因而也可用压坯的抗压强度或抗弯强度定量地表示。粉末的成形性主要与颗粒形状、粒度及粒度组成等物理性质有关。通常粉末颗粒细小且形状复杂，其具有良好的成形性能；粉末松装密度增加，成形性能会变差，而压缩性能变好。 化学成分铁粉是粉末冶金制品的主要原材料。因此，铁粉具有重要影响。铁粉中的碳以两种形式存在。一是与铁形成Fe3C，增加铁粉硬度，压制性能变坏；二是以游离形式存在，过多的游离碳影响铁粉的压制性能和烧结性能。铁粉中的锰可能以两种形式存在。锰含量较低时，以固溶形式存在。当锰含量大于1时，多以氧化锰形式存在。两者均使压制性能变差。而后者在烧结时因一般气氛下难于还原而使烧结性能下降，影响制品性能。铁粉中硫、磷含量增高会使得海绵铁变硬而难于粉碎，且压制性能变差。因此，常规下铁粉中硫、磷含量愈少愈好。铁粉中SiO2、Al2O3等不溶于酸的有害杂质会降低铁粉的压制性能和烧结性能，必须严格控制。表4 还原铁粉化学分析 GB/T 41361994牌号总碳不小于杂质含量 不大于MnSiCSPFHY8023FHY8025FHY10025FHY10027FHY20098.0098.0098.5098.5098.000.400.400.350.350.350.150.150.100.100.150.070.050.030.030.100.0300.0300.0200.0200.0300.0300.0300.0200.0200.030FHY8023 FHY粉末冶金用还原铁粉；80过筛目数；23松装密度值的10倍颜色呈银灰色，颗粒呈不规则海绵状，松装密度2.02.8。FHY8023 主要用于低、中密度的材料和制品。FHY8025 主要用于一般中密度的材料和制品。 10FHY10025 主要用于中高密度的材料和制品。FHY10027 主要用于高密度的材料和制品。FHY200 主要用于其他的材料和制品。2.3.2 混合混合的目的是制备具有一定化学成分和一定粒度组成以及具有一定工艺性能的混合料。混合的质量不仅影响成形过程和压坯质量，而且会严重影响烧结过程的进行和最终制品的质量。 制品对原料的要求为了保证产品性能，对所用原材料应有一定要求。如化学成分、粒度组成、松装密度、流动性、压制性能等。符合一定技术要求才能投料。石墨用于强化制品的材料，能提高制品的硬度、强度等机械性能。同时，在成形过程中起润滑作用。石墨的技术条件表7 石墨的化学组成灰分硫夹杂物挥发物溶于盐酸中铁 5% 0.2% 0.8% 1.0% 1.0%为了改善粉料的压制性能、使产品密度分布均匀、减少压模磨损和有利于脱模，常加入少量的润滑剂，如铁基制品需加入适量的硬脂酸锌，其技术要求见表5。在烧结过程中硬脂酸锌发生分解、挥发便在制品的相应部位留下所需的孔隙并使产品最终孔隙互相连通，还将起到造孔的目的。硬脂酸锌和机油一般按外加量计算。加入量过多会使烧结密度下降，这对含油轴承有利，而对结构零件不合适。通常加入量小于1.0%，作造孔剂可达1.5%。机油的加入可使铁粉与石墨粉比重相差悬殊的粉末混合均匀，同时也是成形剂。但会使流动性下降。表8 硬脂酸锌的技术要求金属锌含量水份游离酸熔点粒度外观10.2-11.2%0.2%0.5%120-200目白色为了改善和提高制品的机械性能，还需加入各种合金元素。可用纯合金元素粉，最好用合金粉。由于前者在烧结时扩散困难不易合金化，故要求粒度较细（过200目），且注意防止合金元素粉表面氧化。 11表5 电解铜粉化学分析 GB/T 52461985牌号Cu不小于杂质量 不大于FePbO水分灼烧残渣FTD1,FTD2FTD3FTD499.8099.7099.600.020.020.020.050.050.050.150.200.250.050.050.050.050.050.05颜色呈浅玫瑰红色，颗粒呈树枝状，松装密度1.52.3。表6 电解镍粉化学分析 GB/T 52471985牌号Ni+Co不小于Co不大于杂质量 不大于ZnMgPb氢损FND1FND2FND399.899.599.50.0050.10.10.0020.0020.0020.0020.0150.0150.0020.0020.0020.300.35FND1为电解镍粉，FND2和FND3为电解还原镍粉。颜色呈灰黑色，颗粒呈树枝状，松装密度1.01.6。 铁粉粒度及松装密度的调整由于粉末批量不同，使粉末性能发生变化。故必须作适当调整。铁粉的调整是指粉末的粒度组成和松装密度的调整。它不仅影响压制烧结过程，而且对产品的最终性能也有很大影响。对控制和稳定产品性能有重要的意义。一般来说，细颗粒铁粉制成的产品，其强度较粗颗粒的高，韧性也较好。实际生产中，铁粉的粒度及粒度组成以制品的性能要求而定。如制造较高强度的结构零件时，为了尽可能提高密度，铁粉粒度选择较细，并有一定的粒度组成；制造含油轴承时，为了一定的孔隙度，不适于选择细颗粒粉末，最好进行分级处理。另外，一定的铁粉松装密度能保证制品性能均匀、烧结尺寸收缩一致、精度较高，且压模高度可降低或压制更高产品。影响松装密度的因素很多，主要取决于制粉工艺参数和混料制度。一般金属粉末真密度越大，松装密度也越大；颗粒越细，形状愈规则，松装密度越大； 12粉末表面有氧化物不仅降低真密度，同时因颗粒表面摩擦减小提高了松装密度，而且降低压制性能；适当的球磨可提高松装密度。实际生产中调整松装密度的方法：1 将粉末筛分分级，按比例合批。2 将不同松装密度的粉末合批。3 混合料中加入机油，可降低松装密度4 退火后球磨松装密度可增加。5 混合料预先压制，再擦筛成粉末，可提高松装密度。 配料计算1 石墨加入量计算 式中： X 制品性能要求的含碳量 % x1 原料铁粉中的含碳量 %g1 所配的铁粉量 kgg2 加入的石墨量 kg2 合批铁粉石墨加入量计算（不考虑氢损） 式中： X 制品性能要求的含碳量 % x1 第一种铁粉中的含碳量 %g1 第一种铁粉加入量 kg x2 第二种铁粉中的含碳量 % g2 第二种铁粉加入量 kg g3 加入的石墨量 kg氢损即铁粉中被氢还原的氧量，这部分氧消耗一定碳造成制品脱碳。实际生产中烧结气氛碳势低，脱碳较为严重，而应适当多加石墨量。3 合金粉加入量计算 13 式中： X 制品性能要求的合金含量 % x2 合金粉中合金元素的含量 %g1 铁粉加入量 kgg2 合金粉加入量 kg g3 加入的石墨量 kg 混合 混合是整个铁基制品生产中很重要的工序，以达到化学成分均匀的目的。混合主要分为机械法和化学法两种。其中广泛应用的是机械法。机械法又分为干混和湿混。铁基制品生产中常采用干混。由于粉末密度的差异，与铁粉密度相差较大的粉末如石墨粉、硬脂酸锌粉等，容易产生偏析。为了防止偏析现象，混料时常在铁粉中加入少量有机物如油酸、机油等，有利于均匀混合。机油加入量为混合料总量的0.10.15%。由于流动性下降，自动压力机取下限，手动油压机取上限。为了消除硬脂酸锌结团现象，可在混合料中加入少量瓷球，约5%15的瓷球效果更好。用于粉末混合的常用混料设备：V型混料机、双锥形混料机、旋转立方混料机、偏心转动六角型混料机、水平旋转混料机、偏心转动混料机等。装粉量、粉末比重差别、混合制度、混料机的结构及转数、混合时间和混合介质都将影响混合的均匀度。混料应保证特定材料组合的化学成分、工艺性能及混合均匀度等技术要求。 2.3.3压制成形压制成形是指将松散的粉末体密实成具有一定形状、尺寸、密度和强度的压坯的工艺过程。压制成形方法有很多，如模压成形、等静压成形、粉末连续成形、粉末注射成形和粉浆浇注成形等，而模压成形是最广泛使用的粉末成形技术。模压成形通常在机械式压机或油压机上，于室温及一定压力下进行的。粉末冶金的压制压力一般为140840MPa。它是将一定量的粉末混合物装于精密压模内，在模冲压力的作用下，对粉末体加压、保压，随后卸压，再将压坯从阴模中脱出的工艺过程， 装粉一般采用容积法，即将粉末装入具有规定容积的阴模型腔中。常用装粉方法有下列三种： 14落入法 送粉器移到阴模与芯棒形成的型腔上，粉末自由落入型腔中。吸入法 下模冲下降（或阴模一芯棒升起）复位时，将粉末吸入型腔中。过量装粉法 粉末落入阴模型腔中后，下模冲升起将多余的粉末顶出，并被送粉器刮走。以上各种填料方法的目的只有一个，就是将压坯要求的粉料均匀而准确地装入料腔。 压制粉末体在压模中自由松装时，由于粉体颗粒的摩擦力和机械咬合，使颗粒相互搭接，造成比颗粒大很多倍的孔隙，这种现象称为“拱桥效应”。粉末体在受力后，粉末体内的“拱桥”遭到破坏，粉末颗粒重新排列位置，彼此填充孔隙，增加接触，粉末体的孔隙度大大降低。粉末颗粒受力后，相互接触的颗粒运动受阻相互挤压而产生变形，粉末颗粒也如所有固体物质受力变形一样，出现弹性变形、塑性变形和脆性断裂三种情况。粉末运动及变形的最大特征是：粉末主要沿压制方向作直线运动，少量的横向移动。压坯中的孔隙都在横向被压扁。压坯的密度与强度大小对烧结体的质量有直接影响，密度大且均匀分布，强度高，则烧结体的质量也高。影响压坯强度的因素有：压坯密度、粉末颗粒表面的粗糙度、表面积、表面的氧化与污染、粉末的松装密度、添加剂的加入量等。根据粉末体在压制时的受力情况、粉末的运动、密度的分布及强度的大小等规律，用于压制成形的方式主要有下述四种。单向压制 在压制过程中，仅从一个方向施压的方法。所得压坯的密度分布不均匀（上大下小），它适用于压制无台阶类厚度较小的零件。双向压制 在压制过程中，从两个方向同时施压的方法。所得压坯的密度分布较单向压制均匀，上下密度较高且基本相等，密度最低层位于压坯中间，它适用于压制无台阶类厚度较大的零件浮动压制 在压制过程中，阴模为弹簧支承。上模冲施压，粉末被压缩，摩擦力大于弹簧支撑力时，阴模即与上模冲一起下降。与双向压制相比，其整体密度提高，且密度最低层分布较长，生坯强度增加 15拉下模压制 阴模的运动是靠压机而不是靠摩擦力起作用，适用于摩擦力小而不能浮动的一些制品。可根据每个制品的需要将压坯中间的低密度层减低到最小，且中间低密度层可调到所要求的合适位置。 保压 指粉末体在承受最大压制压力下停留一段时间。作用压力传递充分，进而有利于压坯中各部分的密度均匀化；粉末间孔隙中的空气有足够的时间逸出；给粉末颗粒的相互啮合与变形以充分的时间。 实现压坯的密度和强度的提高。这对于使用压缩性和成形性差的原料粉压制、形状复杂或体积较大的压坯尤其重要。 脱模 脱模是将压制成形的压坯从阴模中顺利脱出。常用的脱模方式有：顶出式：下模冲作相对于阴模腔向上的相对运动，从而将压坯顶出模腔。拉下式：下模冲不动，阴模腔作向下的相对运动，从而将压坯顶出阴模。2.3.4烧结 烧结的推动力表面能 由于粉末高度分散，且粉末颗粒表面凹凸不平，故粉末体与致密金属和烧结后的制品比较，具有很大的比表面，因而有很大的表面能。畸变能 粉末在制造过程中，其颗粒内部晶格发生畸变，产生各种缺陷。另外，在压制过程中，粉末颗粒产生很大的变形，晶格严重歪扭，因而粉末压坯储存了大量的畸变能。上述两方面的能量使得压坯内粉末颗粒的原子处于不稳定状态。烧结时，处于不稳定状态的原子将趋向于降低能量。从压坯的整体来看，粉末颗粒的相互结合必是能量降低的一种自发过程。 烧结的基本过程在烧结温度作用下，具有很大能量的原子将引起物质迁移，主要的迁移形式有：扩散和流动。粘接阶段 烧结初期，由于在高温下粉末颗粒表面原子的扩散，在两个颗粒之间形成粘结面，并且随着粘接面扩大，颗粒间形成烧结颈，颗粒间形成晶体结合。在这个阶段烧结件几乎不发生收缩，密度增加极微。烧结颈长大阶段 随烧结过程的继续，原子向颗粒结合面大量迁移，使烧结 16颈长大并形成连续的孔隙网络。晶界移动，晶粒长大，使孔隙互相并吞、集中，总孔隙体积减小，烧结体收缩，密度增加，强度也大大提高。封闭孔隙球化和缩小阶段 当烧结体的孔隙度低于10%后，多数孔隙被完全分离，形成许多封闭孔隙，趋于球化并不断缩小，甚至消失，烧结体仍缓慢收缩，在烧结未期，烧结基本停止。烧结时，上述三个步骤往往互相联系和重叠，不能严格划分。 烧结类型按烧结方式可分为常压烧结和施压烧结二大类。常压烧结是将压坯在大气压下或在较低的气体压力下进行烧结的方法。常压烧结时，不产生液相的烧结称为固相烧结。有液相参与的烧结又称为液相烧结。液相烧结过程中，液相将渗入孔隙，同时加快收缩，使烧结体的密度增加。施压烧结又可分为热压烧结、粉末热锻和热等静压等。热压是指对石墨模具中的松散粉末或对粉末压坯加热的同时对其施加单轴压力的烧结过程，以提高烧结密度，如粉末冶金摩擦片、双金属减磨材料；Al2O3、BeO、SiO、BN、AlN等功能陶瓷均可用热压烧结，其烧结温度可降低100150左右。粉末热锻一般是先对压坯预烧