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粉末冶金材料的分类及应用
粉末冶金材料是指用几种金属粉末或金属与非金属粉末作原料，通过配料、压制成形、烧结等工艺过程而制成的材料。这种工艺过程称为粉末冶金法，是一种不同于熔炼和铸造的方法。其生产过程与陶瓷制品相类似，所以又称金属陶瓷法。
   粉末冶金法不仅是制取具有某些特殊性能材料的方法，也是一种无切屑或少切屑的加工方法。它具有生产率高、材料利用率高、节省机床和生产占地面积等优点。但金属粉末和模具费用高，制品大小和形状受到一定限制，制品的韧性较差。
    粉末冶金法常用于制作硬质合金、减摩材料、结构材料、摩擦材料、难熔金属材料、过滤材料、金属陶瓷、无偏析高速工具钢、磁性材料、耐热材料等。
    粉末冶金的生产过程
    (1)生产粉末。粉末的生产过程包括粉末的制取、粉料的混合等步骤。为改善粉末的成型性和可塑性通常加入汽油、橡胶或石蜡等增塑剂。
    (2)压制成型。粉末在500~600MPa压力下，压成所需形状。
    (3)烧结。在保护气氛的高温炉或真空炉中进行。烧结不同于金属熔化，烧结时至少有一种元素仍处于固态。烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程，成为具有一定孔隙度的冶金产品。
    (4)后处理。一般情况下，烧结好的制件可直接使用。但对于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件还要进行烧结后处理。后处理包括精压、滚压、挤压、淬火、表面淬火、浸油、及熔渗等。
    粉末冶金材料的主要类型
    1 硬质合金
    硬质合金是以一种或几种难熔碳化物的粉末为主要成分，加入起粘结作用的钴粉末，用粉末冶金法制得的材料。
    常用硬质合金按成分和性能特点分为：钨钴类、钨钴钛类、钨钛钽(铌)类。常用硬质合金的牌号、成分和性能见表1。
    表1 常用硬质合金的牌号、成分和性能   
类别
牌号
化学成分w/%
物理、力学性能
WC
TiC
TaC
Co
密度ρ/(g.cm-3)
硬度HRA(≮)
σb/MPa(≮)
钨钴类

YG3X
96.5
-
<0.5
3
15.0~15.3
91.5
1079
YG6
94.0
-
-
6
14.6~15.0
89.5
1422
YG6X
93.5
-
<0.5
6
14.6~15.0
91.0
1373
YG8
92.0
-
-
8
14.5~14.9
89.0
1471
YG8N
91.0
-
1
8
14.5~14.9
89.5
1471
YG11C
89.0
-
-
11
14.0~144
86.5
2060
YG15
85.0
-
-
15
13.0~14.2
87.0
2060
YG4C
96.0
-
-
4
14.9~15.2
89.5
1422
YG6A
92.0
-
2
4
14.6~15.0
91.5
1373
YG8C
92.0
-
-
8
14.5~14.9
88.0
1716
钨钛钴类
YT5
85.0

-
10
12.5~13.2
89.5
1373
YT15
79.0

-
6
11.0~11.7
91.0
1150
YT30
66.0

-
4
9.3~9.7
92.5
883
通用合金
YW1
84.0

3
6
12.6~13.5
91.5
1177
YW2
82.0

3
8
12.4~13.5
90.0
1324
1) 硬质合金的性能 
    硬度高，常温下硬度可达69～81HRC。热硬性高，可达900～1000℃。耐磨性好，其切削速度比高速工具钢高4～7倍，刀具寿命高5～80倍，可切削50HRC左右的硬质材料。抗压强度高，但抗弯强度低，韧性差。耐腐蚀性和抗氧化性良好。线膨胀系数小，但导热性差。
    硬质合金材料不能用一般的切削方法加工，只能采用电加工(如电火花、线切割、电解磨削等)或砂轮磨削。因此，一般是将硬质合金制品钎焊、粘结或机械夹固在刀体或模具上使用。
    2) 切削加工用硬质合金的分类和分组代号
    根据GB2075-87规定，切削加工用硬质合金按其切屑排除形式和加工对象范围不同分为P、M、K三个类别，根据被加工材质及适应的加工条件不同，将各类硬质合金按用途进行分组，其代号由在主要类别代号后面加一组数字组成，如P01、M10、K20等。具体分类情况见表2。
    表2 切削加工用硬质合金分类对照表   
代号
应用范围分类被加工材料类别
标志颜色
对照
性能
用途代号
硬质合金牌号
合金性能性
切削性能
P
长切屑的钢铁材料,例如各种钢
蓝
P01

数字越大韧性越好,耐磨性越差
数字越大切削速度越低,进给量越大
P10
YT30
P20
YT15
P30
YT14
P40
YT5
P50

M
长切屑或短切屑的钢铁材料和有色金属
黄
M10

M20
YW1
M30
YW2
M40

K
短切屑的钢铁材料、有色金属及非金属材料

红
K01
YG3X
K10
YG6X
K20
YG6X
K30
YG8N
K40

    3) 硬质合金的应用
    硬质合金主要用于切削刀具，如车刀、铣刀等。硬质合金中碳化物含量越多，钴含量越少，则合金硬度、热硬性、耐磨性越高，但强度、韧性越低。YG类合金适宜加工脆性材料，YT类合金适宜加工塑性材料。同类合金中含钴量高的适于粗加工，含钴量低的适于精加工。
    硬质合金也用于制造冷作模具，如冷拉模、冷冲模、冷挤压模和冷镦模等。其中YG类适用于拉深模，YG6、YG8适用于小拉深模，YG15适用于大拉深模和冲压模具。
    硬质合金还用于制造量具和耐磨零件，如千分尺的测量头，车床顶件尖、精轧辊和无心磨床的导板等。
    近年来，钢结硬质合金作为一种新型工模具材料，得到了广泛的应用。钢结硬质合金经退火后，可进行切削加工，经淬火、回火后，有相当于硬质合金的高硬度和耐模性、一定的耐热、耐蚀和抗氧化性，也可焊接和锻造，适用于制造形状复杂的刀具(如麻花钻、铣刀等)、模具和耐磨件。
    2 粉末冶金减摩材料
    根据基体主加元素不同，粉末冶金减摩材料分为铁基材料和铜基材料。铁基减摩材料常用的有铁-石墨粉末合金和铁-硫-石墨粉末合金。前者的组织为珠光体基体+铁素体+渗碳体+石墨+孔隙，硬度30～110HBS；后者的组织除与前者的组织相同外，还有硫化物，可进一步改善减摩性，硬度为35～70HBS。铜基减摩材料常用的是青铜粉末+石墨粉末制成的合金，硬度为20～40HBS，具有较好的导热性、耐蚀性和抗咬合性，但承压能力较铁基减摩材料小。
    粉末冶金减摩材料一般用于制造中速、轻载荷的轴承，尤其适宜制造不能经常加油的轴承，如纺织机械、电影机械、食品机械、家用电器等的轴承，在汽车、拖拉机、机床电机中也有应用。
    3 粉末冶金结构材料
    粉末冶金结构材料根据基体金属不同，分为铁基和铜基材料。铁基材料根据化合碳量的不同分为烧结铁、烧结低碳钢、烧结中碳钢和烧结高碳钢，如果铁基材料中含有合金组元铜和钼称为烧结铜钢和烧结铜钼钢。
    铁基结构材料制成的结构零件精度高，表面粗糙度值小，不需或只需少量切削加工，节省材料，生产率高，制品多孔，可浸润滑油，可以减摩、减振、消声。粉末冶金结构材料广泛应用于制造机械零件，如机床上的调整垫圈、调整环、端盖、滑块、底座、偏心轮，汽车中的油泵齿轮、差速器齿轮、止推环，拖拉机上的传动齿轮、活塞环以及接头、隔套、螺母、油泵转子、挡套、滚子等。
    铜基结构材料与铁基结构材料相比抗拉强度低，塑性、韧性较高，具有良好的导电、导热和耐腐蚀性能，可进行各种镀涂处理，常用于制造体积较小、形状复杂、尺寸精度高、受力较小的仪表仪器零件及电器、机械产品零件，如小模数齿轮、凸轮、紧固件、阀、销、套等结构件。
    4 粉末冶金摩擦材料
    粉末冶金摩擦材料根据基体金属不同分为铁基和铜基材料，根据工作条件不同分为干式和湿式材料，湿式材料适宜在油中工作。
    粉末冶金摩擦材料由基本组元和辅助组元组成。摩擦材料的承载能力、热稳定性耐磨性和耐热性由基本组元的成分、结构和性能来保证，辅助组元可进一步完善基体性能。铁基摩擦材料在高温高载荷下摩擦性能良好，能承受较大压力。铜基摩擦材料工艺性较好，摩擦系数稳定，抗粘、抗卡性好，湿式工作条件下耐磨性优良，常用于油中工作。
    粉末冶金摩擦材料主要用于制作机床、拖拉机、汽车、矿山车辆、工程机械和飞机上的离合器和制动器。
    粉末冶金在汽车上的应用
    目前，汽车上已大量采用粉末烧结金属，据统计，在日本每台车上约有40～60个烧结零件。在美国制造汽车所用粉末金属1995年就已经达到12.7kg/车，其应用范围包括机械零件、滑动零件、摩擦零件、多孔材料、磁性材料、超硬工具材料、电工材料等。例如，一种粉末金属精密铸造连杆在发动机制造业十分流行，巴依尔公司已将这种连杆作为轿车和摩托车发动机的标准件。克莱斯勒公司也已经在2.0L和2.4L发动机上使用这种粉末金属连杆；通用公司也已经将这种连杆用于4.6LNorthstar和4.0LAuroraV8发动机。福特公司Modular发动机的装配式凸轮轴的凸轮采用粉末金属制造。粉末金属在发动机上的进一步应用是在有色粉末金属缸套的基础上开发完整的汽缸系统，即活塞/活塞环/缸套系统。此外，粉末金属还用于制造油泵、水泵、气门导管和气门座传动轮。
    结语
    粉末冶金材料的发展方兴未艾，汽车工业是粉末冶金的最大市场，随着粉末品质的不断提高，粉末制造成本的不断下降，成形机设备的费用不再偏高，粉末冶金材料的应用会越来越广。