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粉末冶金的热处理

    粉末冶金的热处理

粉末冶金材料在现代产业中的应用越来越广,在取代锻钢件的高密度和高精度的复杂零件的应用中,跟着粉末冶金技术的不断提高也取得了快速发展。但是因为后续处理工艺的差异,其物理机能和力学机能还存在着一些缺陷,本文就针对粉末冶金材料的热处理工艺进行扼要阐述分析,并分析其影响因素,提出改善工艺的策略。

 

 一. 前言

 

  粉末冶金材料在现代产业中的应用越来越广泛,特别是汽车产业、糊口用品、机械设备等的应用中,粉末冶金材料已经据有很大的比重。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显著上风,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,这要归功于粉末冶金技术的快速发展。全致密钢的热处理工艺已经取得了成功,但是粉末冶金材料的热处理,因为粉末冶金材料的物理机能差异和热处理工艺的差异,还存在着一些缺陷。各锻造冶炼企业在粉末冶金材料的技术研究中,热锻、粉末打针成型、热等静压、液相烧结、组合烧结等热处理和后续处理工艺,在粉末冶金材料的物理机能与力学机能缺陷的改善中,取得了一定效果,进步了粉末冶金材料的强度和耐磨性,将大大扩展粉末冶金的应用范围。

 

 二. 粉末冶金材料的热处理工艺

 

  粉末冶金材料的热处理要根据其化学成分和晶粒度确定,其中的孔隙存在是一个重要因素,粉末冶金材料在压制和烧结过程中,形成的孔隙贯串整个零件中,孔隙的存在影响热处理的方式和效果。

 

粉末冶金材料的热处理有淬火、化学热处理、蒸汽处理和特殊热处理几种形式:

 

1.淬火热处理工艺

 

  粉末冶金材料因为孔隙的存在,在传热速度方面要低于致密材料,因此在淬火时,淬透性相对较差。另外淬火时,粉末材料的烧结密度和材料的导热性是成正比关系的;粉末冶金材料由于烧结工艺与致密材料的差异,内部组织平均性要优于致密材料,但存在较小的微观区域的不平均性,所以,完全奥氏体化时间比相应锻件长50%,在添加合金元素时,完全奥氏体化温度会更高、时间会更长。

 

  在粉末冶金材料的热处理中,为了进步淬透性,通常加入一些合金元素如:镍、钼、锰、铬、钒等,它们的作用跟在致密材料中的作用机理相同,可显著细化晶粒,当其溶于奥氏体后会增加过冷奥氏体的不乱性,保证淬火时的奥氏体转变,使淬火后材料的表面硬度增加,淬硬深度也增加。另外,粉末冶金材料淬火后都要进行回火处理,回火处理的温度控制对粉末冶金材料的的机能影响较大,因此要根据不同材料的特性确定回火温度,降低回火脆性的影响,一般的材料可在175-250℃下空气或油中回火0.5-1.0h。

 

2.化学热处理工艺

 

  化学热处理一般都包括分解、吸收、扩散三个基本过程,好比,渗碳热处理的反应如下:

 

2CO≒[C]+CO2 (放热反应)

 

CH4≒[C]+2H2 (吸热反应)

 

  碳分解出后被金属表面吸收并逐渐向内部扩散,在材料的表面获得足够的碳浓度后再进行淬火和回火处理,会进步粉末冶金材料的表面硬度和淬硬深度。因为粉末冶金材料的孔隙存在,使得活性炭原子从表面渗透内部,完成化学热处理的过程。但是,材料密度越高,孔隙效应就越弱,化学热处理的效果就越不显著,因此,要采用碳势较高的还原性气氛保护。根据粉末冶金材料的孔隙特点,其加热和冷却速度要低于致密材料,所以加热时要延长保温时间,进步加热温度。

 

  粉末冶金材料的化学热处理包括渗碳、渗氮、渗硫和多元共渗等几种形式,在化学热处理中,淬硬深度主要与材料的密度有关。因此,可以在热处理工艺上采取相应措施,好比:渗碳时,在材料密度大于7g/cm3时适当延长时间。通过化学热处理可进步材料的耐磨性,粉末冶金材料的不平均奥氏体渗碳工艺,使处理后的材料渗层表面的含碳量可达2%以上,碳化物平均分布于渗层表面,能够很好地进步硬度和耐磨机能。

 

3.蒸汽处理

 

  蒸汽处理是把材料通过加热蒸汽使其表面氧化,在材料表层形成氧化膜,从而改善粉末冶金材料的机能。特别是对于粉末冶金材料的表面的防腐,其有效期比发蓝处理效果显著,处理后的材料硬度和耐磨性显著增加。

 

4.特殊热处理工艺

 

  特殊热处理工艺是近些年来科技发展的产物,包括感应加热淬火、激光表面硬化等。感应加热淬火是在高频电磁感应涡流的影响下,加热温度晋升快,对于表面硬度的增加有明显效果,但是轻易泛起软点,一般可以采取中断加热法延长奥氏体化时间;激光表面硬化工艺是以激光为热源使金属表面快速升温顺冷却,使奥氏体晶粒内部的亚结构来不及回复再结晶而获得超细结构。

 

 三. 粉末冶金材料热处理的影响因素分析

 

  粉末冶金材料在烧结过程中天生的孔隙是其固有特点,也给热处理带来了很大影响,特别是孔隙率的变化与热处理的关系,为了改善致密性和晶粒度,加入的合金元素也对热处理有一定影响:

 

1.孔隙对热处理过程的影响

 

  粉末冶金材料在热处理时,通过快速冷却按捺奥氏体扩散转变成其他组织,从而获得马氏体,而孔隙的存在对材料的散热性影响较大。通过导热率公式:

 

  导热率=金属理论导热率×(1-2×孔隙率)/100

 

  可以看出,淬透性跟着孔隙率的增加而下降。另一方面,孔隙还影响材料的密度,对材料热处理后表面硬度和淬硬深度的效果又因密度影响而有联系关系,降低了材料表面硬度。而且,由于孔隙的存在,淬火时不能用盐水作为介质,以免因盐分残留造成侵蚀,所以,一般热处理是在真空或气体介质中进行的。

 

2.孔隙率对热处理时表面淬硬深度的影响

 

  粉末冶金材料的热处理效果与材料的密度、渗(淬)透性、导热性和电阻性有关,孔隙率是造成这些因素的最大原因,孔隙率超过8%时,气体就会通过旷地空闲迅速渗透渗出,在进行渗碳硬化时,增加渗碳深度,表面硬化的效果就会降低。而且,假如渗碳气体渗透速渡过快,在淬火中会产生软点,降低表面硬度,使材料脆变和变形。

 

3.合金含量和类型对粉末冶金热处理的影响

 

  合金元素中常见的是铜和镍,它们的含量与类型都会对热处理效果产生影响。热处理硬化深度随铜含量、碳含量的增加而逐渐增高达到一定含量时又逐渐降低;镍合金的刚度要大于铜合金,但是镍含量的不平均性会导致奥氏体组织不平均;

 

4.高温烧结的影响

 

  高温烧结固然可以获得最佳的合金化效果和促进致密化,但是,烧结温度的不同,特别是温度较低时,会导致热处理的敏感性下降(固溶体中的合金减少)和机械机能下降。因此,采用高温烧结,辅助以充分的还原气氛,可以获得较好的热处理效果。

 

  四、结语

 

粉末冶金材料的热处理工艺是一个复杂的过程,它与孔隙率、合金类型、合金元素含量、烧结温度有关系,同致密材料比拟,内部的平均性较差,要想获得较高的淬透性,要进步完全奥氏体化温度并延长时间,不平均奥氏体渗碳可得到不受奥氏体饱和碳浓度限制的高碳浓度。另外,加入合金元素也可进步淬透性。蒸汽处理可明显进步其防腐机能和表面硬度。

 

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点击次数:  更新时间:2020-01-06 11:19:42  【打印此页】  【关闭
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