粉末冶金材料学.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date粉末冶金材料学粉末冶金材料学1.粉末冶金技术的特点(优越性)能制造熔铸法无法获得的材料和制品 1、难熔金属及其碳化物、硼化物和硅化物;2、孔隙可控的多孔材料3、假合金4、复合材料;5 微、细晶(准晶)和过饱和固溶的块体金属和制品;能制造性能优于同成分熔铸金属的粉末冶金材料1、制造细晶粒、均匀组织和加工性能好的稀有金属坯锭; 2、制造成分偏析小、细晶、过饱和固熔的高性能
2、合金;具有高的经济效益 1、少无切削;2、工序短,效率高;3、设备通用性好,适合于大批量生产;2.粉末冶金材料的分类 1、机械材料和零件;2、多孔材料及制品;3、硬质工具材料4、电接触材料;5、粉末磁性材料;6、耐热材料;7、原子能工程材料;3.粉末冶金材料的孔隙产生过程及其存在形态产生过程: 颗粒间隙(松装粉末聚集体或粉末成形素坯)烧结形成孔隙 。存在形态:开孔:与外表面连通的孔隙,半开孔:孔隙只有一端与外表面连通的孔隙,闭孔:与外表面不连通的孔隙,连通孔:互相连通的孔隙4. 孔隙对材料性能影响的基本理论;减小承载面积;应力集中剂(减小孔隙尺寸、孔隙球化、孔隙内表面圆滑处理能有效降低应力集中
3、,从而提高强度和韧性)应力松弛剂:裂纹遇到孔隙后被磨钝,提高断裂水平5.哪些力学性能对孔隙形状敏感:强度、弹性模量、延伸率、断裂韧性、冲击韧性、硬度6. 提高粉末冶金材料密度的方法 : 复压复烧,溶浸、粉末冶金热锻 7.固溶强化机理 :晶体中有合金元素,固溶原子与晶体中缺陷的交互作用,溶质元素使基体(溶剂)金属的塑性变形抗力、强度、硬度增大,延性和韧性降低8.影响固溶度(合金溶解度)的因素:晶格因素,相对尺寸因素,化学亲和力,电子浓度因素9.什么是金属材料热处理? 将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却,以改变金属或合金的内部组织结构,使材料满足使用性能要求。10.加热奥氏体化时影
4、响粒度的因素:加热温度和保温时间,加热速度,合金元素,原始组织 11.刚冷却时等温转变的基本类型及对应组织结构的名称 共析钢等温转变:珠光体,贝氏体,马氏体;亚共析钢等温转变:奥氏体,铁素体,珠光体;过共析钢等温转变:奥氏体,渗碳体,珠光体 12.烧结钢热处理的工艺特点及注意事项 工艺特点:奥氏体化温度高:致密钢为AC+3050,烧结钢为AC+100200,密度的要求:烧结钢密度过低(6.0g/cm3)淬火无任何效果,淬透性比致密钢差 注意事项:(1)孔隙率10%易腐蚀 ,不能在盐浴中加热(2)表面热处理前应进行封孔处理:滚压、精整、或氮化、硫化处理 (3)加热时应气氛保护或添加保护性填料 (
5、4)淬火介质不能用水。13.烧结钢淬透性的影响因素:孔隙度,合金元素,氧、碳含量14.身高结钢合金化的特点:1、孔隙的影响: 密度低于6.5g/cm3,合金的强化作用很弱;2、某些强化效果好合金元素,如Cr、Mn易氧化,常以中间合金粉或预合金粉引入;3、铜和磷常用,4、烧结钢中常用的合金元素除碳外,主要有Cu、Ni、Mo、Cr、P等15. C含量对烧结Fe-C系结构与性能的影响珠光体随C含量而增大而增大,渗碳体随C含量而增大而增大强度有极大值,塑性(延伸率、断面收缩率)单调下降;由于碳分布不均匀,一般烧结钢显微组织为:珠光体+铁素体+少量渗碳体+孔隙+夹杂 16.常见烧结碳钢显微组织:铁素体,
6、珠光体,渗碳体17影响烧结碳钢化合碳含量的因素:1、石墨加入量,2、烧结气氛3、烧结温度4、烧结时间5、氧含量18.烧结钢牌号的标准及识别:1、烧结铁:FTG1010、FTG1015、FTG1020;2、烧结低碳钢FTG3010、FTG3015、FTG3020;3、烧结中碳钢:FTG6015、FTG6020、FTG6025;烧结高碳钢:FTG9020、FTG9025、FTG90-301920Fe-Cu系烧结时Cu、C含量对铜钢尺寸的影响1、与Fe-Cu二元系烧结尺寸变化区别较大;2、碳降低Fe-Cu的熔点、降低Cu在Fe中的溶解度,增加液相含量,促进收缩;3、C加入可显著改变Fe-Cu-C系烧
7、结尺寸变化4、有一个尺寸稳定区:C1%;1% Cu 3%;21222324.钼、镍、锰、铬在烧结钢中的作用及工艺注意事项Mo的作用:固溶强化、主要是细化晶粒,提高淬透性和防止回火脆性 引入Mo应注意的事项:Mo在铁中的扩散系数远低于C,选用共还原Fe-Mo合金粉或Mo-Fe中间合金粉替代Mo粉 镍是扩互溶产生固溶强化,在一定添加量内镍可提高强度而不降低韧性。注意事项:镍在奥氏体铁中的扩散系数低于碳和铜,选用细镍粉并在较高温度下烧结(1200);当镍含量超过2 3%时,镍和碳对收缩同时起作用,温度越高收缩也越大;引入少量的铜可控制这种过大的收缩。Mn的作用:固溶强化;提高钢的淬透性 引入Mn应注
8、意:锰与氧亲合力强,在一般烧结气氛下易氧化且难以还原,应以含碳的母合金形式引入Cr的作用:提高钢的强度,还可以改善钢的抗氧化性和抗腐蚀性。当含量较少时,Cr主要是通过稳定过冷奥氏体改善组织而其强化作用 引入Cr应注意:易氧化,采用混合粉烧结时Cr以Fe-Cr中间合金或相粉形式加入到配料中;烧结时严格控制气氛的露点或真空烧结25.磷钢的烧结机制烧结钢中加入P可改善和提高强度和韧性1)固溶强化;2)与Fe在1050共晶反应,形成液相,促进致密化;3)铁在铁素体中的扩散系数比在奥氏体中的扩散系数大100倍左右。而P有缩小奥氏体相区的作用,使铁在铁素体相区或铁素体+奥氏体双相区烧结,故P能促进铁的扩散
9、,加速铁的致密化和孔隙球化4)加P可使Fe-P合金收缩明显,可分别或同时加入Cu和石墨来抑制收缩26采用铜,锡元素混合粉为原料制备锡青铜合金,烧结时应注意的事项1、低密度制品(7g/cm3)用混合粉;高密度制品(7g/cm3)用合金粉;2、为改善锡青铜的性能,一般会引入其它合金元素如P、Zn、Ni等27锌黄铜烧结为什么优先采用合金粉,合金粉烧结时的注意事项1、锌在烧结时易挥发,故常用雾化合金粉,但仍存在烧损。注意事项:1)气氛干燥;2)采用含锌的填料密封;3)提高升温和降温速度4、烧结温度一般控制在固相线以下100左右,5、通过复压复烧将孔隙率降至36%,冷锻和热锻都可降至密度提高至9798%
10、;28.什么是镍银合金?将黄铜中的锌用镍替代10%20%就得到镍黄铜,Cu-NI-Zn三元合金呈银白色,故又称镍银合金。29.什么是烧结铝,烧结铝的基本工艺过程铝合金 包括两个大类:铸造铝合金和变形铝合金,工艺过程:制粉、混料、压制、烧结和后处理等30.粉末冶金热锻对粉末冶金原料的要求1)优先雾化预合金粉,保证成分均匀,有利于合金化和热处理强化。2)合金元素的选择要考虑其与氧的亲和力。如Cr、Mn、V、Ti、Al等合金元素不宜,当Cr、Mn含量小于1%,进行防氧化处理措施后也可应用;常用的合金元素为Cu、Mo和Ni等。3)原料粉的纯度要高,氧含量和非金属夹杂物含量低。31.铁基粉末冶金结构材料
11、烧结工艺及各工艺环节的气氛控制铁基粉末冶金零件(主要是烧结钢) 通常是采用铁、石墨和合金元素的混合粉经压制和烧结制成。在烧结过程中的完成烧结体与气氛的反应以及合金化,并决定最终的组织结构。只有制定合理的烧结工艺,才能获得合格的烧结钢产品。气氛控制:1预热区段:为了有利于润滑剂的烧除,此区需要氧化性气氛。通常采用的是放热型气氛或混有空气的氮、空气混合气体。2预热区段:预热区段是氧化物还原区,此段需要还原性气氛。通常采用吸热性气氛或还原性氮基气氛。3烧结区:烧结区是高温区。两个以上组元的压坯在此区域将发生合金化反应。因此这一区的气氛必须要有维持烧结零件成分的作用。对烧结钢而言,需要维持一定的碳势,
12、通常采用可控碳势气氛,如吸热性气氛或添加有甲烷的氮基气氛,并通过调节气氛中CO2、H2O或CH4的含量来维持一定的碳势。4预冷区:对烧结钢而言,这一区为重新渗碳区。在烧结区产生脱碳的烧结零件,可在这区域采用渗碳性气氛如CO、CH4含量较高的吸热性气氛或含甲烷的氮基气氛,恢复或增加烧结钢零件的碳含量。5冷却区:这一区的气氛主要起保护作用,防止烧结零件氧化(变黑或变蓝),以便获得正常的显微结构、性能稳定、再现性好的烧结零件。通常采用氮气和有轻度还原的烧结气氛。32.铁基粉末冶金零件的水蒸气表面处理的热力学和动力学原理:3FeO+H2O=Fe3O4+H2;Fe+H2O=FeO+H2;3Fe+4H2O
13、=Fe3O4+4H2 (低于570)根据热力学原理ZRTlnKp,Kp=pH2O/pH2反应取决于蒸汽压与氢的气压比和温度。在570下,只要不断地通入水蒸气,反应便会连续地朝生成Fe3O4的方向进行,因为水蒸气中不存在氢。 动力学:水蒸汽首先吸附于铁的表面,发生氧和氢的分解反应,氧原子具有很强的活性,与铁反应生成Fe3O4的速度很快。由于Fe3O4膜比较致密在铁的表面形成连续的氧化膜。 33烧结减磨材料常用的润滑剂石墨,硫和硫化物,硒化物和碲化物,氟化物,六方氮化硼,一些有机物34.烧结含油轴承自润滑的原理1)热的作用:轴旋转时,因摩擦使轴承升温,导致润滑油粘度降低并同时受热膨胀,油便从孔隙中
14、渗出渗出形成油膜、维持润滑。轴停止工作,轴承温度降低,油因冷却而收缩,在毛细管吸力下进入轴承内的孔隙内储存起来2)泵的作用:轴旋转时,把润滑油从一个方向压入孔隙,油通过轴承内的孔隙通道渗至较远处后又益处到工作面,使润滑油不断循环使用、35. 钢背轴瓦复合减摩材料的种类:1)铜铅合金(铅青铜);2)多孔铜镍合金,孔隙中浸渍巴氏合金;3)多孔锡青铜浸渍易熔减摩合金(或浸渍氟塑料、浸油);36. 钢背-烧结铜铅合金双金属带材生产工艺:粉末冶金+压力加工+机械加工1)制粉:雾化法制取铅青铜粉。铅含量可达50%以上,粉末粒度控制在0.40mm左右;2)钢带去锈,调平,根据需要可以电镀铜或锡;3)布粉,布
15、粉厚度在0.4至1.5mm之间,可预先在钢带上涂胶以稳定粉末;4)还原气氛下预烧,温度780850,保温时间1520分钟;5)轧制,精确控制压下量,以保证全致密,但压下量过大会导致二次烧结出汗;6)二次烧结,工艺同预烧;7)二次精轧制至预定尺寸;8)后加工成轴瓦、轴套:下料、打弯、成形、整形和机械加工;9)电镀Cu-Sn、Pb-Sn-Cu或Pb-In合金保护膜,膜厚0.05mm。37. DU和DX复合减摩材料的性能DU:1)可在干燥条件下工作,2)在-200280范围内减摩性能和耐蚀性基本不变,3)强度高,可承受高的动负荷和静负荷;4)滑动平稳,5)对绝大多数溶剂和和许多工业液体(包括水和油)
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