第五章烧结技术优秀PPT.ppt
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1、第五章烧结技术2023/2/251第一页,本课件共有64页 本章内容本章内容 5.1 5.1 烧结工艺烧结工艺 5.2 5.2 烧结气氛烧结气氛 5.3 5.3 烧结炉烧结炉 5.4 5.4 特殊烧结技术和烧结新技术特殊烧结技术和烧结新技术第二页,本课件共有64页第一节第一节 烧结工艺烧结工艺烧结基本工艺过程:烧结基本工艺过程:粉末压坯粉末压坯装料(装炉、烧结前的准备)装料(装炉、烧结前的准备)烧结(预热、保温、冷却)烧结(预热、保温、冷却)出炉出炉烧结体烧结体一、烧结前的准备一、烧结前的准备(一)压坯的检查(一)压坯的检查 目的:目的:去除尺寸、单重不合格或有掉边、掉角、分层、裂去除尺寸、单
2、重不合格或有掉边、掉角、分层、裂纹等缺陷的压坯,减少烧结废品。纹等缺陷的压坯,减少烧结废品。方法:方法:抽检、肉眼观察、仪器检测。抽检、肉眼观察、仪器检测。School of Materials Science and Engineering第三页,本课件共有64页(二二)装炉(装舟及摆料)装炉(装舟及摆料)推杆式烧结炉推杆式烧结炉装舟;网带式烧结炉装舟;网带式烧结炉-摆料摆料School of Materials Science and Engineering第四页,本课件共有64页1.装炉量装炉量 影响生产率影响生产率;压坯之间的接触影响烧结时的粘接和变形压坯之间的接触影响烧结时的粘接和变
3、形;装炉量受网带高温强度的限制。装炉量受网带高温强度的限制。2.装炉方式装炉方式 指压坯摆放的松紧程度、舟中装料的深浅、压坯摆放的方向指压坯摆放的松紧程度、舟中装料的深浅、压坯摆放的方向(横放、竖放)等。(横放、竖放)等。影响烧结炉中的气氛流动、传热、烧结体的变形、表影响烧结炉中的气氛流动、传热、烧结体的变形、表面状态等。面状态等。注意细长薄壁零件的装炉注意细长薄壁零件的装炉 某些情况下采用填料装舟或烧舟密封某些情况下采用填料装舟或烧舟密封School of Materials Science and Engineering第五页,本课件共有64页二、铁铜基粉末冶金零件烧结工艺简介二、铁铜基粉
4、末冶金零件烧结工艺简介(一)烧结工艺参数对铁基零件性能的影响(一)烧结工艺参数对铁基零件性能的影响烧结工艺参数:烧结工艺参数:烧结温度、烧结时间、加热及冷却速烧结温度、烧结时间、加热及冷却速度、烧结气氛等度、烧结气氛等1.烧结温度烧结温度 铁基制品烧结温度的选择主要依据铁基制品烧结温度的选择主要依据制品成分制品成分(含碳量、(含碳量、合金元素)、合金元素)、性能要求性能要求(力学性能)和(力学性能)和用途用途(结构件、减摩件)(结构件、减摩件)等来确定。等来确定。School of Materials Science and Engineering第六页,本课件共有64页1050-1200oC
5、加热加热烧结保温烧结保温水冷水冷时间,时间,hr空冷空冷温温度度 School of Materials Science and Engineering第七页,本课件共有64页序号序号烧结温度烧结温度(10)适用制品范围举例适用制品范围举例11050高碳(石墨高碳(石墨2.5以上)、低密度(以上)、低密度(6.0g/cm3 )21080含油轴承、气门导管,石墨添加量含油轴承、气门导管,石墨添加量1.52.5的减的减摩零件摩零件31120铁基结构零件(铁基结构零件(Fe-C、Fe-Cu-C),石墨添加量),石墨添加量1时,一次烧结工艺时,一次烧结工艺41150中高强度结构零件(石墨添加量中高强度
6、结构零件(石墨添加量1,添加适量,添加适量合金元素),或复压复烧工艺中的高温烧结合金元素),或复压复烧工艺中的高温烧结铁基制品烧结温度范围铁基制品烧结温度范围School of Materials Science and Engineering第八页,本课件共有64页2.烧结时间烧结时间 铁基制品烧结时间的选择主要依据制品成分(含碳铁基制品烧结时间的选择主要依据制品成分(含碳量、合金元素)、单重、几何尺寸、壁厚、密度、装量、合金元素)、单重、几何尺寸、壁厚、密度、装炉方式等;炉方式等;烧结时间与烧结温度有关;烧结时间与烧结温度有关;一般烧结时间一般烧结时间1.5-3h。在连续炉中,保温时间:在
7、连续炉中,保温时间:t=L/l n t 保温保温时间时间(min)L 烧结带长烧结带长度(度(cm)l 烧烧舟或石墨板舟或石墨板长长度(度(cm)n 推舟推舟间间隔(隔(min/舟)舟)School of Materials Science and Engineering第九页,本课件共有64页3.升温及冷却速度升温及冷却速度 升温速度影响润滑剂等的挥发速度;升温速度影响润滑剂等的挥发速度;冷却速度影响制品的微观结构和性能冷却速度影响制品的微观结构和性能 School of Materials Science and Engineering第十页,本课件共有64页冷却方式冷却方式铁铁 铜铜 制
8、制 品品 中中 的的 含含 铜铜 量量 ()()0248A13.1620.328.436.9B13.1618.929.834.5C11.615.320.123D12.518.520.121.7冷却方式对抗拉强度的影响(冷却方式对抗拉强度的影响(kgf/mm2)School of Materials Science and Engineering第十一页,本课件共有64页(二)铜基粉末冶金零件烧结工艺简介(二)铜基粉末冶金零件烧结工艺简介 粉末冶金粉末冶金Cu基制品基制品青铜青铜Cu-SnCu-Sn6-6-3青铜青铜90/10青铜青铜黄铜黄铜Cu-ZnCu-Zn纯铜纯铜CuCu镍银镍银Cu-Ni
9、-ZnCu-Ni-Zn烧结的主要特点:烧结的主要特点:不同材料烧结温度相差较大不同材料烧结温度相差较大700-1000 (焙烘)预氧化烧结的采用(部分)焙烘)预氧化烧结的采用(部分)普遍采用网带式烧结炉普遍采用网带式烧结炉School of Materials Science and Engineering第十二页,本课件共有64页烧结材料烧结材料成成 分分 ()()烧结温度烧结温度范围(范围()CuZnSnNiPb6-6-3青铜青铜其余其余57572475083090Cu-10Sn青青铜铜其余其余911750830纯铜纯铜100750100070-30黄铜黄铜6770其余其余825900Cu
10、-Ni-Zn合金合金65202114159401080 几种铜合金的烧结温度范围几种铜合金的烧结温度范围 School of Materials Science and Engineering第十三页,本课件共有64页焙烘的目的(常用于焙烘的目的(常用于Cu、青铜):、青铜):充分挥发并烧除硬脂酸锌润滑剂;充分挥发并烧除硬脂酸锌润滑剂;使粉末颗粒表面氧化,得到薄层氧化物,实现活化烧使粉末颗粒表面氧化,得到薄层氧化物,实现活化烧 结,温度结,温度380-500,氧化物层厚氧化物层厚500A。School of Materials Science and Engineering第十四页,本课件共有
11、64页三、烧结缺陷分析三、烧结缺陷分析1.形状与尺寸缺陷:形状与尺寸缺陷:变形与翘曲变形与翘曲 尺寸超差尺寸超差 2.分层与开裂分层与开裂3.鼓泡与麻点鼓泡与麻点 鼓泡:圆滑凸起鼓泡:圆滑凸起 麻点:黑麻点、白亮麻点麻点:黑麻点、白亮麻点 4.过烧与欠烧过烧与欠烧 过烧:粘接、局部熔化过烧:粘接、局部熔化 欠烧:未烧好欠烧:未烧好School of Materials Science and Engineering第十五页,本课件共有64页5.氧化与脱碳氧化与脱碳 氧化:多出现于烧结降温阶段氧化:多出现于烧结降温阶段 脱碳:氧化的另一种形式,多发生于高温烧结脱碳:氧化的另一种形式,多发生于高温
12、烧结阶段阶段6.金相组织缺陷金相组织缺陷 二次网状渗碳体缺陷二次网状渗碳体缺陷 大块渗碳体聚集大块渗碳体聚集 连通孔隙缺陷连通孔隙缺陷School of Materials Science and Engineering第十六页,本课件共有64页第二节第二节 烧结气氛烧结气氛 Sintering atmosphere一、概述一、概述1.1.烧结气氛的作用烧结气氛的作用 控制烧结体与环境之间的化学反应控制烧结体与环境之间的化学反应 1)保护作用:)保护作用:减少环境对制品的影响,如防氧化、脱碳减少环境对制品的影响,如防氧化、脱碳2)净化作用:)净化作用:及时带走烧结坯体中润滑剂和成形剂的分解产物
13、等及时带走烧结坯体中润滑剂和成形剂的分解产物等3)维持或改变烧结材料中的有用成分:)维持或改变烧结材料中的有用成分:活化气氛、渗碳气氛活化气氛、渗碳气氛School of Materials Science and Engineering第十七页,本课件共有64页2.烧结气氛的分类烧结气氛的分类 氧化性气氛:氧化性气氛:如纯如纯Ag或或Ag-氧化物复合材料及氧化物陶氧化物复合材料及氧化物陶 瓷的烧结:空气瓷的烧结:空气 还原性气氛:还原性气氛:含有含有H2或或CO组份的烧结气氛:组份的烧结气氛:硬质合金烧结用氢气氛,铁基、铜基粉末冶金零件的含硬质合金烧结用氢气氛,铁基、铜基粉末冶金零件的含氢气
14、氛(氨分解气)氢气氛(氨分解气)惰性或中性气氛:惰性或中性气氛:Ar、He、N2、真空、真空 渗碳气氛:渗碳气氛:含有较高的导致烧结体渗碳的组元,如含有较高的导致烧结体渗碳的组元,如 CO,CH4,碳氢化合物气体,碳氢化合物气体 氮基气氛:氮基气氛:含氮量很高的烧结气氛:含氮量很高的烧结气氛:10%H2+N2School of Materials Science and Engineering第十八页,本课件共有64页3.烧结气氛的选用原则烧结气氛的选用原则 保持烧结体成分基本不变(特殊除外);保持烧结体成分基本不变(特殊除外);一定的还原性(许多情况下需要);一定的还原性(许多情况下需要);
15、腐蚀性小;腐蚀性小;对人无害,生产、使用安全对人无害,生产、使用安全 成本成本来源、制取工艺来源、制取工艺气氛种类气氛种类应用所占比例应用所占比例应用举例应用举例吸热型气体吸热型气体70碳钢碳钢分解氨气体分解氨气体20不锈钢、碳钢不锈钢、碳钢放热型气体放热型气体5铜基材料铜基材料H2、N2、真空、真空5铝基材料及其它铝基材料及其它国外粉末冶金工业用烧结气氛举例国外粉末冶金工业用烧结气氛举例School of Materials Science and Engineering第十九页,本课件共有64页不同烧结气氛的成本比较:不同烧结气氛的成本比较:以电解氢的成本为参考:以电解氢的成本为参考:nH
16、2:1.0;n氮基(氮基(nitrogen-based)气氛:)气氛:0.6;n分解氨(分解氨(dissociated ammonia):):0.4;n吸热性气氛吸热性气氛(endothermal gas):0.2;n放热性气氛放热性气氛(exothermal gas):0.1;n真空真空(vaccum):昂贵(设备投资大):昂贵(设备投资大)School of Materials Science and Engineering第二十页,本课件共有64页二、吸热型气氛和放热型气氛二、吸热型气氛和放热型气氛 转化气的概念:转化气的概念:以碳氢化合物气体(天然气、石油气、焦炉以碳氢化合物气体(天然
17、气、石油气、焦炉煤气)为原料,采用空气或水蒸气在高温下进行反应,而得到煤气)为原料,采用空气或水蒸气在高温下进行反应,而得到的以的以H2、CO、CO2、N2为主,并含有少量为主,并含有少量CH4和和H2O的混合气的混合气体。体。由天然气转化由天然气转化 称为转化天然气称为转化天然气 由煤气转化由煤气转化?School of Materials Science and Engineering第二十一页,本课件共有64页 放热型气体:放热型气体:制备转化气时,原料气体与空气按一定比例通制备转化气时,原料气体与空气按一定比例通过转化器,若空气与原料气体比例较高,反应过程中放出的热过转化器,若空气与原
18、料气体比例较高,反应过程中放出的热量足够维持转化器的反应温度,不需外部向反应器供热,由此量足够维持转化器的反应温度,不需外部向反应器供热,由此得到的转化气。得到的转化气。School of Materials Science and Engineering第二十二页,本课件共有64页 吸热型气体:吸热型气体:制备转化气时,若空气与原料气体比例较低,制备转化气时,若空气与原料气体比例较低,反应过程中放出的热量不足以维持转化器的反应温度,需外部向反应过程中放出的热量不足以维持转化器的反应温度,需外部向反应器供热,由此得到的转化气称反应器供热,由此得到的转化气称School of Materials
19、 Science and Engineering第二十三页,本课件共有64页铁制品烧结用转化气体标准成分及应用铁制品烧结用转化气体标准成分及应用 吸热、放热型气体比较吸热、放热型气体比较吸热、放热型气体比较吸热、放热型气体比较 放热型气氛制备时空气比例较高,燃料气完全燃烧,而吸热型气氛放热型气氛制备时空气比例较高,燃料气完全燃烧,而吸热型气氛制备时空气比例较低,燃料气不完全燃烧;制备时空气比例较低,燃料气不完全燃烧;放热型气氛中放热型气氛中CO2含量较高,而吸热型气氛中中可能有少量含量较高,而吸热型气氛中中可能有少量未燃烧的燃料(未燃烧的燃料(CH4););吸热、放热型气体的吸热、放热型气体的
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