粉末冶金知识讲座精选PPT.ppt
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1、关于粉末冶金知识讲座第1页,讲稿共88张,创作于星期二l提纲l2.产品性能及其影响因素l2.1粉末冶金材料的基本特点与特性概述l2.1.1组织特征l2.1.1.1多孔性:开孔,闭孔、连通孔l2.1.1.2孔隙对粉末冶金材料断裂过程的影响l2.1.1.3孔隙对粉末冶金结构材料力学行为的影响:抗拉强度、弹性模量、硬度、延伸率、冲击韧性、断裂韧性、疲劳强度。l2.1.1.4孔隙在粉末冶金材料磨损过程中的作用l2.1.1.5孔隙在粉末冶金材料中的某些特殊作用:贮油、过滤、消音、止火、发泡等l2.1.1.6假合金l2.1.1.7几种典型材料的组织比较l第2页,讲稿共88张,创作于星期二l2.1.2成分特
2、点l2.1.2.1几种铁基粉末冶金结构材料的成分及其在电动工具中的应用:Fe-C;Fe-Cu-C-(P);Fe-Ni-Cu-C:Fe-Ni-Cu-Mo-C;Fe-Mn-Cr(V)-Mo-C;l2.1.2.2常见合金元素及其与非烧结钢的比较:Cu,P,S等l2.1.3减磨与摩擦材料l2.1.3.1减磨制品:自润滑轴承、双金属轴承和DU轴承l2.1.3.2耐磨制品:l2.2影响产品性能的因素与提高产品性能的途径l2.2.1影响因素l2.2.1.1原料粉末l2.2.1.2工艺过程l2.2.1.3工艺参数第3页,讲稿共88张,创作于星期二l2.3粉末冶金产品的常见质量问题及其分析l2.3.1密度问题l
3、2.3.2内部缺陷:分层、裂纹、组织缺陷如粗大的碳化物,大量的网状渗碳体,表里组织差异等、l2.3.3外观质量问题:掉边掉角、磕碰伤、光洁度等l2.3.4尺寸精度,形位公差第4页,讲稿共88张,创作于星期二2.1粉末冶金材料的基本特点与特粉末冶金材料的基本特点与特性概述性概述l2.1.1组织特征组织特征l2.1.1.1多孔性:开孔,闭孔、连通孔多孔性:开孔,闭孔、连通孔第5页,讲稿共88张,创作于星期二2.1.1.1多孔性:开孔,闭孔、连多孔性:开孔,闭孔、连通孔通孔l一般说来,粉末冶金材料的最基本特点是多孔性多孔性。l粉末冶金材料的孔隙度范围很广,有1%2%残留孔隙度的“致密材料”,有大于1
4、5%孔隙度的多孔材料,也有高达98%孔隙度的泡沫材料。第6页,讲稿共88张,创作于星期二l孔隙分开孔、闭孔和连通孔三种。l开孔:材料中与外表面相通的孔隙,l闭孔:材料中与外表面不相通的孔隙,l连通孔:材料中相互连通的孔隙,可以是开孔也可以是闭孔。l当总孔隙度为20%30%时,闭孔隙度大约为1%2%,但当孔隙度为8%左右时,几乎都变成了闭孔。第7页,讲稿共88张,创作于星期二2.1.1.2孔隙对粉末冶金材料断裂孔隙对粉末冶金材料断裂过程的影响过程的影响l与传统的可锻致密材料相比,粉末冶金材料塑性变形的规律是不同的。烧结材料断裂时没有发现明显的宏观塑性变形的痕迹,只有在孔隙附近的烧结颈局部才发生明
5、显的屈服。(CSS曲线比较)第8页,讲稿共88张,创作于星期二l从烧结材料的断裂现象看,一方面,孔隙减小材料的真实断面,是应力的集中剂,这将降低材料的临界断裂应力;另一方面,孔隙是应力的松驰剂,在裂纹进入孔隙时可松驰裂纹尖端的应力,即减小应力集中因子,从而提高断裂应力的水平。第9页,讲稿共88张,创作于星期二l烧结钢的断裂机理:新的微裂纹萌生于内孔隙,通过孔隙合并机理发生裂纹的扩展与长大,这种合并可以是孔隙通过粉末颗粒间的桥接发生,也可以是晶间或穿晶断裂而发生。l致密钢的断裂的一般断裂机理简述。第10页,讲稿共88张,创作于星期二2.1.1.3孔隙对粉末冶金结构材料孔隙对粉末冶金结构材料力学行
6、为的影响力学行为的影响 l几乎所有的力学行为都随孔隙度的降低而得到改善。l在孔隙度变化的很大范围内,强度、塑性和韧性与孔隙度存在非线性关系。l一般可锻致密材料,当强度提高时,塑性通常变坏,而对于粉末冶金材料来说,却可能出现刚好相反的关系。第11页,讲稿共88张,创作于星期二l除孔隙度以外,粉末冶金材料的许多力学行为还对材料中孔隙的形状非常敏感,尤其是冲击韧性。如在孔隙度相同时,采用卤化盐填料的活化烧结的铁粉压坯,其冲击韧性提高56倍。l由于材料体系的复杂性,目前关于孔隙对粉末冶金材料的定量描述还都是半经验性质的。第12页,讲稿共88张,创作于星期二l抗拉强度抗拉强度lA.Salak半经验方程:
7、ls=0exp(-K)l式中,s烧结材料的抗拉强度;l0相应可锻致密材料的抗拉强度;lK与材质和制造工艺有关的常数;l孔隙度(%)第13页,讲稿共88张,创作于星期二l对烧结铁来说,可表示为:ls344exp(-0.043)MPal当烧结铁孔隙度为零时,抗拉强度为324Mpa,与低碳压延退火钢的接近。第14页,讲稿共88张,创作于星期二l弹性模量弹性模量l众所周知,结晶物质的强度取决于弹性模量。弹性模量表征着点阵中原子间的结合强度,是应力应变曲线弹性范围内直线段的斜率。McAdam在大量实验数据基础上(图2.1p150),提出了烧结铁的弹性模量与孔隙度关系的半经验方程:第15页,讲稿共88张,
8、创作于星期二l第16页,讲稿共88张,创作于星期二lESkE0(1)3.4l式中,ES烧结材料的弹性模量;lE0相应致密材料的弹性模量;l孔隙度(%)lk材料或基体金属的常数第17页,讲稿共88张,创作于星期二l从图和公式可知,烧结材料的弹性模量因孔隙度增大而减小,也就是在给定应力下,弹性应变因孔隙度而增大是。一般,烧结多孔铁的弹性模量是很小的,孔隙度大于30%的烧结铁的弹性模量比铜的还低。第18页,讲稿共88张,创作于星期二l从图2.1还表明,实验数据的离散性不大,这说明弹性模量对烧结时间、原始粉末粒度及合金化程度等不敏感。l借改变孔隙度来控制材料的弹性模量,是粉末冶金材料的一个重要优点。第
9、19页,讲稿共88张,创作于星期二l硬度硬度lSalak半经验方程:lHS=H0k1exp(-K2)l对于具体的烧结铁lHBs=8310.127exp(-0.049)l式中,HS,HBS烧结体硬度;lH0相应可锻致密材料的硬度;lK1,K2常数。第20页,讲稿共88张,创作于星期二l烧结材料的硬度主要取决于孔隙度,随孔隙度增大而减小,而对孔隙形状不敏感。烧结材料的宏观硬度值反映的不是基体的真实硬度,因为测量硬度时,压头同时压在金属基体和孔隙上,有效承载面积减小,因此我们通常称之为“表观硬度”。为获得烧结材料金属基体的硬度,常采用显微硬度测定法,显微硬度与烧结材料的孔隙度几乎无关。第21页,讲稿
10、共88张,创作于星期二l延伸率延伸率l延伸率是材料塑性的反映。由于烧结材料的多孔性,许多烧结材料从宏观上很少表现出塑性,可以认为是脆性材料。对于像烧结铁这样有塑性特征的烧结体,其延伸率则同时取决于孔隙度和孔隙形状。它们都与工艺过程和工艺参数密切相关第22页,讲稿共88张,创作于星期二l冲击韧性冲击韧性l冲击韧性是材料的一种动态的机械性能,强烈地依赖于材料的塑性,因此烧结材料的冲击韧性也强烈地取决于材料的孔隙度和孔隙形状。冲击韧性与密度的关系服从指数函数规律,随密度增加而增高。l孔隙度为1520%的烧结材料其冲击韧性值很小,比相应致密材料小几倍。第23页,讲稿共88张,创作于星期二l断裂韧性与疲
11、劳强度断裂韧性与疲劳强度l断裂韧性是材料的一个新的机械性能指标,是机械结构带有裂纹时的一种新的断裂判据。疲劳断裂时同样涉及材料中裂纹的扩展(在交变应力作用下)l应力强度因子K与平面应变断裂韧度KIC第24页,讲稿共88张,创作于星期二l与塑性和冲击韧性相似,断裂韧性与疲劳强度也强烈地取决于材料的孔隙度和孔隙形状,还与材料的含氧量有很大关系。l这里我特别提一下含氧量。一般,粉末冶金材料的含氧量要高于相应的致密材料。材料中氧化物夹杂聚集在原始粉末颗粒界面上,造成类似孔隙的薄弱区,容易形成裂纹第25页,讲稿共88张,创作于星期二l原料粉末粒度、孔隙长度、孔隙曲率、孔隙间距等与疲劳强度的关系(对于孔隙
12、度大于8%的烧结钢):lcg(H4/V2)1/6l式中,g常数;lH孔隙曲率;lV孔隙度体积分数;l孔隙间距。第26页,讲稿共88张,创作于星期二2.1.1.4孔隙在粉末冶金材料磨损孔隙在粉末冶金材料磨损过程中的作用过程中的作用l在铁基粉末冶金材料作为结构件应用时,大多情况下都被用作耐磨件。l除自润滑型减磨材料外,在无润滑磨损条件下,孔隙在磨损过程中的作用,至今还未得出一致的结论。但有一点比较一致,即孔隙是材料磨损过程中产生磨屑的源之一。硬度较高的材料,在对偶微凸体压应力的作用下,孔隙会以边缘碎裂并在剪切应力作用下裂纹扩展而产生磨屑,对象烧结铁这类塑性较好的材料,孔隙将更容易产生犁削作用而产生
13、磨屑,使磨损加大。同时,孔隙也起留集磨屑的作用,这使得磨耗减小。l孔隙在高温磨损条件下的作用不如室温时明显。第27页,讲稿共88张,创作于星期二2.1.1.5孔隙在粉末冶金材料中的孔隙在粉末冶金材料中的某些特殊作用:贮油、过滤、消某些特殊作用:贮油、过滤、消音止火等音止火等l综上所述,孔隙对烧结体力学行为、断裂过程及磨损过程大多是负面影响。但有的时候,孔隙的特殊功能作用却是难以替代的,例如:第28页,讲稿共88张,创作于星期二l贮贮油油象含油轴承,湿式摩擦材料等。这类产品,由于材料内部贮有油类物质并与表面相连,工作时它们或通过泵吸作用或是通过挤出使材料工作表面产生一层油膜,从而达到独特的自润滑
14、和冷却作用。第29页,讲稿共88张,创作于星期二l过过滤滤过滤是孔隙的又一独特功能。利用材料连通开孔可对许多气态和液态物质进行过滤净化,或通过浸入催化剂,作为催化剂的载体,使气体或液体经过时发生化学反应,达到转化或催化的作用。同时,利用粉末颗粒度选择与工艺过程可很容易地控制孔隙的孔径大小而达到不同的过滤精度。青铜基、钛基、不锈钢基、陶瓷基过滤器和催化载体在石化、酿造、化工、制药、食品、冶金、汽车等诸多领域获得了大量的应用。第30页,讲稿共88张,创作于星期二l消消音音止止火火利用材料内部孔隙对声波的漫反射原理而达到消音作用;l火焰经过孔隙被“吞没”。l应用:如氧乙炔防回火装置,汽车尾气消音防火
15、装置等。第31页,讲稿共88张,创作于星期二2.1.1.6假合金与复合材料假合金与复合材料l粉末冶金材料的另一组织特征是具有双相或多相从相图上看来完全不互溶的组织状态,这一特点是其它致密材料很难做到的。而在粉末冶金材料制造工艺过程中,是很容易实现的。一种方法是直接混入不互溶的组分进行压烧;另一种是先做成一多孔骨架材料,通过熔浸的方法将第二相物质渗入。这种材料严格意义是讲也是复合材料。第32页,讲稿共88张,创作于星期二l最具代表性的例子:钨铜。钨熔点3400多度,比重25.3g/cm3,铜熔点1083度,比重8.92g/cm3,熔点比重相差如此大又完全不互溶的物质,用熔炼的工艺是不可能实现的。
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