粉末冶金铁基零件的制造始于1933年,德国基于重载轴承需求开始研制烧结铁基含油轴承。20世纪30年代末,美国大量生产和使用烧结铁基油泵齿轮,以取代铸铁制品。60年代以来,随着铁粉质量的提高和粉末新品种的开发以及粉末成形技术、成形设备和烧结设备的发展,粉末冶金铁基零件的性能不断提高,形状日趋复杂,产量迅速增加。中国1957年生产铁基含油轴承,到70年代,烧结铁基零件在生产上已颇具规模,在汽车、工程机械、办公机械、仪表、纺织、国防军工方面得到广泛应用。
粉末冶金铁基零件
以钢铁粉末为原料,采用粉末冶金技术制造的一类机械零件。又称烧结铁基零件。
- 英文名称
- powder metallurgy iron-based products
- 又称
- 烧结铁基零件
- 所属学科
- 冶金工程
在烧结铁基零件中应用最多的合金元素是碳、铜、镍、钼。碳可单独或配合其他元素使用,以提高烧结铁基零件的强度和硬度。
在生产烧结铁基零件中,铜是应用较多的合金元素。铜在烧结时熔化并溶于铁中形成合金且能使孔隙尖角钝化,从而提高烧结铁基零件的强度。如果同时添加铜和碳或镍,烧结铁基零件的力学性能还可进一步提高。在烧结铁基零件中加入钼主要是为了增加淬透性。钼对烧结材料在烧结状态下的力学性能有积极的作用。因此,逐渐形成了烧结铁、烧结碳钢、烧结铜钢、烧结钼钢、烧结镍钼钢和烧结不锈钢等合金系列,70年代把磷铁粉加入铁粉中,又形成了烧结铁磷碳系合金。
与传统铸锻钢基合金相比,烧结铁基零件通常含有一定数量的孔隙度,使材料表现出较低的强度与低的拉伸塑性,工程应用范围受到一定的限制。通过复压-复烧、熔渗、粉末锻造等,可降低烧结铁基零件孔隙度,提高烧结铁基零件的力学性能,如疲劳强度、冲击韧性和延性,拓展烧结铁基零件的应用范围,如粉末锻造连杆在汽车发动机上的成功应用。烧结铁基零件具有绿色制造的特点(即节能、加工工序少、材料利用率高)、尺寸精度一致性高和适于大批量自动化生产等优点。特别是90年代以来,随着温压、高速压制等高致密化技术的问世,烧结铁基零件的综合力学性能大幅度提高,如Astaloy CrM+0.4%C粉末经高速压制后,密度为7.5克/厘米3,结合烧结硬化工艺,材料硬度为44HRC,抗拉强度达到1370兆帕,屈服强度达到1230兆帕。烧结铁基零件的应用得到进一步拓展。
主要包括铁基粉末与润滑剂的混合、成形、烧结和后续加工。为制造密度、力学性能不同的机械零件,发展出多种不同的成形、烧结和后续加工方法。
烧结硬化是烧结铁基零件在完成烧结进入冷却阶段时,显微组织部分或全部转变成马氏体组织而实现烧结零件强度、硬度提高的工艺过程。由于省去了淬火工序,烧结硬化工艺对高精度、中等硬度烧结铁基零件具有很好的适应性。主要技术途径包括:引入提高铁基材料淬透性的合金元素铬、锰等与增加钼含量提高材料的淬硬能力;通过增加气体循环冷却风扇,在烧结炉的冷却区强化零件的冷却速度而促进马氏体相变。