粉末冶金
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粉末燒結工藝機制對其制品有著怎樣的意義?

2021-03-23 13:58:39

粉末燒結是粉末冶金工藝中的基本工序之一,燒結可以使粉末成形的坯塊由顆粒聚集體轉變為晶體結合體的材料或制品。為了讓粉末冶金燒結件質量過關,在此工序中一定要格外注意,避免相關制品存在瑕疵。那么粉末燒結工藝機制對其制品有著怎樣的意義?

粉末燒結包括將生壓坯(壓制的粉末零件)的溫度升高到一定水平,并將其在該溫度下保持一定的時間。燒結溫度通常在粉末金屬的熔點的70%至90%之間。這將導致在壓塊中壓在一起的粉末顆粒之間發生粘結機制。壓坯內的結合很弱,并且該壓制的未燒結部件通常具有剛好足以處理的結構完整性。燒結過程中發生的粘結大大增強了零件的強度。

燒結機制

在燒結過程中,單個的顆粒結構消失,材料形成塊狀。常規燒結不會消除零件中的所有孔隙,但是會進一步降低孔隙率。除了減小體積之外,燒結還可以隔離生坯中互連的開放孔隙的區域。這些孤立的區域由于與外界隔絕而成為封閉的孔隙。燒結是粉末中較早的加工階段所必需的添加劑燃燒掉的特征。消除不再需要的成分(例如潤滑劑,粘合劑和抗絮凝劑)對于維持產品材料的純度至關重要。除了增加河北燒結零件材料的強度和密度外,燒結還增加了延展性,導熱率和電導率。收縮將在燒結過程中發生,但將在控制制造過程因素時計算得出。

在燒結過程中引起粘結的機理多種多樣且復雜。發生粘結的主要機理被認為是擴散,機理會根據制造工藝因素和粉末特性而變化。可能伴隨擴散發生的其他一些機制是塑性流動,重結晶,晶粒長大,液相材料傳輸和氣相材料傳輸。不同類型的鍵合的物理特性可能不同。下面說明了通過兩種不同機制進行的粒子鍵合。擴散結合縮小了顆粒之間的距離,從而減小了空間。相材料傳輸增加了材料,同時保持了顆粒之間的距離相等。

燒結過程中的粘結機制復雜且不同,但是,由于減小的表面積,實現這種粒子粘結的主要驅動力被認為是能量的減少。具有較大表面積的粉末將具有較高的粘結力,并降低了該勢能。

在燒結過程中也會發生不同金屬粉末的合金化。燒結溫度必須始終低于至少一種粉末成分的熔化溫度。在某些情況下,燒結溫度高于一種材料的熔點,但低于另一種材料的熔點。這稱為液相燒結。液相燒結可以消除孔隙并生產出具有優異材料性能的零件。

粉末冶金燒結件

燒結工藝

定義粉末燒結操作的主要變量是時間,溫度和爐內氣氛。燒結溫度通常為粉末熔點的0.7至.9。燒結時間取決于制造工藝因素和材料。例如,鎢被燒結了相當長的時間。不同工藝和材料的標準工業粉末燒結時間從8分鐘到10小時不等。

在粉末燒結過程中,控制氣氛至關重要。燒結中的氣氛的目的是控制滲碳和脫碳,防止氧化并除去現有的氧化物,防止有害的化學反應并幫助燃燒掉添加劑。用于工業粉末工藝的常見氣氛是一氧化碳,離解的氨,氫,部分燃燒的天然氣和惰性氣體(例如氬氣或氦氣)。有時零件也會在真空中燒結。真空燒結主要適用于難熔金屬和不銹鋼。

生坯的燒結分為三個階段。首先,將粉體進行預熱。預熱會將零件升高到相對較低的溫度,從而燒掉添加劑。預熱還將開始加強零件之間的結合,從而提高下一階段的完整性。在第二階段,將溫度升高至燒結溫度,并保持一定的持續時間,以實現所需的粘結量。隨著零件在第三階段冷卻,溫度降低。在冷卻期間將工件保持在受控的爐內氣氛中對于防止河南燒結齒輪零件與環境之間發生不必要的化學反應至關重要。

在工業粉末制造中,它們有兩種類型的熔爐,分批式和連續式。在間歇式爐中,將少量零件放入爐中,進行整個燒結過程,然后將其取出。連續式熔爐提供貫穿生產的流量,并在制造過程的三個階段(預熱,燒結和冷卻)具有三個區域。運動帶通過腔室連續供應零件。加熱門可以快速打開和關閉,以允許零件通過,同時保持熱量進入。皮帶以正確的速度行進,以在每個腔室內為零件提供正確的時間。穩定的產品和高生產率使連續式熔爐成為粉末燒結的常見選擇。雖然分批操作的熔爐生產率較低且使用頻率較低,它們確實提供了對氣氛的更多控制,因此也提高了零件的純度。真空氣氛通常只能由間歇式爐提供。

孔隙率,浸漬和滲透

孔隙率是粉末加工材料的特征。在某些情況下,目標是減輕或消除孔隙。在其他情況下,需要一定程度的孔隙率。如所討論的,生坯內部存在孔隙。可以通過壓制壓塊的壓力水平在一定程度上控制生壓塊中的孔隙率。如果壓塊沒有完全壓緊,則比完全壓緊會產生更多的孔隙。實際上,在松散燒結中,根本沒有壓制粉末,從而為特殊部件(例如金屬過濾器)實現了非常高的孔隙率。

金屬中孔隙率的測量通常量化為材料中空白空間的百分比。低于10%的是低孔隙率,低于10%-20%的是中等孔隙率,超過25%被認為是高度多孔的材料。壓制的壓坯中的孔隙率大多數是互連的孔隙率,其中孔隙的網絡向外部環境開放。在燒結過程中,孔隙的體積減小了,并且許多空隙與主要的孔隙網絡和外部環境隔離開來。當孔隙在材料內隔離時,不再將其視為開放孔隙,而是封閉孔隙。

浸漬是用流體填充金屬中的孔。這通常用于生產自潤滑組件,例如軸承和齒輪。在這些情況下,通常將粉末加工過的粉末冶金燒結件浸泡在熱油中。零件的體積通常為10%-30%。有時零件會被聚合物樹脂浸漬,以防止其他物質進入孔中或協助進一步加工。

滲透是用一種熔點比基礎材料低的另一種金屬填充金屬的孔。將滲透金屬加熱到高于其熔點但低于多孔金屬部件的熔點的溫度。使液態金屬進入多孔網絡并固化,用固態金屬填充孔。滲透會產生具有特殊機械性能的零件。銅中滲透的鐵是制造業中此過程的常見示例。

如前所述,在粉末加工過程中,細孔可能會被隔離。相互連接的,開放的(非隔離的)孔的數量是浸漬和滲透的關鍵因素。材料不能進入與外界環境隔離開的毛孔。可以通過使零件飽和所需的流體量來測量開孔率。


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