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铁基粉末冶金-烧结硬化
- 2020-07-01-

  粉末冶金烧结硬化是将烧结和热处理相结合的一种工艺,即某种材料在经过烧结并快速冷却后,其金相组织中产生马氏体(通常>50%), 从而使材料在生产中发挥更有效的作用,并提高经济效益。

  烧结硬化的优点

  • 可省去热处理工艺
  • 避免淬火油的污染
  • 在空气中易于回火
  • 减少产品变形
  • 改善尺寸控制
  • 提高经济效益

  烧结硬化的应用

  粉末冶金烧结硬化因其上述优点,得到越来越多制造商的青睐。

  粉末冶金烧结硬化材料一般用来制造中高密度零部件。

  目前,烧结硬化工艺主要应用在因大小和形状原因难以淬火的产品。如齿轮类零件,同步器齿毂,异形或薄壁结及其他结构零件等。另外,对于烧结炉本身就有快冷装置的制造商,小编建议首选烧结硬化工艺。

  烧结硬化的材料选择

  目前常用的烧结硬化材料中主要含有钼、镍、铜、铬、锰等合金元素,通过控制材料的合金成分及烧结硬化工艺,可以得到所需的硬度和强度要求。

  如表一为MPIF35标准列举的烧结硬化材料。从表中可以看出,所有材料牌号都是FL开头,即都是低预合金粉末,若含有Ni,牌号为FLN系列,若含有Cu,牌号为FLC系列,或同时含有Ni,Cu,牌号为FLNC系列。Ni,Cu后面的数字代表元素的添加比例,这里的Mn元素因为含量小于0.5%并没有体现在牌号中。其实笼统的讲,只要是预合金的材料都可以做烧结硬化材料,并不限于MPIF35中列举的牌号。

  不过此处需要说明的一点是,不同粉末制造商生产的烧结硬化粉末的合金化方式并一定相同,有完全预合金Mo,Ni,Cu的,也有预合金Mo或部分Ni,Cu后再机械混合其余合金的,也有预合金Mo再粘接混合Cu,Ni等元素的。不同合金化方式各有其优缺点,这里就不展开了。

  小编之前分享过铁基粉末冶金中Mo,Ni,Cu的作用,它们在材料中都有通过不同合金化的方式以起到提高硬度,强度的作用。

  以美国海格纳士的两种常用烧结硬化材料Ancorsteel721SH和Ancorsteel737SH为例,二者都是完全预合金烧结硬化材料,Ancosteel721SH材料选用最精益的合金成分,非常适合具有烧结快冷装置的制造商,再额外添加一定量的铜和石墨,在7.0g/cm3密度下,烧结硬化后可以得到95%以上的马氏体组织,表面宏观硬度达HRC35以上,对于较小的产品,硬度完全可以达到HRC40以上。而对于Ancorsteel737SH材料,它具有较高含量的合金成分,有非常卓越的硬化能力,即使在没有烧结快冷装置的情况下,配合额外添加的铜和石墨也能形成75%以上的马氏体组织,表面宏观硬度达HRC30以上。在有烧结快冷的情况下,可以得到95%以上的马氏体组织,表面宏观硬度达HRC40以上。

  随着新能源汽车的发展,镍价格一直在波动和上涨,曾被称为"妖镍"。同样,钼也因其供应等问题,价格也一直在波动,因此,铁基粉末冶金烧结硬化材料也受到一定的影响。不过近年来,含铬,锰,硅的烧结硬化材料因其成本优势也越来越多被应用,典型的材料有瑞典赫格纳斯的CrA,CrM系列,美国海格纳士的FL-4300/L,FLM-44/4005等都被逐步应用于铁基粉末冶金零件的开发中。

  小结

  铁基粉末冶金烧结硬化是替代粉末冶金热处理工艺的最有效的手段之一,其利大于弊。选用合适的材料进行烧结硬化既能避免热处理带来的不良影响又能降低成本,但切记,烧结硬化后的产品也是要及时进行回火处理,通常选择180℃左右的回火温度。

  综上所述,烧结硬化工艺必定是未来粉末冶金的一个发展趋势,商家在选择购买烧结炉时可以尽量考虑增加快冷装置。

  以上是关于铁基粉末冶金烧结硬化的相关信息。关于不同化学成分,不同冷却速度等因素对烧结硬化材料及产品性能的影响,行业内也有很多专家学者进行过大量的研究,小编就不逐一列举,感兴趣的同学,可以参考以下相关文献。