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粉末冶金
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粉末烧结工艺机制对其制品有着怎样的意义?

2021-03-23 13:58:39

粉末烧结是粉末冶金工艺中的基本工序之一,烧结可以使粉末成形的坯块由颗粒聚集体转变为晶体结合体的材料或制品。为了让粉末冶金烧结件质量过关,在此工序中一定要格外注意,避免相关制品存在瑕疵。那么粉末烧结工艺机制对其制品有着怎样的意义?

粉末烧结包括将生压坯(压制的粉末零件)的温度升高到一定水平,并将其在该温度下保持一定的时间。烧结温度通常在粉末金属的熔点的70%至90%之间。这将导致在压块中压在一起的粉末颗粒之间发生粘结机制。压坯内的结合很弱,并且该压制的未烧结部件通常具有刚好足以处理的结构完整性。烧结过程中发生的粘结大大增强了零件的强度。

烧结机制

在烧结过程中,单个的颗粒结构消失,材料形成块状。常规烧结不会消除零件中的所有孔隙,但是会进一步降低孔隙率。除了减小体积之外,烧结还可以隔离生坯中互连的开放孔隙的区域。这些孤立的区域由于与外界隔绝而成为封闭的孔隙。烧结是粉末中较早的加工阶段所必需的添加剂燃烧掉的特征。消除不再需要的成分(例如润滑剂,粘合剂和抗絮凝剂)对于维持产品材料的纯度至关重要。除了增加河北烧结零件材料的强度和密度外,烧结还增加了延展性,导热率和电导率。收缩将在烧结过程中发生,但将在控制制造过程因素时计算得出。

在烧结过程中引起粘结的机理多种多样且复杂。发生粘结的主要机理被认为是扩散,机理会根据制造工艺因素和粉末特性而变化。可能伴随扩散发生的其他一些机制是塑性流动,重结晶,晶粒长大,液相材料传输和气相材料传输。不同类型的键合的物理特性可能不同。下面说明了通过两种不同机制进行的粒子键合。扩散结合缩小了颗粒之间的距离,从而减小了空间。相材料传输增加了材料,同时保持了颗粒之间的距离相等。

烧结过程中的粘结机制复杂且不同,但是,由于减小的表面积,实现这种粒子粘结的主要驱动力被认为是能量的减少。具有较大表面积的粉末将具有较高的粘结力,并降低了该势能。

在烧结过程中也会发生不同金属粉末的合金化。烧结温度必须始终低于至少一种粉末成分的熔化温度。在某些情况下,烧结温度高于一种材料的熔点,但低于另一种材料的熔点。这称为液相烧结。液相烧结可以消除孔隙并生产出具有优异材料性能的零件。

粉末冶金烧结件

烧结工艺

定义粉末烧结操作的主要变量是时间,温度和炉内气氛。烧结温度通常为粉末熔点的0.7至.9。烧结时间取决于制造工艺因素和材料。例如,钨被烧结了相当长的时间。不同工艺和材料的标准工业粉末烧结时间从8分钟到10小时不等。

在粉末烧结过程中,控制气氛至关重要。烧结中的气氛的目的是控制渗碳和脱碳,防止氧化并除去现有的氧化物,防止有害的化学反应并帮助燃烧掉添加剂。用于工业粉末工艺的常见气氛是一氧化碳,离解的氨,氢,部分燃烧的天然气和惰性气体(例如氩气或氦气)。有时零件也会在真空中烧结。真空烧结主要适用于难熔金属和不锈钢。

生坯的烧结分为三个阶段。首先,将粉体进行预热。预热会将零件升高到相对较低的温度,从而烧掉添加剂。预热还将开始加强零件之间的结合,从而提高下一阶段的完整性。在第二阶段,将温度升高至烧结温度,并保持一定的持续时间,以实现所需的粘结量。随着零件在第三阶段冷却,温度降低。在冷却期间将工件保持在受控的炉内气氛中对于防止河南烧结齿轮零件与环境之间发生不必要的化学反应至关重要。

在工业粉末制造中,它们有两种类型的熔炉,分批式和连续式。在间歇式炉中,将少量零件放入炉中,进行整个烧结过程,然后将其取出。连续式熔炉提供贯穿生产的流量,并在制造过程的三个阶段(预热,烧结和冷却)具有三个区域。运动带通过腔室连续供应零件。加热门可以快速打开和关闭,以允许零件通过,同时保持热量进入。皮带以正确的速度行进,以在每个腔室内为零件提供正确的时间。稳定的产品和高生产率使连续式熔炉成为粉末烧结的常见选择。虽然分批操作的熔炉生产率较低且使用频率较低,它们确实提供了对气氛的更多控制,因此也提高了零件的纯度。真空气氛通常只能由间歇式炉提供。

孔隙率,浸渍和渗透

孔隙率是粉末加工材料的特征。在某些情况下,目标是减轻或消除孔隙。在其他情况下,需要一定程度的孔隙率。如所讨论的,生坯内部存在孔隙。可以通过压制压块的压力水平在一定程度上控制生压块中的孔隙率。如果压块没有完全压紧,则比完全压紧会产生更多的孔隙。实际上,在松散烧结中,根本没有压制粉末,从而为特殊部件(例如金属过滤器)实现了非常高的孔隙率。

金属中孔隙率的测量通常量化为材料中空白空间的百分比。低于10%的是低孔隙率,低于10%-20%的是中等孔隙率,超过25%被认为是高度多孔的材料。压制的压坯中的孔隙率大多数是互连的孔隙率,其中孔隙的网络向外部环境开放。在烧结过程中,孔隙的体积减小了,并且许多空隙与主要的孔隙网络和外部环境隔离开来。当孔隙在材料内隔离时,不再将其视为开放孔隙,而是封闭孔隙。

浸渍是用流体填充金属中的孔。这通常用于生产自润滑组件,例如轴承和齿轮。在这些情况下,通常将粉末加工过的粉末冶金烧结件浸泡在热油中。零件的体积通常为10%-30%。有时零件会被聚合物树脂浸渍,以防止其他物质进入孔中或协助进一步加工。

渗透是用一种熔点比基础材料低的另一种金属填充金属的孔。将渗透金属加热到高于其熔点但低于多孔金属部件的熔点的温度。使液态金属进入多孔网络并固化,用固态金属填充孔。渗透会产生具有特殊机械性能的零件。铜中渗透的铁是制造业中此过程的常见示例。

如前所述,在粉末加工过程中,细孔可能会被隔离。相互连接的,开放的(非隔离的)孔的数量是浸渍和渗透的关键因素。材料不能进入与外界环境隔离开的毛孔。可以通过使零件饱和所需的流体量来测量开孔率。


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