粉末冶金摩擦材料原料作用分析

高铁粉末冶金刹车片用原材料作用分析粉末冶金摩擦材料的问世距今已有近百年的历史，尤其在近几年发展尤为迅猛。粉末冶金工艺可以将金属和非金属组分的不同性能很好地配合于一种材料中，已有逐渐代替有机物粘结高分子材料的趋势。

粉末冶金摩擦材料一般由三部分组成：构成基体金属骨架的组元、润滑组元和摩擦组元。是一种含有金属和非金属多种组分的假合金。

1构成基体金属骨架的组元

简称基体组元。常用铜、铁、二硫化钼、镍、钛、铬、钼、钨、磷、锡、铝、锌等。

基体组元由基本组元和辅助组元两部分组成，基本组元在成分中占的比重最大。在铁基中，基本组元是铁。在铜基中，基本组元是铜。辅助组元与基本组元形成合金，从而改善基本组元的性能，或者是赋予基本组元以某种所需要的性能。辅助组元在铁基材料中有二硫化钼、镍、铬、钼、铜及磷等。在铜基中主要是锡、铝、锌及磷等。

粉末冶金摩擦材料的性能、工艺特点在很大程度上取决于基体组元的化学成分、结构和物理机械性能。基体组元保证了材料的承载能力、热稳定性、耐磨性，以及在高温工作时保持住摩擦剂和润滑剂颗粒的能力。一般在粉末冶金摩擦材料中，基体组元占铁基材料的50%~70%，占铜基材料的60%~90%。

1.1铁

近年来铁基粉末冶金摩擦材料的发展很快，主要是由于它节省有色金属，在高温高负荷下显示出更加优良的摩擦性能，机械强度高，能够承受比较大的压力，因而它应用在很多领域。但是，由于铁与对偶具有很强的亲和性，有利于粘结过程的发展，因此需加入大量的其他元素使铁合金化以降低铁的塑性，提高其强度、屈服极限和硬度，以克服次缺点，但同时也提高了成本和加工工艺复杂度。

铁基材料的基体组元中，加入镍、铬、钼，主要目的在于提高材料机械-物理性能和耐热耐腐性能。加入磷，能提高材料的强度，提高耐磨性。加入二硫

化钼，能提高材料的机械性能和摩擦性能。加入铜，能提高材料的导热性能，有利于材料的强度。

1.2铜

铜基粉末冶金摩擦材料具有工艺性能好，摩擦系数稳定，抗粘结、卡滞性能好，导热快等特点，在中高速制动方面使用比较多，比如高铁刹车片基本都是铜基材料。此外，在湿式条件下工作，也具有很高的耐磨性，因而在油中工作的粉末冶金摩擦材料，基本上都是铜基材料。

铜基粉末冶金摩擦材料中，加入锡、锌、铝，它们能与铜基体形成固溶体，从而提高了材料的机械物理性能和摩擦性能，对抗腐蚀性能也有很大的好处。

此外，铜不仅可以作为基本组元，也可以作为铁基材料的辅助组元。铁基粉末冶金摩擦材料中加入铜，在烧结过程中，只有一小部分溶入铁中，形成固溶体，其余呈游离状态存在。加入铜，增加了材料的导热性能，在高速、高负荷下工作是有利的。加入铜，也有利于材料的机械物理性能。提高了材料的密度。但当含铜超过10%的时候，使材料的耐磨性降低，增加了磨损，且成本会提高。

1.3锡

在铜做基本组元时，加入4~12%的锡可以使基体具有很高的耐热性、强度和硬度，烧结过程很容易合金化，且压坯强度很高，提高了工艺性。锡也可以防止铜与钢对偶摩擦时，摩擦表面的粘结。

但在高温工作时，加入锡会使摩擦系数不稳定，一般加入石墨，二氧化硅等组分能明显提高摩擦性能。

锡在高温工作时，会向粘结摩擦层的钢背扩散，引起钢背因晶间腐蚀的破裂。

1.4铝

铜铝合金具有很高的机械物理性能和减摩性能，比铜锡合金在强度、耐热性、耐蚀性、抗粘结方面好很多。

1.5钨、钼、锌、钛

这些金属的加入可以强化基体，且这些金属的热容量高，易于氧化，可吸收摩擦过程产生的大量的热。但成本高、加工不方便。

此外，钼还可以组织基本组元的氧化，减少了制动中的噪音和振动。

1.6二硫化钼

二硫化钼是作为铁基材料的基体组元的辅助组元加入的，主要作用是通过在烧结过程中，与基体组元铁发生相互作用，从而改善材料基体的性能，进一步的提高了材料的机械物理性能和摩擦性能。因此，二硫化钼作铁基材料的基体组元加入是很普遍的。我国生产的铁基粉末冶金摩擦材料，几乎全都加入二硫化钼。在铜基材料中，由于烧结温度低，二硫化钼在烧结中的行为很复杂，但作用不明显，并不作为基体组元。

二硫化钼在铁基材料的烧结中（一般烧结温度为1000~1100℃），发生分解，析出硫和钼。分解的过程，伴随着硫化铁型的硫化物产生。由二硫化钼还原出来的钼，使铁合金化，材料的机械物理性能发生变化。硫化铁有润滑减摩作用，而且还原出来的钼，还能与碳发生反应，形成碳化钼。所以加入二硫化钼，提高了铁基材料的硬度、抗压强度，提高了摩擦系数，降低了磨损。

2润滑组元

常用石墨，钼、铜、锌、钨、钡、铁等的硫化物，铜、镍、铁、钴等的磷化物，氮化硼、滑石及低熔点纯金属（铅、锡、铋、锑等）。

粉末冶金摩擦材料中加入的润滑组元，应满足以下的要求：具有较高的润滑能力，相对于金属基体来讲是不活泼的，在烧结温度和实际采用的烧结介质中不分解，或分解产物具有良好的润滑性能。

润滑组元的加入，有利于材料的抗卡性能、抗粘结性能。提高了材料的耐磨性。特别是有利于对摩材料的耐磨性。使摩擦副的工作更加平稳，但降低了材料的强度和摩擦系数。

无论是铁基材料还是铜基材料，一般用石墨和铅作润滑组元，也有用铋来代替铅来作润滑组元的。润滑组元一般占摩擦材料重量的5~25%。

铁基材料与对摩材料（铸铁和钢）的焊结倾向大，工作中容易造成不平稳。因此，一般来讲，铁基材料中的润滑组元，比铜基材料占的比例要大一些。

2.1石墨

石墨是粉末冶金摩擦材料中的最主要的润滑组元，对材料的机械物理性能、摩擦性能和压制性能都有重大的影响。石墨对粉末冶金摩擦材料的影响，与加入的含量、存在的状态有关。

摩擦材料中加入的石墨量总是比较大的，一般都在5%以上。在烧结过程中，一部分石墨被烧损，绝大部分呈游离存在。对铁基材料来讲，尚有一部分溶解在铁中，形成铁-碳合金，增加了材料的强度。

石墨的烧损量与石墨的含量、烧结温度、保温时间和烧结时的保护气氛有关。还和加入的其他金属材料的氧化程度有关。

加入石墨能提高材料的耐磨性，特别是能提高对摩材料的耐磨性，提高摩擦副的抗焊结、抗卡能力，有利于平稳的工作。少量的石墨尚能提高铁基材料的强度和摩擦系数。加入石墨量过多，将会使摩擦材料的机械强度、摩擦系数下降。

石墨还可以在摩擦过程中吸收电晕放电和火花放电，减少了摩擦表面的破碎，因而降低了磨损。

2.2铅

铅能提高材料的磨合性、抗粘结性及耐磨性，但对摩擦系数没有好处。只是对稳定摩擦系数有些帮助。

铅的熔点很低，摩擦材料工作时产生的热，可以使铅熔化。熔化了的铅，在工作表面形成一种特殊的金属润滑剂，降低了表面的摩擦系数和温度，对稳定摩擦系数，提高耐磨性有很大的作用。当温度降低，熔融金属又重新凝固，使得摩擦系数提高到原有水平。表面液体润滑膜的形成促使滑动平稳，这点在高温时特别重要，因为正是在高温下金属基体具有很大的粘结和卡滞的倾向。

铅的比重很大，一般填加少量的铅，对材料强度影响不大。因为铅在烧结时，形成液相，减少了材料的孔隙，也起到烧结活化剂的作用。由于铅无论和铁还是和铜，都没有明显的溶解作用，因此在材料中起隔离作用。因此，增加铅的含量，会使材料的机械物理性能下降。

铅有毒，一般用锑、铋来代替铅。

2.3二硫化钼

二硫化钼具有层状结晶构造，这就造成了分子间结合力和各个层之间的结合力存在着差别，层与层之间的力相当于范德华力。由于层与层之间相对位移所必需的切向应力不大，因而摩擦系数是低的。工作中产生的微粒对金属存在粘附作用，从而降低磨损。

然而，二硫化钼在烧结过程中易被氢气还原，分解为钼和硫溶解到金属基体中，硫生成铜或铁的硫化物，其润滑作用较二硫化钼要差很多。

3摩擦组元

摩擦组元主要是起调节机械相互作用大小的作用，常用硅、铝、铁、镁、锰、锆、铍、钙、铬、钛、钼、硅铁、硅、铝、铬的氧化物，碳化硅和碳化硼，氮化硅、矿物性的复杂化合物（石棉、莫来石、蓝晶石、硅灰石、高铝红柱石、长石、锂辉石、硅酸铝、硅酸锆、皂土、软锰矿、硅线石、尖晶石）等。石棉由于其在摩擦工作时产生大量粉尘，具有致癌作用，现已禁用。

这类组元具有非金属性质，能促进形成多相组织，减少表面粘滞和卡滞。加入摩擦组元，能提高摩擦系数，提高耐磨性和防止焊接。摩擦组元与润滑组元一起，成为摩擦表面薄膜的一部分，使摩擦副具有很高的耐磨性，稳定性和抗焊接性能。摩擦组元有消除配对零件表面上从烧结粉末片转移过来的金属，并使对偶表面擦伤和磨损很小的作用。摩擦剂的基本任务并不是对配对零件材料起一种磨料磨损的作用，而是保证与对偶工作表面适当的啮合，并使对偶表面保持良好的性能。所以在选择摩擦组分时，必须首先注意它与基体相比较的硬度以及它的颗粒形状和大小。

对于提高摩擦系数的组分有以下要求：高的熔点和离解热；从室温到烧结或使用温度区间不产生多晶型转变；不与其它组分及烧结中的保护气氛起反应；

具有足够高的机械强度和硬度，以保证摩擦过程中大量能量消耗于摩擦剂的磨损上，但也不能过高，否则固体颗粒的强度和硬度太高，破坏的将不是摩擦剂颗粒本身，而在很大程度上磨损了配对零件的材料；摩擦剂具有与基体合金的湿润性或能与它牢固的粘附，在这种情况下，要从基体分离出固体颗粒，将消耗很大的摩擦功，因而促进耐磨性的提高。

3.1铁

铁可以作为青铜基材料的摩擦剂，主要是铁比铜熔点高且在铜中溶解度很小。很牢固的保持在金属基体中，因此它除增加摩擦系数外，还在一定程度上提高了材料的耐磨性。固定在较软基体中的硬质点也促进磨削作用，有利于防止摩擦表面与对偶的粘结。

铁的含量对摩擦时的噪音和振动影响很大，因此一般加入量不要太高。

3.2二氧化硅

二氧化硅是最常用的摩擦组元，通常叫做石英砂，来源方便，成本很低。摩擦材料采用的是含94%以上二氧化硅的天然棱状结晶石英砂。

在摩擦作用中，摩擦系数对二氧化硅的含量很敏感，含量过高会造成对偶的磨损严重。适量的二氧化硅能促使高温下摩擦系数稳定。

但加入二氧化硅等非金属添加剂又会很大程度上降低了金属基体的强度。同时，在铁基材料中，高温时二氧化硅中的硅溶解于铁中引起碳化铁含量减少而降低了摩擦性能。

3.3莫来石

莫来石的加入不会降低金属基体的强度，反而会提高，因此在铁基材料中使用较多。且其具有很高的热稳定性，摩擦系数高，可以代替二氧化硅作摩擦剂。

粉末冶金摩擦材料中的三个组成部分，要有一个合适的搭配。根据不同的使用要求，有不同的比例关系。就一般而言，干式应用中的润滑组元比例要大一些；湿式应用中的摩擦组元要多一些；高负荷工作的摩擦材料，基体要强一

些，导热要好一些，摩擦组元要多一些，而且摩擦组元要选择那些熔点更高、硬度更高的材料，以保持在更高的温度有较高的摩擦系数。比如高铁刹车片，便要采用铜或铜锡铝合金、铜锌合金为基本组元，铁为辅助组元，鳞片石墨做润滑组元，二氧化硅或碳化硅做摩擦组元。

技术质量部苏星宇

粉末冶金材料标准表

公司制造的铁基粉末冶金零件执行标准与成分性能<一> GB/T14667.1-93 <二> MPIF-35

烧结铁和烧结碳钢的化学成分(%). 材料牌号Fe C F-0000 97.7-100 0.0-0.3 F-0005 97.4-99.7 0.3-0.6 F-0008 97.1-99.4 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0%。▲烧结铁-铜合金和烧结铜钢的化学成分(%). 材料牌号Fe Cu C FC-0200 83.8-98.5 1.5-3.9 0.0-0.3 FC-0205 93.5-98.2 1.5-3.9 0.3-0.6 FC-020893.2-97.9 1.5-3.9 0.6-0.9 FC-0505 91.4-95.7 4.0-6.0 0.3-0.6 FC-0508 91.1-95.4 4.0-6.0 0.6-0.9 FC-0808 88.1-92.4 7.0-9.0 0.6-0.9 FC-1000 87.2-90.5 9.5-10.5 0.0-0.3 烧结铁-镍合金和烧结镍钢的化学成分(%). 材料牌 号 Fe Ni Cu C FN-0200 92.2-99.0 1.0-3.0 0.0-2.5 0.0-0.3 FN-0205 91.9-98.7 1.0-3.0 0.0-2.5 0.3-0.6 FN-0208 91.6-98.4 1.0-3.0 0.0-2.5 0.6-0.9 FN-0405 89.9-96.7 3.0-5.5 0.2-2.0 0.3-0.6 FN-0408 89.6-96.4 3.0-5.5 0.0-2.0 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊

粉末冶金摩擦材料-培训教材

粉末冶金摩擦材料 （培训教材） 中国粉末冶金实验基地

目录 1．概述 2．粉末冶金摩擦材料的特点 3．我国生产的粉末冶金摩擦材料4．粉末冶金摩擦材料的装配 5．粉末冶金摩擦材料的组成 6．粉末冶金摩擦材料的生产 7．对摩材料

1．概述 摩擦材料是制动器（刹车制动）、离合器（传递扭矩）使用的一种功能性材料，它对制动器、离合器的工作起着重要的作用。例如，飞机的刹车片、汽车的刹车带、火车的制动闸瓦（闸片）等，是用做制动器中的摩擦材料。离合器片则是用在离合器中的摩擦材料。与摩擦材料一起摩擦进行工作的材料在飞机上称为对偶，或者叫作对摩材料；而在火车和汽车上则称为制动盘材料。摩擦材料和对摩材料构成一组摩擦副。尽管摩擦副的工作是由摩擦材料和对摩材料的共同性质所决定的，但是在其中起主要作用的、决定性作用的仍然是摩擦材料。 制动就是强制运转的机器或机械减速和停止的过程。在制动器中，摩擦副吸收机器或机械的动能，并把它转化为热能。一部分热量发散到周围的环境中去，而另一部分为摩擦副所吸收，使摩擦副本身的温度升高。传递扭矩摩擦副的工作和制动摩擦副的工作没有什么本质的区别，同样都是摩擦副中摩擦材料和对摩材料的相对速度发生变化。工作开始时相对速度最大，而后逐渐减小到零的过程。区别是工作时间的长短（制动时间一般是从几秒到十几秒，传递扭矩的时间一般是十分之几秒到几秒）不同，吸收能量的大小不同，摩擦因数不同，因而摩擦副的工作温度也不同。 摩擦副在工作过程中总是要吸收能量，使本身的温度升高。因此，摩擦材料不是在室温，而是在较高的温度下工作的。 摩擦材料工作时的温度和升温速度，在结构一定的情况下，主要和摩擦副工作时必须吸收的能量大小、吸收这些能量的时间间隔有关。吸收的能量越大、时间间隔越短，那么摩擦材料的温度越高，升温速度也越大。在某些情况下，发生热冲击，也就是在很短的时间间隔之内，摩擦表面产生极高的温度。例如，飞机在着陆制动时，在3～5秒种之内，摩擦材料工作表面温度可达到1000℃以上，体积温度高达400℃～600℃。 在油中工作的离合器摩擦副（称为湿式工作条件下），尽管工作时吸收的能量也很大，但由于有油的存在，一般工作表面的温度和整个摩擦材料的体积温度不超过200℃。 摩擦材料是靠表面工作的。在工作中，摩擦材料的工作表面温度很快升高，而后靠传导作用，使整个摩擦材料的温度升高。因此，摩擦材料的工作表面温度和整

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烧结铁和烧结碳钢的化学成分(%). 材料牌号Fe C F-0000 97.7-100 0.0-0.3 F-0005 97.4-99.7 0.3-0.6 F-0008 97.1-99.4 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0%。▲烧结铁-铜合金和烧结铜钢的化学成分(%). 材料牌号Fe Cu C FC-0200 83.8-98.5 1.5-3.9 0.0-0.3 FC-0205 93.5-98.2 1.5-3.9 0.3-0.6 FC-020893.2-97.9 1.5-3.9 0.6-0.9 FC-0505 91.4-95.7 4.0-6.0 0.3-0.6 FC-0508 91.1-95.4 4.0-6.0 0.6-0.9 FC-0808 88.1-92.4 7.0-9.0 0.6-0.9 FC-1000 87.2-90.5 9.5-10.5 0.0-0.3 烧结铁-镍合金和烧结镍钢的化学成分(%). 材料牌 号 Fe Ni Cu C FN-0200 92.2-99.0 1.0-3.0 0.0-2.5 0.0-0.3 FN-0205 91.9-98.7 1.0-3.0 0.0-2.5 0.3-0.6 FN-0208 91.6-98.4 1.0-3.0 0.0-2.5 0.6-0.9 FN-0405 89.9-96.7 3.0-5.5 0.2-2.0 0.3-0.6 FN-0408 89.6-96.4 3.0-5.5 0.0-2.0 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊 编辑版word

Fe在铜基粉末冶金摩擦材料中的作用

收稿日期:2006-02-20 基金项目:湖南省科技重大项目产业化研究资助(01-96-10)作者简介:陈　洁(1978-),女(汉),湖南长沙人,在读博士,主要从事复合材料的研究。 Fe 在铜基粉末冶金摩擦材料中的作用 陈　洁,熊　翔,姚萍屏,李世鹏 (中南大学粉末冶金研究院国家重点实验室,湖南　长沙　410083) 摘　要:研究了Fe 在铜基粉末冶金航空摩擦材料中的摩擦磨损作用及机理。研究表明:Fe 在 铜基摩擦材料中起到了摩擦组分的作用,对材料的机械性能和摩擦磨损性能起到了重要的作用。Fe 能提高铜基摩擦材料的强度、硬度;当Fe 含量超过4%后,随Fe 含量的增加,材料的摩擦系数及稳定性增加;高速摩擦条件下,Fe 能促进摩擦面氧化膜的形成,减小材料的摩擦系数和磨损量。 关键词:粉末冶金摩擦材料;摩擦磨损;摩擦组分;摩擦机理中图分类号:TF12512 文献标识码:A 文章编号:1006-6543(2006)04-0016-05 THE WOR KIN G OF Fe IN COPPER -BASED P/M FRICTION MA TERIAL CHEN Jie ,XIONG Xiang ,YAO Ping -ping ,L I Shi -peng (Stare K ey Laboratoty of Powder Metallurgy ,Central S outh University ,Changsha 410083,China ) Abstract :The working mechanism of Fe in a new type of copper -based P/M friction material was studied 1The results show that Fe works as frictional component in copper -based friction ma 2terials ,influening the mechanical and frictional property of materials 1Fe can increase the strength and hardness of friction material ;when Fe is more than 4%,with the increase of Fe ,the friction coefficient and stability of the material are enhanced 1At the same time ,at high speed friction ,Fe takes part in formation of oxide film on friction surface ,so the wear loss of friction material is de 2creased 1 K ey w ords :P/M friction material ;friction and wear ;friction component ;friction mechanism 铜基粉末冶金摩擦材料由于其良好的导热性、耐磨性而被广泛应用于各种离合器和刹车装置中[1]。粉末冶金摩擦材料是以金属及其合金为基体,添加硬质颗粒摩擦组元和固体润滑组元,用粉末冶金的方法制造而成的金属基颗粒复合材料[2]。因此,可以通过调节和控制复合材料中各组元的含量及存在形式来改善材料的物理机械性能,进而提高材料的摩擦磨损性能,最终得到综合性能优异的粉末冶金摩擦材料。 粉末冶金摩擦材料中大都加有Fe 作为摩擦组元,以提高材料的摩擦系数[3,4],其含量一般在5%～25%的范围内。有资料显示[5],Fe 含量在5%以下时,摩擦系数才有所提高,随后Fe 含量增加,材料的摩擦系数变化不大,且Fe 含量增加,材料磨损量增加,对偶磨损量则减少[6]。本文即针对Fe 在新型铜基粉末冶金摩擦材料中的作用机理进行了系统的分析,明确了Fe 对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响。 第16卷　第4期 2006年8月 粉末冶金工业POWDER METALL URG Y IN DUSTR Y Vol.16No.4Aug.2006

烧结气氛论文：烧结工艺对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

烧结气氛论文：烧结工艺对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响 【中文摘要】随着我国铁路运输业的飞速发展,列车运行速度一提再提,这就对制动摩擦材料提出了更为苛刻的要求。铜基粉末冶金摩擦材料因其具有高的机械强度、高导热性和优良的摩擦磨损性能而成为高速列车制动闸片的首选材料,如何通过制备工艺和原料体系的改进提高材料的耐温性能和摩擦稳定性一直是人们研究的重点。本文通过采用不同的烧结工艺制备了铜基粉末冶金摩擦材料,研究不同烧结温度和烧结气氛对材料显微组织、物理机械性能和摩擦磨损性能的影响,并探讨了材料在不同制动条件下的摩擦磨损行为及机理,结果 表明：(1)铜基粉末冶金摩擦材料中各组元分布均匀,组元间接触紧密,鳞片状石墨垂直于压制方向呈层状分布,SiO2以黑色大颗粒状镶嵌于铜基体内。随的烧结温度提高,材料中各组元间的孔隙减少,当达到一定程度后,孔隙不再减少；烧结气氛对材料的形貌无明显影响。(2) 烧结工艺对材料的物理-机械性能影响较大。随烧结温度的提高,采用N2和N2+H2混合气制备材料的密度先升后降,抗压强度较大,且随之呈上升趋势；H2气氛制备材料的密度呈下降趋势,抗压强度与其他两种气氛下制备的相比显著降低,且呈下降趋势。(3)相同制动压力下,材料的摩擦系数随的转速的提高先升高后降低,磨损量随着转速的提高逐渐增加；在较低转速时,磨损以粘着磨损为主,随着转速提高,磨损逐渐表现为氧化磨损和疲劳磨损。N2+H2混合气氛烧结材料在较低

转速下具有较好的摩擦性能,磨损量很低,且随烧结温度提高呈下降 趋势；N2气氛烧结材料在较高转速下摩擦性能较好,摩擦稳定性好,而且磨损量也较低。(4)在一定转速下,随着制动压力的提高,材料的摩擦系数呈下降趋势,摩擦稳定性系数先升高后下降,磨损量显著增加；较低压力时,磨损主要由粘着机理控制,较高压力时,磨损主要表现为疲劳磨损和剥层脱落。N2+H2混合气氛烧结材料在高制动压力下具有较好的摩擦性能,摩擦稳定性最高,磨损量最小,且随烧结温度升高先减少后增加,在1000℃时最低。 【英文摘要】With the development of train transport, the requirements are stiffer and stiffer in the properties of the braking materials by the speed improvement. Because of the high mechanical strength, high conductibility and excellent friction and wear properties, Cu-based P/M friction materials have been the leading material for friction brake of high-speed train.Cu-based P/M friction material has been made by different sintering process. The effect of sintering temperature and atmosphere on the micro-structure, physical and mechanical properties and friction and wear properties of material have been investigated, and the friction and wear behavior and mechanism in the different braking conditions have been discussed. The results show:(1) Scaly graphite and SiO2 are well-distributed in Cu-based P/M materials. With the

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粉末冶金工艺及材料基础知识介绍

粉末冶金工艺及材料基础知识介绍 粉末冶金是制取金属粉末并通过成形和烧结等工艺将金属粉末或与非金属粉末的混合物制成制品的加工方法，既可制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料，又可制造各种精密的机械零件，省工省料。但其模具和金属粉末成本较高，批量小或制品尺寸过大时不宜采用。粉末冶金材料和工艺与传统材料工艺相比，具有以下特点： 1．粉末冶金工艺是在低于基体金属的熔点下进行的，因此可以获得熔点、密度相差悬殊的多种金属、金属与陶瓷、金属与塑料等多相不均质的特殊功能复合材料和制品。 2．提高材料性能。用特殊方法制取的细小金属或合金粉末，凝固速度极快、晶粒细小均匀，保证了材料的组织均匀，性能稳定，以及良好的冷、热加工性能，且粉末颗粒不受合金元素和含量的限制，可提高强化相含量，从而发展新的材料体系。 3．利用各种成形工艺，可以将粉末原料直接成形为少余量、无余量的毛坯或净形零件，大量减少机加工量。提高材料利用率，降低成本。 粉末冶金的品种繁多，主要有：钨等难熔金属及合金制品；用Co、Ni等作粘结剂的碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）等硬质合金，用于制造切削刀具和耐磨刀具中的钻头、车刀、铣刀，还可制造模具等；Cu合金、不锈钢及Ni等多孔材料，用于制造烧结含油轴承、烧结金属过滤器及纺织环等。

1 粉末冶金基础知识 ⒈1 粉末的化学成分及性能 尺寸小于1mm的离散颗粒的集合体通常称为粉末，其计量单位一般是以微米（μm）或纳米（nm）。 1.粉末的化学成分 常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉末，要求其杂质和气体含量不超过1%～2%，否则会影响制品的质量。 2.粉末的物理性能 ⑴粒度及粒度分布

粉末冶金摩擦材料原料作用分析

高铁粉末冶金刹车片用原材料作用分析 粉末冶金摩擦材料的问世距今已有近百年的历史,尤其在近几年发展尤为迅猛。粉末冶金工艺可以将金属和非金属组分的不同性能很好地配合于一种材料中,已有逐渐代替有机物粘结高分子材料的趋势。 粉末冶金摩擦材料一般由三部分组成:构成基体金属骨架的组元、润滑组元和摩擦组元。是一种含有金属和非金属多种组分的假合金。 １构成基体金属骨架的组元 简称基体组元。常用铜、铁、二硫化钼、镍、钛、铬、钼、钨、磷、锡、铝、锌等. 基体组元由基本组元和辅助组元两部分组成，基本组元在成分中占的比重最大。在铁基中，基本组元是铁。在铜基中,基本组元是铜。辅助组元与基本组元形成合金，从而改善基本组元的性能,或者是赋予基本组元以某种所需要的性能。辅助组元在铁基材料中有二硫化钼、镍、铬、钼、铜及磷等。在铜基中主要是锡、铝、锌及磷等。 粉末冶金摩擦材料的性能、工艺特点在很大程度上取决于基体组元的化学成分、结构和物理机械性能。基体组元保证了材料的承载能力、热稳定性、耐磨性，以及在高温工作时保持住摩擦剂和润滑剂颗粒的能力。一般在粉末冶金摩擦材料中，基体组元占铁基材料的5０%~７０%，占铜基材料的6０%～９0％。 1．１铁 近年来铁基粉末冶金摩擦材料的发展很快，主要是由于它节省有色金属，在高温高负荷下显示出更加优良的摩擦性能，机械强度高，能够承受比较大的压力，因而它应用在很多领域。但是,由于铁与对偶具有很强的亲和性，有利于粘结过程的发展,因此需加入大量的其他元素使铁合金化以降低铁的塑性,提高其强度、屈服极限和硬度,以克服次缺点，但同时也提高了成本和加工工艺复杂度。 铁基材料的基体组元中，加入镍、铬、钼,主要目的在于提高材料机械-物理性能和耐热耐腐性能。加入磷,能提高材料的强度,提高耐磨性.加入二硫化钼,

粉末冶金材料学

1.粉末冶金技术的特点（优越性） 能制造熔铸法无法获得的材料和制品 1、难熔金属及其碳化物、硼化物和硅化物； 2、孔隙可控的多孔材料 3、假合金 4、复合材料；5 微、细晶（准晶）和过饱和固溶的块体金属和制品； 能制造性能优于同成分熔铸金属的粉末冶金材料 1、制造细晶粒、均匀组织和加工性能好的稀有金属坯锭； 2、制造成分偏析小、细晶、过饱和固熔的高性能合金； 具有高的经济效益 1、少无切削； 2、工序短，效率高； 3、设备通用性好，适合于大批量生产； 2.粉末冶金材料的分类 1、机械材料和零件； 2、多孔材料及制品； 3、硬质工具材料 4、电接触材料； 5、粉末磁性材料； 6、耐热材料； 7、原子能工程材料； 3.粉末冶金材料的孔隙产生过程及其存在形态 产生过程：颗粒间隙（松装粉末聚集体或粉末成形素坯）烧结形成孔隙。存在形态：开孔：与外表面连通的孔隙，半开孔：孔隙只有一端与外表面连通的孔隙，闭孔：与外表面不连通的孔隙，连通孔：互相连通的孔隙 4. 孔隙对材料性能影响的基本理论； 减小承载面积；应力集中剂（减小孔隙尺寸、孔隙球化、孔隙内表面圆滑处理能有效降低应力集中，从而提高强度和韧性）应力松弛剂：裂纹遇到孔隙后被磨钝，提高断裂水平 5.哪些力学性能对孔隙形状敏感：强度、弹性模量、延伸率、断裂韧性、冲击韧性、硬度 6. 提高粉末冶金材料密度的方法：复压复烧，溶浸、粉末冶金热锻 7.固溶强化机理：晶体中有合金元素，固溶原子与晶体中缺陷的交互作用，溶质元素使基体（溶剂）金属的塑性变形抗力、强度、硬度增大，延性和韧性降低 8.影响固溶度（合金溶解度）的因素：晶格因素，相对尺寸因素，化学亲和力，电子浓度因素 9.什么是金属材料热处理?将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以改变金属或合金的内部组织结构，使材料满足使用性能要求。 10.加热奥氏体化时影响粒度的因素：加热温度和保温时间，加热速度，合金元素，原始组织 11.刚冷却时等温转变的基本类型及对应组织结构的名称 共析钢等温转变：珠光体，贝氏体，马氏体；亚共析钢等温转变：奥氏体，铁素体，珠光体；过共析钢等温转变：奥氏体，渗碳体，珠光体 12.烧结钢热处理的工艺特点及注意事项 工艺特点：奥氏体化温度高：致密钢为AC+30～50℃，烧结钢为AC+100～200℃，密度的要求：烧结钢密度过低（＜6.0g/cm3）淬火无任何效果，淬透性比致密钢差 注意事项：(1)孔隙率＞10%易腐蚀，不能在盐浴中加热(2)表面热处理前应进行封孔处理：滚压、精整、或氮化、硫化处理 (3)加热时应气氛保护或添加保护性填料 (4)淬火介质不能用水。 13.烧结钢淬透性的影响因素：孔隙度，合金元素，氧、碳含量 14.身高结钢合金化的特点：1、孔隙的影响：密度低于6.5g/cm3，合金的强化作用很弱；2、某些强化效果好合金元素，如Cr、Mn易氧化，常以中间合金粉或预合金粉引入；3、铜和磷常用，4、烧结钢中常用的合金元素除碳外，主要有Cu、Ni、Mo、Cr、P等 15. C含量对烧结Fe-C系结构与性能的影响 珠光体随C含量而增大而增大，渗碳体随C含量而增大而增大强度有极大值，塑性（延伸率、断面收缩率）单调下降；由于碳分布不均匀，一般烧结钢显微组织为：珠光体+铁素体+少量渗碳体+孔隙+夹杂 16.常见烧结碳钢显微组织：铁素体，珠光体，渗碳体 17．影响烧结碳钢化合碳含量的因素：1、石墨加入量，2、烧结气氛3、烧结温度4、烧结时间5、氧含量

金属粉末冶金材料标准表

公司制造的铁基粉末冶金零件执行标准与成分性能一、GB/T14667.1-93 二、MPIF-35

烧结铁和烧结碳钢的化学成分 (%). 材料牌号Fe C F-0000 97.7-100 0.0-0.3 F-0005 97.4-99.7 0.3-0.6 F-0008 97.1-99.4 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0%。▲ 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0%。烧结铁-铜合金和烧结铜钢的化学 成分(%). 材料牌 号 Fe Cu C FC-0200 83.8-98.5 1.5-3.9 0.0-0.3 FC-0205 93.5-98.2 1.5-3.9 0.3-0.6 FC-0208 93.2-97.9 1.5-3.9 0.6-0.9 FC-0505 91.4-95.7 4.0-6.0 0.3-0.6 FC-0508 91.1-95.4 4.0-6.0 0.6-0.9 FC-0808 88.1-92.4 7.0-9.0 0.6-0.9 FC-1000 87.2-90.5 9.5-10.5 0.0-0.3 烧结铁-镍合金和烧结镍钢的化学成 分(%). 材料牌 号 Fe Ni Cu C FN-0200 92.2-99.0 1.0-3.0 0.0-2.5 0.0-0.3 FN-0205 91.9-98.7 1.0-3.0 0.0-2.5 0.3-0.6 FN-0208 91.6-98.4 1.0-3.0 0.0-2.5 0.6-0.9 FN-0405 89.9-96.7 3.0-5.5 0.2-2.0 0.3-0.6 FN-0408 89.6-96.4 3.0-5.5 0.0-2.0 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为 了特殊目的而添加的其它元素)总量 的最大值为2.0%

粉末冶金常识

粉末冶金常识 1、粉末冶金常识之什么是粉末冶金？ 粉末冶金是一门制造金属粉末，并以金属粉末（有时也添加少量非金属粉末）为原料，经过混合、成形 和烧结，制造材料或制品的技术。它包括两部分内容，即：（1）制造金属粉末（也包括合金粉末，以下统称“金属粉末“）。 （2）用金属粉末（有时也添加少量非金属粉末）作原料，经过混合、成形和烧结，制造材料（称为“粉末冶金材料“）或制品（称为“粉末冶金制品“）。 2、粉末冶金常识之粉末冶金最突岀的优点是什么？ 粉末冶金最突岀的优点有两个： （1）能够制造目前使用其他工艺无法制造或难于制造的材料和制品，如多孔、发汗、减震、隔音等材料和 制品，钨、钼、钛等难熔金属材料和制品，金属-塑料、双金属等复合材料及制品。 （2）能够直接制造岀合乎或者接近成品尺寸要求的制品，从而减少或取消机械加工，其材料利用率可以高 达95%X上，它还能在一些制品中以铁代铜，做到了“省材、节能“。 粉末冶金件 3、粉末冶金常识之什么是"铁基"？什么是铁基粉末冶金？ 铁基是指材料的组成是以铁为基体。铁基粉末冶金是指用烧结（也包括粉末锻造）方法，制造以铁为主要成分的粉末冶金材料和制品（铁基机械零件、减磨材料、摩擦材料，以及其他铁基粉末冶金材料）的工艺总称。 4、粉末冶金常识之用于粉末冶金的粉末制造方法主要有哪几类？ 粉末制造方法主要有物理化学法和机械粉碎法两大类。前者包括还原法、电解法和羰基法等；后者包括研磨法和雾化法。 5、粉末冶金常识之用还原法制造金属粉末是怎么回事？ 该法是用还原剂把金属氧化物中的氧夺取出来，从而得到金属粉末的一种方法。 6、粉末冶金常识之什么叫还原剂？ 还原剂是指能够夺取氧化物中氧的物质。制取金属粉末所用的还原剂，是指能够除掉金属氧化物中氧的物质。就金属氧化物而言，凡是与其中氧的亲合力大于这种金属与氧的亲合力的物质，都称其为这种金属氧化物的还原剂。 7、粉末冶金常识之粉末还原退火的目的是什么？ 粉末还原退火的目的主要有以下三个方面：（1）去除金属粉末颗粒表面的氧化膜；（2）除掉颗粒表面吸附的气体和水分等异物；（3 ）消除颗粒的加工硬化。 粉末冶金工艺流程图 8、粉末冶金常识之用于粉末冶金的粉末性能测定一般有哪几项？ 用于粉末冶金的粉末性能测定一般有三项：化学成分、物理性能和工艺性能。9、用于粉末冶金的粉末物 理性能主要包括那几项？ 用于粉末冶金的粉末物理性能主要包括以下三项：（ 1）粉末的颗粒形状；（ 2）粉末的粒度和粒度组成；（3）粉末的比表面。

粉末冶金材料标准表

公司制造的铁基粉末冶金零件执行标准与成分性能<一>G B/T14667.1-9 3

-35 240 390 260 1.0 25070 7.0 F-0008-50HT -65HT -75HT -85HT 380 450<0.5S 480 22HRC 60HRC 6.3 450520 <0.5 55028 60 6.6 520 590 <0.5 620 32 60 6.9 590 660 <0.5 690 35 60 7.1 烧结铁和烧结碳钢的化学成分(%). 材料牌号Fe C F-0000 97.7-100 0.0-0.3 F-0005 97.4-99.7 0.3-0.6 F-0008 97.1-99.4 0.6-0.9 注:用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0%。▲ 注:用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大烧结铁-铜合金和烧结铜钢的化学成分(%). 材料牌号Fe Cu C FC-0200 83.8-98.5 1.5-3.9 0.0-0.3 FC-0205 93.5-98.2 1.5-3.9 0.3-0.6 FC-020893.2-97.9 1.5-3.9 0.6-0.9 FC-0505 91.4-95.7 4.0-6.0 0.3-0.6 FC-0508 91.1-95.4 4.0-6.0 0.6-0.9 FC-0808 88.1-92.4 7.0-9.0 0.6-0.9 FC-1000 87.2-90.5 9.5-10.5 0.0-0.3 烧结铁-镍合金和烧结镍钢的化学成分(%). 材料牌 号 Fe Ni Cu C FN-0200 92.2-99.0 1.0-3.0 0.0-2.5 0.0-0.3 FN-0205 91.9-98.7 1.0-3.0 0.0-2.5 0.3-0.6 FN-0208 91.6-98.4 1.0-3.0 0.0-2.5 0.6-0.9 FN-0405 89.9-96.7 3.0-5.5 0.2-2.0 0.3-0.6 FN-0408 89.6-96.4 3.0-5.5 0.0-2.0 0.6-0.9 注:用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目 的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0% ⊙铁-铜合金和铜钢粉末冶金材料性能(MPIF-35) 材料编号最小强度(A)(E) 拉伸性能 横向 断裂 压缩 屈服 强度 (0.1%) 硬度 密度屈服极限极限强度 屈服强度 (0.2%) 伸长率 (25.4mm ) 宏观 (表 现) 微观 (换算 的) MPa MPa MPa % MPa MPa 络氏g/cm3 FC-0200-15 -18 -21 -24 100 170 140 1.0 310 120 11HR B N/A 6.0 120 190 160 1.5 350140 18 6.3 140 210 180 1.5 390 160 26 6.6 170 230 200 2.0 430 180 36 6.9 FC-0205-30 -35 -40 -45 210 240 240 <1.0 410 340 37HR B N/A 6.0 240 280 280 <1.0 520 370 48 6.3 280 340 310 <1.0 660 390 60 6.7

粉末冶金材料的分类及应用

粉末冶金材料的分类及应用 粉末冶金材料是指用几种金属粉末或金属与非金属粉末作原料，通过配料、压制成形、烧结等工艺过程而制成的材料。这种工艺过程称为粉末冶金法，是一种不同于熔炼和铸造的方法。其生产过程与陶瓷制品相类似，所以又称金属陶瓷法。 粉末冶金法不仅是制取具有某些特殊性能材料的方法，也是一种无切屑或少切屑的加工方法。它具有生产率高、材料利用率高、节省机床和生产占地面积等优点。但金属粉末和模具费用高，制品大小和形状受到一定限制，制品的韧性较差。 粉末冶金法常用于制作硬质合金、减摩材料、结构材料、摩擦材料、难熔金属材料、过滤材料、金属陶瓷、无偏析高速工具钢、磁性材料、耐热材料等。 粉末冶金的生产过程 (1)生产粉末。粉末的生产过程包括粉末的制取、粉料的混合等步骤。为改善粉末的成型性和可塑性通常加入汽油、橡胶或石蜡等增塑剂。 (2)压制成型。粉末在500~600MPa压力下，压成所需形状。 (3)烧结。在保护气氛的高温炉或真空炉中进行。烧结不同于金属熔化，烧结时至少有一种元素仍处于固态。烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程，成为具有一定孔隙度的冶金产品。 (4)后处理。一般情况下，烧结好的制件可直接使用。但对于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件还要进行烧结后处理。后处理包括精压、滚压、挤压、淬火、表面淬火、浸油、及熔渗等。 粉末冶金材料的主要类型 1 硬质合金 硬质合金是以一种或几种难熔碳化物的粉末为主要成分，加入起粘结作用的钴粉末，用粉末冶金法制得的材料。 常用硬质合金按成分和性能特点分为：钨钴类、钨钴钛类、钨钛钽(铌)类。常用硬质合金的牌号、成分和性能见表1。 表1 常用硬质合金的牌号、成分和性能

粉末冶金摩擦副材料及其成形技术

机器设备在运转过程中，部分零件之间相互接触产生摩擦形成摩擦副。摩擦副零件是机器设备的重要组成部分，其性能对机器设备使用寿命有着重要影响。组成摩擦副的零件一般在相对速度高、接触比压大的摩擦工况下服役，因此此类零件磨损也较为严重。现代工业发展促使了高能效和微型化机械设备的应用，这使得摩擦副零件工况条件更为苛刻，所以开发高性能摩擦副材料具有重要意义。粉末冶金工艺生产机械零件具有突出的经济优势、良好的尺寸精度，并可生产形状复杂的零件。因此，国内外对粉末冶金摩擦副材料及制品开发高度关注，并开展了大量工作。 粉末冶金摩擦副材料主要包括两类，一类是粉末冶金减摩耐磨材料，另一类是粉末冶金摩擦材料。其中粉末冶金减摩耐磨材料主要是在基体中浸入润滑油或加入固体润滑剂，使材料具有减摩耐磨性能，这类材料主要用来制造轴承、轴瓦以及滑块等零件。粉末冶金摩擦材料主要由基体组元、润滑组元和摩擦组元组成，要求材料具有较高的摩擦系数和耐磨性，主要用于离合器和制动器等关键零部件。 粉末成形作为粉末冶金重要的一项生产工序，直接影响生坯的密度和强度，进而对制品性能产生影响。目前，应用于摩擦副零件制备的成形工艺主要有传统模压成形、粉末注射成形、温压以及粉末锻造技术等，这些成形工艺各有其独特的优点。本文简述了粉末冶金摩擦副产品的性能特点，介绍了其成形工艺技术发展现状，并对摩擦副零件市场进行了展望。 1　粉末冶金摩擦副材料发展现状 1.1　粉末冶金摩擦材料 机械设备运行速度以及负载增加，使得传动装置对摩擦材料性能要求变得越来越高。粉末冶金技术可以在大范围内改变材料组分，所以粉末冶金摩擦材料工作可靠性、摩擦系数稳定性和耐摩性较好。 常见粉末冶金摩擦材料主要有铁基和铜基两类。铜基摩擦材料主要应用于高铁、风电及航空航天等领域，其摩擦学性能与材料组分有关，如在基体中添加适量合金元素Sn可提高材料强度和硬度；还可通过润滑组元和摩擦组元的合理搭配，来提高材料耐磨性。与铜基摩擦材料相比，铁基摩擦材料更耐高温，成本也相对较低，但此类材料容易与对偶件发生咬合，且抗氧化性和导热性相对较差；为了改善这种状况，可以在基体中添加合金元素Cu等。 近年来，C/C复合材料也被广泛用于飞机和高速列车等摩擦副部件制造中。这种材料虽然密度较低，但其高温强度较为优异，但此类材料摩擦系数相对较低，高温抗氧化性较差；为了改善材料性能，可在基体中加入S i C等来提高材料的抗氧化性和耐磨性。 1.2　粉末冶金减摩耐磨材料 粉末冶金减摩耐磨材料在基体选择上与粉末冶金摩擦材料基本相同，但主要考虑减摩性能。传统粉末冶金减摩耐磨材料是通过浸油处理使基体含有一定润滑油，它是以牺牲材料本身力学性能来获得减摩效果。由于润滑油在某些工况条件（如超低温、高真空和高速高负载）下容易失效，使材料减摩耐磨性能下降甚至完全丧失，导致零件严重磨损。因此，粉末冶金减摩耐磨固体自润滑材料应运而生。目前，粉末冶金减磨耐磨固体自润滑材料研究主要集中在开发固体润滑剂方面，包括多元固体润滑剂和纳米固体润滑剂。 固体润滑剂开发和应用对于解决关键零部件摩擦问题具有重要意义。在某些特殊工况条件下，仅依靠单一润滑 学性能要求。例如，在烧结过程中， 分发生固相反应，生成Mo 和Mo （1.合肥工业大学材料学院，合肥 230009；2.安徽省粉末冶金工程技术研究中心，合肥 230009； 3.合肥波林新材料股份有限公司，合肥 231121） 摘　要：机器设备失效主要原因之一是摩擦副零件的磨损。作为高性能摩擦副材料的重要组成部分，粉末冶金摩擦副材料研究与开发受到了国内外的广泛关注。传统粉末冶金摩擦副制品由于受孔隙和强度等因素限制，在高速、重载等工况条件下容易发生失效，所以发展高性能的粉末冶金摩擦副材料及其制备技术具有重要意义。主要简述了国内外粉末冶金减摩耐磨材料和摩擦材料最新研究进展，重点介绍了一些典型粉末冶金摩擦副零件成形工艺与特点，同时对粉末冶金摩擦副零件市场应用和发展趋势进行讨论。 关键词：粉末冶金 摩擦副 磨损 成形技术 通讯作者：程继贵。

铁基粉末冶金零件热处理

铁基粉末冶金零件热处理 摘要：热处理是一种成熟的，经常使用的工艺性技术。这篇文章评述了人们不大注意的铁基粉末冶金零件整体淬火时，孔隙度与合金含量对其淬透性的影响。 关键词：铁基粉末冶金零件；热处理；淬透性 在铁基粉末冶金零件生产中，零件材料必须具有的许多性能与组织结构都是在烧结过程中形成的，但其中一些性能只有通过后续热处理，才能得到改进与完善。因此，热处理对于铁基粉末冶金零件产业是极其重要的一项技术。 铁基粉末冶金零件的热处理原理，虽然和成分相同的铸锻零件相同，但由于粉末冶金零件具有一定量孔隙度与合金化元素的微观分布可能不均一，因此，粉末冶金零件的热处理工艺可能有所不同。关于孔隙度对铁基粉末冶金零件材料热处理性能的影响，经几十年的探索与实践，已有较清楚地认识，摘要介绍如下。 1 孔隙度对铁基粉末冶金零件整体淬火的影响 大部分铁基粉末冶金零件，为了增高强度、硬度及耐磨性，都需要进行整体淬火，即淬火与回火。需要进行整体淬火的铁基粉末冶金零件，其化合碳含量应≥0.3%(质量分数)，并且在图1中的A3温度以上呈奥氏体状态。 图1 碳钢的热处理相图 铁基粉末冶金零件的整体淬火由以下3道工序组成: 奥氏体化。在具有和化合碳含量相当碳势的保护性气氛下，将零件加热到高于A3温度，通常为850℃，并保温一定时间，其长短视零件形状及尺寸而定。诸如30min，使之奥氏体化。 淬火。从奥氏体化温度或稍低，但仍高于A3的温度，将零件淬于油或水中，使奥氏体转变成硬且脆的马氏体或贝氏体。对于铁基粉末冶金零件，最好是淬于温油(50℃)中，这是因为粉末冶金零件具有孔隙度，淬火冷却速度太快时，零件可能开裂。另外，采用盐水淬火时，淬火后，存留于孔隙中的盐水会导致零件严重腐蚀。 回火。依据GB/T19076-2003“烧结金属材料-规范”铁基粉末冶金零件通常是在180℃(烧结镍钢为260℃)下回火，回火时间通常是依据零件断面厚度，按每25.4mm回火1h。其目的是消除奥氏体转变为马氏体与贝氏体时产生的内应力。回火可减小马氏体与贝氏体的脆性，提升零件材料的韧性。 1.1 孔隙度对粉末冶金Fe-C材料淬透性的影响 淬透性的定义是，快速冷却时，在一给定深度，材料试样从奥氏体转变为马氏体的能力。淬透性通常是用顶端淬火法测定的。为测定烧结碳钢的淬透性，由水雾化铁粉与0.9%(质量分数)石墨粉的混合粉，用压制-烧结制成Φ80mm×高30mm，密度为6.0～7.1g/cm3的坯料[化合碳0.8%(质量分数)]。再由坯料切削加工成顶端淬火试样，于870℃，在中性气氛中，奥氏体化30min后水淬。从淬火端每隔2.5mm测定一次表观硬度HRA。同时，还和由C-1080锻钢切削加工的顶端淬火试样进行了对比。试验结果示于图2。 从图2可看出，材料试样的密度(即孔隙度)对淬透性有若干影响。首先，孔隙度减低材料的热导率，这是因为孔隙中充满空气，而空气的热导率比钢小。另外，由于硬度压痕和材料基体中的孔隙度相关，从而也影响测定的硬度值。图2还表明，淬透性差不多随着烧结钢材料密度增大呈直线性增高。因此，在设计-具有给定材料密度的粉末冶金碳钢零件时，对于选择使零件横截面能全部转变成马氏体的合适材料组成，图2是有用的。 1.2 铁基粉末冶金材料的淬透性标准 在设计-铁基粉末冶金零件时，要想使粉末金零件的横截面经过淬火-回火转变成马氏体，就必须依据材料的淬透性来选择适当的材料。

粉末冶金_论文司宗甲

先进制造技术---粉末冶金技术 2013届机械在职研究生司宗甲（扬州保来得科技实业有限公司） 摘要：粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。粉末冶金材料是指用几种金属粉末或金属与非金属粉末作原料，通过配料、压制成形、烧结等工艺过程而制成的材料。这种工艺过程成为粉末冶金法，是一种不同于熔炼和铸造的方法。其生产过程与陶瓷制品相类似，所以又称金属陶瓷法。粉末冶金法不仅是制取具有某些特殊性能材料的方法，也是一种无切削或少切削的加工方法。它具有生产率高、材料利用率高、节省机床和生产占地面积等优点。但金属粉末和模具费用高，制品大小和形状受到一定限制，制品的韧性较差。粉末冶金法常用于制作硬质合金、减摩材料、结构材料、摩擦材料、难熔金属材料、过滤材料、金属陶瓷、无偏析高速工具钢、磁性材料、耐热材料等。 关键词：粉末冶金、基本工序、应用、发展方向、问题及机遇 一、世界粉末冶金工业概况 2012年全球粉末货运总量约为88万吨，其中美国占51%，欧洲18%，日本13%，其它国家和地区18%。铁粉占整个粉末总量的90%以上。从2010年起，世界铁粉市场持续增长，4年时间增加了近20%。 汽车行业仍然是粉末冶金工业发展的最大动力和最大用户。一方面汽车的产量在不断增加，另一方面粉末冶金零件在单辆汽车上的用量也在不段增加。北美平均每辆汽车粉末冶金零件用量最高，为19.5公斤，欧洲平均为9公斤，日本平均为8公斤。中国由于汽车工业的高速发展，拥有巨大的粉末冶金零部件市场前景，已经成为众多国际粉末冶金企业关注的焦点。 粉末冶金铁基零件在汽车上主要应用于发动机、传送系统、ABS系统、点火装置等。汽车发展的两大趋势分别为降低能耗和环保；主要技术手段则是采用先进发动机系统和轻量化。 欧洲对汽车尾气过滤为粉末冶金多孔材料又提供了很大的市场。在目前的发动机工作条件下，粉末冶金金属多孔材料比陶瓷材料具有更好的性能优势和成本优势。 工具材料是粉末冶金工业另一类重要产品，其中特别重要的是硬质合金。要求加工工具本身更锋利、刚性更好、韧性更高；加工材料的范围扩大到吕合、镁合金、钛合金以及陶瓷等；尺寸精度要求更高；加工成本要求更低；环境影响要减到最小，干式加工比例更大。这些新要求加快了粉末冶金工具材料的发展。 二、粉末冶金技术简介 粉末冶金是制取金属粉末并通过成形和烧结等工艺将金属粉末或与非金属粉末的混合物制成制品的加工方法，既可制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料，又可制造各种精密的机械零件，省工省料。但其模具和金属粉末成本较高，批量小或制品尺寸过大时不宜采用。 粉末冶金工艺的基本工序是： 1、原料粉末的制备。现有的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。而机械法可分为：机械粉碎及雾化法；物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。 2、粉末成型为所需形状的坯块。成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯，并使其具有一定的密度和强度。成型的方法基本上分为加压成型和无压成型。加压成型中应用最多的是模压成型。 3、坯块的烧结。烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。对于单元系和多元系的固相烧结，烧