粉末冶金机械零件

 

粉末冶金机械零件是指用粉末冶金方法制造的机械零件,又称烧结机械零件。到70年代,烧结机械零件在生产上已颇具规模,在农业机械、汽车、机床、仪表、纺织、轻工等工业部门得到较广泛的应用。

正文内容

用粉末冶金方法制造的机械零件,又称烧结机械零件。通常包括机械结构零件、含油轴承和摩擦零件;狭义地指结构零件。最初出现的烧结机械零件是烧结金属含油轴承。1910年瑞典人勒夫恩达尔(V.Lwendal)取得了制造现代烧结青铜含油轴承的专利。后来美国人吉尔松(E.G.Gilson)实现了这种轴承的工业化生产。1930年正式确立了它的工业产品的地位。1933年,德国开始研制烧结铁基含油轴承。30年代末美国已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,由于铁粉质量的改进和粉末新品种的开发,成形技术、成形设备和烧结设备的发展,烧结机械零件的性能日益改善,形状日趋复杂,产量迅速增加。近十年来工业发达国家烧结机械零件的平均年递增率约为10~15%。中国1954年开始生产铜基含油轴承,1957年生产铁基含油轴承,到70年代,烧结机械零件在生产上已颇具规模,在农业机械、汽车、机床、仪表、纺织、轻工等工业部门得到较广泛的应用。

材质烧结机械零件材料和普通铸锻材料的主要差异在于前者的密度是一个可控变量;在两者的化学成分和显微组织大致相同的条件下,前者的力学性能是它的密度的函数。影响它的力学性能的另外一个重要因素是合金元素。在铁基烧结材料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(特别是铜)使用,主要用于改进铁基烧结材料的强度和硬度;铜、镍、钼的共同特点是同氧的亲合力比铁小,所以含有这些元素的合金粉末体,可在一般烧结纯铁的气氛中进行烧结。

在生产烧结铁基材料中,铜是应用最广的合金元素。铜在烧结时即被熔化,并可溶于铁,与铁形成合金,从而大大提高烧结铁基材料的强度。如用铜和碳或镍同时用作合金元素时,烧结铁基材料的力学性能还可进一步提高。在烧结铁基材料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好作用。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。在70年代把磷铁粉加入铁粉中,形成了烧结铁磷碳系合金。在烧结有色金属合金方面,发展出烧结青铜、烧结黄铜、烧结铝合金等。

材料的密度,孔隙的大小、形状和分布,以及烧结程度对烧结机械零件材料的力学性能都有重大影响(见粉末冶金烧结)。依据材料的密度,烧结碳钢的抗拉强度为11~42kgf/mm,热处理后可增高到63kgf/mm以上。烧结铜钢的抗拉强度为14~57kgf/mm,热处理后可达70kgf/mm以上。烧结黄铜的抗拉强度达28kgf/mm。一般烧结铝合金的抗拉强度为10~35kgf/mm。烧结材料由于存在残余孔隙(一般为5~25%),其延性和冲击韧性都较低。虽然通过复压、复烧、熔渗、后续热处理等,改变了孔隙形态和数量,可以改进其力学性能,特别是疲劳强度、冲击韧性和延性,但仍达不到相应的铸锻材料的性能水平,因此烧结机械零件的应用范围受到限制。但是,用烧结方法生产机械零件,同用铸、锻、机械加工方法生产的零件相比,具有能源节省、加工工序少、材料利用率高、尺寸精度均匀一致、适于大批量自动化生产等优点,应用范围也一直在扩大。烧结机械零件常用材料的性能和主要用途见表。一些典型粉末冶金机械零件见图1。

粉末烧结锻造将粉末冶金成形与锻造结合起来,是烧结机械零件制造工艺的一项重要发展。工艺过程是先用粉末冶金法将金属粉末制成预成形坯,再经锻造等工序制成零件,这样可使烧结材料的孔隙率减小到2%以下,物理性能、力学性能提高到接近相应铸锻材料的水平,扩大了烧结机械零件的应用范围。