粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料,經(jīng)過成形和燒結(jié),制取金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工業(yè)技術(shù),粉末冶金的生產(chǎn)工藝與陶瓷生產(chǎn)非常相似,都屬于粉末燒結(jié)技術(shù),二者之間的共通之處很多,例如碳化鈦合金棒,它就是粉末冶金制品,但也屬于陶瓷的范疇。
粉末冶金技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于交通、機(jī)械、電子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工業(yè)等領(lǐng)域,成為新材料科學(xué)中最具發(fā)展活力的分支之一。粉末冶金技術(shù)具備顯著節(jié)能、省材、性能優(yōu)異、產(chǎn)品精度高且穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn),非常適合于大批量生產(chǎn)。另外,部分用傳統(tǒng)鑄造方法和機(jī)械加工方法無(wú)法制備的材料和復(fù)雜零件也可用粉末冶金技術(shù)制造,因而備受工業(yè)界的重視。
廣義的粉末冶金制品業(yè)涵括了鐵石刀具、硬質(zhì)合金、磁性材料以及粉末冶金制品等。狹義的粉末冶金制品業(yè)僅指粉末冶金制品,包括粉末冶金零件(占絕大部分)、含油軸承和金屬射出成型制品等。
粉末冶金具有獨(dú)特的化學(xué)組成和機(jī)械、物理性能,而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無(wú)法獲得的。運(yùn)用粉末冶金技術(shù)可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品,如含油軸承、齒輪、凸輪、導(dǎo)桿、刀具等,是一種少無(wú)切削工藝。那么粉末冶金工藝有哪些優(yōu)缺點(diǎn)呢?
一、粉末冶金工藝的優(yōu)點(diǎn)
1、可以加工特殊材料。材料粉末冶金的方法可以制造難熔的金屬以及化合物、假合金,多孔材料、金屬與非金屬化合物、特殊合金等。
2、節(jié)約金屬,降低成本。因?yàn)榉勰┮苯鹂梢詨褐瞥勺罱K尺寸的壓坯,不需要再使用機(jī)械加工。用這種方法生產(chǎn)金屬的損耗只有1—5%,是普通金屬加工工藝的一百分之一到五十分之一。
3、制取高純度材料。粉末冶金工藝在材料生產(chǎn)過程中不熔化材料,也就不會(huì)混入其他物質(zhì)帶來(lái)的雜質(zhì),而燒結(jié)又是在真空和還原氣氛中進(jìn)行的,不怕氧化也不會(huì)有任何污染材料,因此制品純度相對(duì)較高。
4、材料分配正確性。粉末冶金法可以保證材料成分在配比時(shí)的正確性和均勻性。
5、大批量生產(chǎn)降低成本。粉末冶金適合對(duì)統(tǒng)一形狀數(shù)量眾多的產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn),例如齒輪等費(fèi)用較高的產(chǎn)品,它可以極大降低生產(chǎn)成本。
二、粉末冶金工藝的缺點(diǎn)
1、粉末冶金產(chǎn)品強(qiáng)度、韌性差。由于粉末壓制而成的壓坯,其內(nèi)部的孔隙不能完全消除,因此,粉末冶金的制品在強(qiáng)度和韌性上與相應(yīng)成分的鑄件、鍛件相比要差。
2、粉末冶金不能制成大型產(chǎn)品。由于金屬粉末的流動(dòng)性比金屬液要差,所以它的形狀和大小會(huì)受到一定的限制,重量都不會(huì)超過10公斤。
3、壓模成本較高。由于壓模制造的成本過高,所以只適合使用在大批量的生產(chǎn)中。
三、粉末冶金制品的發(fā)展
1、高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)零件:粉末冶金有代表性的是鐵基合金,鈦合金,將向大體積的精密制品,高質(zhì)量結(jié)構(gòu)零件發(fā)展。
2、高性能合金:粉末冶金制造具有均勻顯微組織結(jié)構(gòu)的、加工困難而完全致密的高性能合金。
3、混合相特殊合金:粉末冶金用增強(qiáng)致密過程來(lái)制造一般含有混合相組成的特殊合金。
4、復(fù)合零部件:加工獨(dú)特的和非一般形態(tài)或成分的復(fù)合零部件。
四、碳化鈦基金屬陶瓷
接下來(lái)我們就以碳化鈦合金棒為例來(lái)說(shuō)一說(shuō)它的用途和特點(diǎn)。
碳化鈦合金棒也叫碳化鈦基金屬陶瓷,是以碳化鈦(TiC) 為硬質(zhì)相,高錳鋼及其他金屬粉末為粘結(jié)相,再適當(dāng)配入相應(yīng)的合金元素,用粉末冶金方法生產(chǎn)的一種硬質(zhì)合金材料,它被廣泛應(yīng)用在破碎機(jī)耐磨件上,采用熔融的高錳鋼液澆鑄,將合金棒鑲鑄在耐磨件的工作面,二者產(chǎn)生牢固的冶金結(jié)合,制備成復(fù)合耐磨件,有效減少了基體材料高錳鋼的磨損,維修量和更換量顯著減少,從而降低了備件費(fèi)用,另外提高了破碎比,出料率也得到顯著提高。
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