熱處理四把火---金屬注射成型

金屬熱處理有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝，俗稱“四把火”。

一、第1把火——退火：

1、退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后進行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達到 平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進一步淬火作組織準(zhǔn)備。

2、退火的目的：

①改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓、軋制和焊接過程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應(yīng)力，防止工件變形、開裂。

②軟化工件以便進行切削加工。

③細(xì)化晶粒，改善組織以提高工件的機械性能。

④為最終熱處理(淬火、回火)作好組織準(zhǔn)備。

二、第二把火——正火：

1、正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效 果同退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能，也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。

2、正火的目的：

①可以消除鑄、鍛、焊件的過熱粗晶組織和魏氏組織，軋材中的帶狀組織;細(xì)化晶粒;并可作為淬火前的預(yù)先熱處理。

②可以消除網(wǎng)狀二次滲碳體，并使珠光體細(xì)化，不但改善機械性能，而且有利于以后的球化退火。

③可以消除晶界的游離滲碳體，以改善其深沖性能。

三、金屬熱處理的第三把火——淬火：

1、淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無機鹽、有機水 溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時變脆。

2、淬火的目的：

①、提高金屬成材或零件的機械性能。例如:提高工具、軸承等的硬度和耐磨性，提高彈簧的彈性極限，提高軸類零件的綜合機械性能等。

②、改善某些特殊鋼的材料性能或化學(xué)性能。如提高不銹鋼的耐蝕性，增加磁鋼的永磁性等。

四、金屬熱處理的第四把火——回火：

1、回火為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于 710℃的某一適當(dāng)溫度進行長時間的保溫，再進行冷卻，這種工藝稱為回火。

2、回火的目的：

①、減少內(nèi)應(yīng)力和降低脆性，淬火件存在著很大的應(yīng)力和脆性，如沒有及時回火往往會產(chǎn)生變形甚至開裂。

②、調(diào)整工件的機械性能，工件淬火后，硬度高，脆性大，為了滿足各種工件不同的性能要求，可以通過回火來調(diào)整，硬度，強度，塑性和韌性。

③、穩(wěn)定工件尺寸。通過回火可使金相組織趨十穩(wěn)定，以保證在以后的使用過程中不再發(fā)生變形。

④、改善某些合金鋼的切削性能。

我國粉末冶金行業(yè)集中度高

根據(jù)中國粉末冶金協(xié)會統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，34家國內(nèi)大中型粉末冶金生產(chǎn)企業(yè)(占53 家企業(yè)數(shù)量的64%)的累計產(chǎn)量長期占53家企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)量的占比高達85%，其中大多數(shù)汽車粉末冶金零部件生產(chǎn)商集中在這34 家企業(yè)中。過去十年，受益于汽車產(chǎn)量的增長，汽車用粉末冶金零部件需求也呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢。未來，除了汽車行業(yè)本身的增長，粉末冶金零件需求也將受益于進口替代和對機加工零件替代的雙重替代，單車的粉末冶金用量將明顯提升，保障傳統(tǒng)汽車粉末冶金零部件的需求將保持平穩(wěn)增長。粉末冶金齒輪是各種汽車發(fā)動機中普遍使用的粉末冶金零件，雖然在大批量的情況下是非常經(jīng)濟實用的，不過在其他方面也有待改進的地方。

　　從行業(yè)趨勢來看，進入2008 年以后，由于價格的優(yōu)勢，世界粉末冶金的生產(chǎn)中心逐步往中國轉(zhuǎn)移，日本本土的產(chǎn)量出現(xiàn)了明顯的下降。根據(jù)中國粉末冶金協(xié)會的統(tǒng)計，以34 家粉末冶金企業(yè)產(chǎn)量為基數(shù)，2009/2010/2011 車用粉末冶金的單車用量分別為3.1/3.6/3.76kg/輛，用量增長趨勢明顯，在經(jīng)歷了2012 年短暫的下滑后，2013年又重回3.71kg/輛的水平。由于壓制和模具上的原因，一般不適宜生產(chǎn)蝸輪、人字形齒輪和螺旋角大于35°的斜齒輪。產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)認(rèn)為，考慮到車輛節(jié)能、輕量化及產(chǎn)品精度化的訴求，伴隨未來中國粉末冶金生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模做大，技術(shù)加強和依舊強勁的成本優(yōu)勢，車用粉末冶金零件進口替代趨勢下的需求增長仍將持續(xù)發(fā)生

金屬注射成形用不銹鋼粉的生產(chǎn)工藝

金屬注射成形技術(shù)由陶瓷零件的粉末注射成形技術(shù)發(fā)展而來，是一種新型的粉末冶金近凈成形技術(shù)。金屬注射成形技術(shù)技術(shù)的主要生產(chǎn)步驟如下：金屬粉末與粘結(jié)劑混合——制?！⑸涑尚巍撝獰Y(jié)——后續(xù)處理——最終產(chǎn)品該技術(shù)適用于大批量生產(chǎn)性能高、形狀復(fù)雜的小尺寸的粉末冶金零部件，如瑞士的手表業(yè)用來生產(chǎn)手表零件。      近幾十年來，MIM技術(shù)發(fā)展勢頭迅猛，能應(yīng)用的材料體系包括：Fe-Ni合金、不銹鋼、工具鋼、高比重合金、硬質(zhì)合金、鈦合金、鎳基超合金、金屬間化合物、氧化鋁、氧化鋯等。金屬注射成形技術(shù)要求粉末粒度為微米級以下，形狀近球形。此外對粉末的松裝密度、搖實密度、粉末長徑比、自然坡度角、粒度分布也有一定的要求。目前生產(chǎn)金屬注射成形技術(shù)用粉末的主要方法有：水霧化法、氣體霧化法、羰基法。常用的不銹鋼金屬的粉末牌號有：304L，316L， 317L，410L，430L，434L，440A，440C，17-4PH等。今天我們就粉末冶金齒輪的缺點，簡單的介紹一下：粉末冶金齒輪（1）、粉末冶金齒輪價格與采購批量有關(guān)。

     對于水霧化法其制作流程為：

     選用不銹鋼原料——中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔化——成份調(diào)整——脫氧除渣——霧化制粉——質(zhì)量檢測——篩分——包裝入庫主要用到的設(shè)備有：中頻感應(yīng)熔爐、高壓水泵、全封閉式制粉裝置、循環(huán)水水池、篩分和包裝設(shè)備、檢測儀器等。

    對于氣霧化法其制作流程為：

    選用不銹鋼原料——中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔化——成份調(diào)整——脫氧除渣——霧化制粉——質(zhì)量檢測——篩分——包裝入庫主要用到的設(shè)備有：中頻感應(yīng)熔爐、氮氣源和霧化裝置、循環(huán)水水池、篩分和包裝設(shè)備、檢測儀器等。

每種方法各有其優(yōu)缺點：水霧化法是主要的制粉工藝，其效率高、大規(guī)模生產(chǎn)比較經(jīng)濟，可使粉末細(xì)微化，但形狀不規(guī)則，這有利于保形，但所用粘結(jié)劑較多，影響精度。此外，水與金屬高溫反應(yīng)形成的氧化膜妨礙燒結(jié)。氣體霧化法是生產(chǎn)金屬注射成形技術(shù)用粉的主要方法，它生產(chǎn)的粉末為球形，氧化程度低，所需粘結(jié)劑少，成形性好，但極細(xì)粉收率低，價格高，保形性差，且粘結(jié)劑中的C，N，H，O對燒結(jié)體有影響。羰基法生產(chǎn)的粉末純度高、開頭穩(wěn)定、粒度極細(xì)，它最適合于 MIM，但僅限于Fe,Ni等粉體，不能滿足品種的要求。為了滿足金屬注射成形技術(shù)用粉的要求，許多制粉公司對上述方法進行了改進，還發(fā)展了微霧化、層流霧化等制粉方法?，F(xiàn)在通常是水霧化粉和氣霧化粉混合使用，前者提高振實密度后者維持保形性。同時有提高硬度耐磨性的優(yōu)點五、電鍍(Electroplating)電鍍：是利用電解作用使金屬的表面附著一層金屬膜的工藝從而起到防止腐蝕，提高耐磨性、導(dǎo)電性、反光性及增進美觀等作用的一種技術(shù)。目前采用水霧化粉也可生產(chǎn)相對密度大于99%的燒結(jié)體，因此較大型零件只使用水霧化粉，較小型零件使用氣霧化粉

我國近十年來粉末冶金成形新技術(shù)綜述

粉末冶金是一項集材料制備與零件成形于一體，節(jié)能、節(jié)材、高效、最終成形、少污染的先進制造技術(shù)，在材料和零件制造業(yè)中具有不可替代的地位和作用，已經(jīng)進入當(dāng)代材料科學(xué)的發(fā)展前沿。

   目前粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、低成本方向發(fā)展，本文著重介紹幾種近十年來粉末冶金零件的成形新技術(shù)。

   一、溫壓技術(shù)

   溫壓技術(shù)是粉末冶金領(lǐng)域近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù)，可生產(chǎn)出高密度、高強度，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。所謂溫壓技術(shù)就是采用te制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng)，將加有特殊潤滑劑的預(yù)合金粉末和模具等加熱至130～150℃，并將溫度波動控制在±2．5℃以內(nèi)，然后和傳統(tǒng)粉末冶金工藝一樣進行壓制、燒結(jié)而制得粉末冶金零件的技術(shù)。良好的滲透性：由于靜電屏蔽效應(yīng)，工件的深孔、狹縫，管件的內(nèi)壁等部位難以電鍍上鋅，因此工件的上述部位無法采用電鍍的方法進行保護。其技術(shù)關(guān)鍵：一是溫壓粉末制備，二是溫壓系統(tǒng)。

   與傳統(tǒng)工藝相比，溫壓成形的壓坯密度約有0.15～0.30g／cm3的增幅，其密度可達7.45g／cm3。在相同的壓制壓力下，溫壓材料的屈服強度比傳統(tǒng)工藝平均高11％，極限拉伸強度平均高13．5％，沖擊韌性可提高33％。另外，溫壓零件的生坯強度高，可達2O～30MPa，比傳統(tǒng)方法提高50—100％，不僅降低生坯搬運過程中的破損率而且能對生坯進行機加工，表面光潔度好。從某種程度上正在以驚人的速度取代CNC精加工等傳統(tǒng)成型技術(shù)，且該技術(shù)在突破核心技術(shù)攻堅后，質(zhì)量穩(wěn)定，便于大批量生產(chǎn)，客戶滿意度高，企業(yè)回報率高。此外，溫壓工藝的壓制壓力低和脫模力小，同時零件性能均一，產(chǎn)品精度高，材料利用率高。

   溫壓工藝還有一個特點是工藝簡單，成本低廉。研究表明，假如一次壓制、燒結(jié)的普通粉末冶金工藝的成本為1.0，則粉末鍛造的相對成本為2.0，復(fù)壓復(fù)燒的相對成本為1.5，滲銅的相對成本為1.4，而溫壓技術(shù)的相對成本為1．25。目前，采用溫壓技術(shù)生產(chǎn)的粉末冶金零件已達200多種，零件重量在5—1200g。例如，德國SinterstahlGmbH公司用溫壓技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的摩擦傳動用同步齒環(huán)，在美國新奧爾蘭舉行的PM2TEC2001國際會議上獲獎。該零件的齒部密度超過7.3g／cm，環(huán)體密度超過7.1g／cm，生坯強度達到28MPa。質(zhì)量、切削量：對于在切削加工和磨削加工中材料損耗非常、加工非常耗時的零件，MIM在降低生產(chǎn)成本上極有優(yōu)勢。采用了擴散合金化的燒結(jié)硬壓粉末，zui低抗拉強度為850MPa。由于使用了溫壓技術(shù)和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38％。

   二、流動溫壓技術(shù)

   流動溫壓技術(shù)(Warm Flow Compaction，簡稱WFC)是在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合了金屬粉末注射成形工藝的優(yōu)點而提出來的一種新型粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)。其關(guān)鍵技術(shù)是提高混合粉末的流動性。它通過提高了混合粉末的流動性、填充能力和成形性，從而可以在8O～130~C溫度下，在傳統(tǒng)壓機上精密成形具有復(fù)雜幾何外形的零件，如帶有與壓制方向垂直的凹槽、孔和螺紋孔等零件，而不需要其后的二次機加工。21世紀(jì)后，MIM工藝進一步得到改進，新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速。WFC技術(shù)既克服了傳統(tǒng)粉末冶金在成形復(fù)雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術(shù)的高成本，是一項極具潛力的新技術(shù)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

   WFC技術(shù)作為一種新型的粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)，其主要特點如下：(1)可成形具有復(fù)雜幾何形狀的零件；(2)壓坯密度高、密度均勻；(3)對材料的適應(yīng)性較好；(4)工藝簡單，成本低。