粉末冶金材料的热处理工艺

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1、粉末冶金材料的热处理工艺【摘要】粉末冶金材料在现代工业中的应用越来越广，在取代锻钢件的高密度和高精度的复杂零件的应用中，随着粉末冶金技术的不断进步也取得了快速发展。但是由于后续处理工艺的差异，其物理性能和力学性能还存在着一些缺陷，本文就针对粉末冶金材料的热处理工艺进行简要阐述分析，并分析其影响因素，提出改善工艺的策略。　　【关键词】粉末冶金材料热处理密度强度淬透性碳氮共渗　　一.前言　　粉末冶金材料在现代工业中的应用越来越广泛，特别是汽车工业、生活用品、机械设备等的应用中，粉末冶金材料已经占有很大的比重。它们在取代低密度、低硬度和强度的铸铁材料方面已经具有明显优势，在高

2、硬度、高精度和强度的精密复杂零件的应用中也在逐渐推广，这要归功于粉末冶金技术的快速发展。全致密钢的热处理工艺已经取得了成功，但是粉末冶金材料的热处理，由于粉末冶金材料的物理性能差异和热处理工艺的差异，还存在着一些缺陷。各铸造冶炼企业在粉末冶金材料的技术研究中，热锻、粉末注射成型、热等静压、液相烧结、组合烧结等热处理和后续处理工艺，在粉末冶金材料的物理性能与力学性能缺陷的改善中，取得了一定效果，提高了粉末冶金材料的强度和耐磨性，将大大扩展粉末冶金的应用范围。　　二.粉末冶金材料的热处理工艺　　粉末冶金材料的热处理要根据其化学成分和晶粒度确定，其中的孔隙存在是一个重要因素，

3、粉末冶金材料在压制和烧结过程中，形成的孔隙贯穿整个零件中，孔隙的存在影响热处理的方式和效果。粉末冶金材料的热处理有淬火、化学热处理、蒸汽处理和特殊热处理几种形式：　　1.淬火热处理工艺　　粉末冶金材料由于孔隙的存在，在传热速度方面要低于致密材料，因此在淬火时，淬透性相对较差。另外淬火时，粉末材料的烧结密度和材料的导热性是成正比关系的；粉末冶金材料因为烧结工艺与致密材料的差异，内部组织均匀性要优于致密材料，但存在较小的微观区域的不均匀性，所以，完全奥氏体化时间比相应锻件长50%，在添加合金元素时，完全奥氏体化温度会更高、时间会更长。比如，以不同化合碳含量的烧结碳钢为例，淬

4、火温度如表1所示，　　在粉末冶金材料的热处理中，为了提高淬透性，通常加入一些合金元素如：镍、钼、锰、铬、钒等，它们的作用跟在致密材料中的作用机理相同，可明显细化晶粒，当其溶于奥氏体后会增加过冷奥氏体的稳定性，保证淬火时的奥氏体转变，使淬火后材料的表面硬度增加，淬硬深度也增加。另外，粉末冶金材料淬火后都要进行回火处理，回火处理的温度控制对粉末冶金材料的的性能影响较大，因此要根据不同材料的特性确定回火温度，降低回火脆性的影响，一般的材料可在175-250℃下空气或油中回火0.5-1.0h。　　2.化学热处理工艺　　化学热处理一般都包括分解、吸收、扩散三个基本过程，比如，渗碳

5、热处理的反应如下：　　2CO≒[C]+CO2（放热反应）　　CH4≒[C]+2H2（吸热反应）　　碳分解出后被金属表面吸收并逐渐向内部扩散，在材料的表面获得足够的碳浓度后再进行淬火和回火处理，会提高粉末冶金材料的表面硬度和淬硬深度。由于粉末冶金材料的孔隙存在，使得活性炭原子从表面渗入内部，完成化学热处理的过程。但是，材料密度越高，孔隙效应就越弱，化学热处理的效果就越不明显，因此，要采用碳势较高的还原性气氛保护。根据粉末冶金材料的孔隙特点，其加热和冷却速度要低于致密材料，所以加热时要延长保温时间，提高加热温度。　　粉末冶金材料的化学热处理包括渗碳、渗氮、渗硫和多元共渗等几

6、种形式，在化学热处理中，淬硬深度主要与材料的密度有关。因此，可以在热处理工艺上采取相应措施，比如：渗碳时，在材料密度大于7g/cm3时适当延长时间。通过化学热处理可提高材料的耐磨性，粉末冶金材料的不均匀奥氏体渗碳工艺，使处理后的材料渗层表面的含碳量可达2%以上，碳化物均匀分布于渗层表面，能够很好地提高硬度和耐磨性能。　　3.蒸汽处理　　蒸汽处理是把材料通过加热蒸汽使其表面氧化，在材料表层形成氧化膜，从而改善粉末冶金材料的性能。特别是对于粉末冶金材料的表面的防腐，其有效期比发蓝处理效果明显，处理后的材料硬度和耐磨性明显增加。　　4.特殊热处理工艺　　特殊热处理工艺是近些年

7、来科技发展的产物，包括感应加热淬火、激光表面硬化等。感应加热淬火是在高频电磁感应涡流的影响下，加热温度提升快，对于表面硬度的增加有显著效果，但是容易出现软点，一般可以采取间断加热法延长奥氏体化时间；激光表面硬化工艺是以激光为热源使金属表面快速升温和冷却，使奥氏体晶粒内部的亚结构来不及回复再结晶而获得超细结构。　　三.粉末冶金材料热处理的影响因素分析　　粉末冶金材料在烧结过程中生成的孔隙是其固有特点，也给热处理带来了很大影响，特别是孔隙率的变化与热处理的关系，为了改善致密性和晶粒度，加入的合金元素也对热处理有一定影响：　　1.孔隙对热处理过