渗铜粉末冶金钢生产工艺要素分析

1、铜粉末冶金钢生产工艺要素鴻蜩法作为生产铮末治金站构零件的一种比较经济的方法早1940年在北美就蕊得了工业应用。由于这种工艺方法可以使材料的极限抗拉强度大约提高一倍q并且可収用来；为电我、喷涂等焉续加工提供封孔液压压力密封*多元件的组合*提高导热、导电性能*改善可机加工性能等多方曲的好处，而受到了人们的璽视。特别是近几年来.SCM金属制品公司的一些研究工作看，进一步发展了渗铜工艺，在保证滂钢钢具有高的抗拉强度的同时.待到了比在MPIF984/1985年标准中所报导的值高10倍以上的冲击强度，使證铜钢开拓了许多新的应用领域更加受到人们的青瞬。为从事渗铜钢研究戍生产工作的人员提供有益的借鉴.本文将渗

2、掰工艺的姜倉介绍如下。1 最基本的熔渗方法落渗方法，按零件通过炉子的次數可以分为两种，即一步熔淨和两步熔渗。一歩熔渗即零件一次通过炉子，在烧結的问时进行焙渗两涉熔海即零件两次通过炉子，第一次完成烧结”笫二次完成熔渗。一敢，两步熔潘零件的力学性能优于一步熔漠。按熔沸块在零件上的放置方式可以分为顶部熔潑、底部熔渗和从顶部和爛部同时进行的熔湧。一般，顶部熔遂比底部熔渗来得容易<对于大的和具有厚裁面的零件.躍好能够从硕部和麻部同时进行熔渗"最基本的熔渗周期对卜一步熔遂，所推檬的诰邂周期眉在G77C-7t?0G用烧除訶滑剂，在lk>10t-1038c用最少1Omia洛解石麗，1&#

3、177;1121Gife结井熔穆30血扛対于两歩熔渗，所擔群的熔渗周剔畑在IC-TbOCl&min烧粽润滑剂，在饶结3Omln,冷却*二次入炉.注IdC熔渗3omin匕r由此町见.肪用的烧结温度和时间与i般餐件的饶结相同。其例外萇.隹槌）fl-步熔潘方法时.在到达熔渗温度以的，应完成润帯剂的排除和石胡的溶解C俶如润滑刑的排除绘完仝的.任到达熔涔型度以曲的温度下还会发生另外的气态反应：还皿T氛组份氢与铁粉中的残氽氧化物反应生成水汽，添加的石愿与決粉中的残余事化物反应生成co和（或）COJo另外"封闭在生坯内部的残存气体和润滑剂的膨旅。所有这些，将导致内压的升爲和气体通过仇隙的向

4、外流动，即"脱气/。如果这种“脱气”持续到到达熔渗温度之后。则会影响熔渗的有效性。因此.使用蜩步熔渗或者在一步熔港中延长到达熔潘温度以曲的预处理时间.就可以完全排除或者把这种不和舷响降低列显低程度。所爺要的狄处理肘间受润滑剂捋除的完全程度、屋体铁粉中氣化物的含址以及添加石艮数欣的彫响。2 熔渗剂用铜作熔妙剂时，钳熔化垢将涪解披熔汾冬件表面的快，即浸蚀熔渗剂与茎体金风的接蝕表面。为防止这种决诧作用，希旻向制粉中添加少轼的铁粉，使与制合全化。再滦如-部分铤、铢、石墨和润潸剂等。用UnitedStatesBronzePowderInc#制造的C-123-L、XF-kXF-41111由SCM

5、MetalProducts制造的IP-20412'和曲AmericanMetalClimaxInc.制造的INFlLOYix,其成份汇总于表1中。*1几种典型熔潅刑的舷份/%C-128-LXF-1XF-4IP-2041NFILOYCu929595余余Fc122236.0Mn0,5-1.51.5Ni一0.6Al0.3C0.5润滑剂0.50.50.50.5其他余余"余0.51下面介绍表1中给出的儿种典型熔滲剂的待性。C-128-U是一种预混有润滑剂和少览石冬的菽合金化铜斗粉末.适用于熔渗具右低到中諄碳含飓和小到中蒔尺寸的写件。兵仃明显的熔点和极好的流动性。XF-1,是-种枚混竹润

6、滑剂和少屋其他纽份的狈合金化啊基粉末。宜便用的竝抵生坯密度为75Xiokg/m（压制压力为2%MPa）。适用于熔渗具有低到倉的欣含量和中到大尺寸的零件。为菲完全液态，滞流性校好。XF-4：适用于熔渗具冇低到高的碳育笊和中到大尺寸的零件。它能够悬垂于零件轮酬之外，或者将孔旧孩盃而不汶但却容P渗入环件孔瞰之中。INFH.OY；足-种尊化钢合金粉末.所使用的址低常渗温度为1X59。TP-2O4,是一种预合金化的網熔澤剂，其最大特点是浸蚀性低，适用于熔淒要求具冇高冲击强度的爭件.熔渐块足根据被熔漫毎件的形状算待点由熔湾粉末压制而诫的。一般可为片状、柱状和环状等。4保护气氛对于渗铜，東普通的保护气類有分

7、解氨、放热性气貳和吸热性气氛，其成份组成如兼2所示。保护化聚対于熔渗效果的影响以熔渤剂湯入事件的百分率糸表示。现按步、两步和底祁熔谬进行分述。賽2几种保护（象的体积组成/%【"注.T一痕量戏低于0.5俛M表中成份为标定成分气体放热性气氛吸热性u机分解気CO,8Tco221H；23975CH；TT一N.朋40254J一步培熄豫剂选用纯饭和由四个厂家生产的掺铜粉末，取塔浄剂重量为毎体重倉的25%。选用Ancormet101铁粉（HoeganaesCorporation；制适"压制帝度为6.50+0.05XlO'kg/m吸热性气粗第点为1.?七。炉子烧结（堆墙）温按为U4

8、0±10V,保温50±2min,对加热和冷却速度不加控制。其试验給采示于表3。曲表3可见.除熔渗剂D以外，分為気和放热性久気优干吸热性气氛。表3在特定保护気下熔港钢港入压坯的百分率（"建：所有值的计真偏差为2%熔滲剂ABCDCu分解気78«47R7491放殆性气瓠«292831020%吸热性气飙7t>447S25874.2两步熔湛试脸烧结温度为1140±10r,保温时间为45士2min.保护气氛为分解氮丿熔湾ifiI«CX/U40±10C.保温5O±2FPin。其他条件W（4.1）o试验结杲如表4。

9、*4在特定保护气氛中熠濯割冷入压坯的百分率【卩注：所有值的计算備差为2嘶熔淞剂不扶"I的強声焙渤剂ABCDCu分解氮Q0H7«37b8K放热性气氛。0°187H305吸热性气氛8385708176由表d可见.对于两步熔涝.放热性气象优于分解気和吸热性气氛。慈博渗剂D以外，使用放热性气欽比使用吸热性气氛效果要好得多。只有焰渗剂D,使用敵热性气氛比使用分解煞效果妥好得多。4.3底部熔渗对于一步和两步顶祁熔海.在一定范周内駐力有促逬作用。而对于底部烟滓则完全排除了重力所起的作用。熔渗剂仅选用一种掺制粉末，铁基压坯密度为6.5±0lX10$kg/m$,其他试验条

10、件冋（42）其斌验结果示丁後5。由衰5可见，分解氮和放热性气氛优于吸热件代氛3铁压坯的预烧结对于烤渗结果的影响不明显.寰5在特定保护气入压堆的百分率一步两步气氛熔潍剂1Cu熔滲剂Cu分解氮1878890W放热性91938791吸热性84867985itr所有值的计算備势为2励综匕所述.基本上可以说"对于熔淹，放热性气级和分解気优于吸热性气埶。其覘因是，衣花氛中含有大量可甬性花体组份的悄况下，馆滓效果最差。而在分解氨、放無性气氛和吸热性气氛中CO的含就分别为0%、2链和21的。另外，在非常接近熔渗温度的情况下.co.CO"H,和N,在铜中的濬解度颇序是CO>CO,>

11、;H,>M（见表6）A综匕所述.基本上可以说"对于熔淹，放热性气级和分解気优于吸热性气埶。其覘因是，衣花氛中含有大量可甬性花体组份的悄况下，馆滓效果最差。而在分解氨、放無性气氛和吸热性气氛中CO的含就分别为0%、2链和21的。另外，在非常接近熔渗温度的情况下.co.CO"H,和N,在铜中的濬解度颇序是CO>CO,>H,>M（见表6）A»6几种气体在中的洁度花体ftlOgCu中甬解度/cm3谢度/PH,0e721150Na0.461168CO,1.861179co2.3611735SCM研制的渗铜粉末冶金钢粉末冶金零件的冲击强友对于许多应用领

12、域都壯非佑恥熨的C例如传动齿轮，加关健部位在術根，该部位的腕弱常常使其在冲击力的作用下具有损坏的危险。悭用传统渗铜工艺生产的粉末冶金钢，虽然其极限抗拉霧度大大提高.但其冲击强度的提褊却十分冇限c为了克服这一美中不足.近几年来，SCM金展制品公司的研究工作者.改进了传统港侑工艺，通过材质和工艺的戴佳化达到了使港钢粉末冶金傅在貝作髙的抗拉强皮的间时片冇离的冲击强度,从而快这种工艺得以跻身于粉末锻進、热邹静压等所占据的领域。试验四选用Hoeganaes的高纯铁粉A1000SP,加入0.75Glyco,Inc的冋克蜡，Q.9%Lonza的Lonza25石扇，按MPTF40压制成艾氏试捧，压制密度为7.

13、04X10»kg/m进行真空烧结，烧结网期足：760%：30min,1121X；30mino迭用低浸馆!性熔港剂IP206置于艾氏试祥的一端.在U21*C30mino为熔渗态试棒在900七加热30min进行奥氏体化.随后水淬.并在惰性气氛中于7049回火5min。然后切掉熔渗靖，将艾氏试佯缩为无切口夏氏冲击试棒，再負于Riehle冲击试验机上，测定其冲击强度,以与忙田SCM技术和借统工艺渎御钢的冷击愛度与抗杖肴度冲击试檸相同的方法按照MPIF10制笛犬骨形拉伸试檸，测定其抗拉强度。所得冲击強度高达325J,是MPIF1984/19H5粉末冶金结构零件材料标准中所报导值的15倍。使用S

14、CM技术，渗铜粉末冶金钢可以达到的冲击强度与极R（杭拉强度的关系示于附为便于比较，按传统工艺生产粉末冶金港钢钢的力学性能也示于该图中.SCM技术是建立在经验和试验的基础上，为满足不同应用硕域的要朮.通过村质和工艺龄柠制，可以符刊如表7所禾的综令性能.»7SCM技术潅網钢的综合性離1性能当疲劳和拉伸当冲击和可延展当性能性能最高时性能蝸好时_.居中M极限杭拉强度/MPa12406601035屈脱强度/MPa1200590965延伸率/劭<2105夏氏无切口冲击做度/J34335CO我劳强度/MPa450275340硬度50HRA95HRB30HRC6编后为了改善粉末冶金材料性能，特别是动力学性能，近二十年来，发展了一些新的粉末