粉末冶金材料的熱處理工藝幾種形式
粉末冶金材料在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣，在取代鍛鋼件的高密度和高精度的復(fù)雜零件的應(yīng)用中，隨著粉末冶金技術(shù)的不斷進(jìn)步也取得了快速發(fā)展。但是由于后續(xù)處理工藝的差異，其物理性能和力學(xué)性能還存在著一些缺陷，本文就針對粉末冶金材料的熱處理工藝進(jìn)行簡要闡述分析，并分析其影響因素，提出改善工藝的策略。
一. 前言
粉末冶金材料在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，特別是汽車工業(yè)、生活用品、機(jī)械設(shè)備等的應(yīng)用中，粉末冶金材料已經(jīng)占有很大的比重。它們在取代低密度、低硬度和強(qiáng)度的鑄鐵材料方面已經(jīng)具有明顯優(yōu)勢，在高硬度、高精度和強(qiáng)度的精密復(fù)雜零件的應(yīng)用中也在逐漸推廣，這要?dú)w功于粉末冶金技術(shù)的快速發(fā)展。全致密鋼的熱處理工藝已經(jīng)取得了成功，但是粉末冶金材料的熱處理，由于粉末冶金材料的物理性能差異和熱處理工藝的差異，還存在著一些缺陷。各鑄造冶煉企業(yè)在粉末冶金材料的技術(shù)研究中，熱鍛、粉末注射成型、熱等靜壓、液相燒結(jié)、組合燒結(jié)等熱處理和后續(xù)處理工藝，在粉末冶金材料的物理性能與力學(xué)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強(qiáng)度和耐磨性，將大大擴(kuò)展粉末冶金的應(yīng)用范圍。
二. 粉末冶金材料的熱處理工藝
粉末冶金材料的熱處理要根據(jù)其化學(xué)成分和晶粒度確定，其中的孔隙存在是一個重要因素，粉末冶金材料在壓制和燒結(jié)過程中，形成的孔隙貫穿整個零件中，孔隙的存在影響熱處理的方式和效果。
粉末冶金材料的熱處理有淬火、化學(xué)熱處理、蒸汽處理和特殊熱處理幾種形式：
1、淬火熱處理工藝
粉末冶金材料由于孔隙的存在，在傳熱速度方面要低于致密材料，因此在淬火時，淬透性相對較差。另外淬火時，粉末材料的燒結(jié)密度和材料的導(dǎo)熱性是成正比關(guān)系的;粉末冶金材料因?yàn)闊Y(jié)工藝與致密材料的差異，內(nèi)部組織均勻性要優(yōu)于致密材料，但存在較小的微觀區(qū)域的不均勻性，所以，完全奧氏體化時間比相應(yīng)鍛件長50%，在添加合金元素時，完全奧氏體化溫度會更高、時間會更長。
在粉末冶金材料的熱處理中，為了提高淬透性，通常加入一些合金元素如：鎳、鉬、錳、鉻、釩等，它們的作用跟在致密材料中的作用機(jī)理相同，可明顯細(xì)化晶粒，當(dāng)其溶于奧氏體后會增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，保證淬火時的奧氏體轉(zhuǎn)變，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進(jìn)行回火處理，回火處理的溫度控制對粉末冶金材料的的性能影響較大，因此要根據(jù)不同材料的特性確定回火溫度，降低回火脆性的影響，一般的材料可在175-250℃下空氣或油中回火0.5-1.0h。
2.化學(xué)熱處理工藝
化學(xué)熱處理一般都包括分解、吸收、擴(kuò)散三個基本過程，比如，滲碳熱處理的反應(yīng)如下：
2CO≒[C]+CO2 (放熱反應(yīng))
CH4≒[C]+2H2 (吸熱反應(yīng))
碳分解出后被金屬表面吸收并逐漸向內(nèi)部擴(kuò)散，在材料的表面獲得足夠的碳濃度后再進(jìn)行淬火和回火處理，會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，使得活性炭原子從表面滲入內(nèi)部，完成化學(xué)熱處理的過程。但是，材料密度越高，孔隙效應(yīng)就越弱，化學(xué)熱處理的效果就越不明顯，因此，要采用碳勢較高的還原性氣氛保護(hù)。根據(jù)粉末冶金材料的孔隙特點(diǎn)，其加熱和冷卻速度要低于致密材料，所以加熱時要延長保溫時間，提高加熱溫度。
粉末冶金材料的化學(xué)熱處理包括滲碳、滲氮、滲硫和多元共滲等幾種形式，在化學(xué)熱處理中，淬硬深度主要與材料的密度有關(guān)。因此，可以在熱處理工藝上采取相應(yīng)措施，比如：滲碳時，在材料密度大于7g/cm3時適當(dāng)延長時間。通過化學(xué)熱處理可提高材料的耐磨性，粉末冶金材料的不均勻奧氏體滲碳工藝，使處理后的材料滲層表面的含碳量可達(dá)2%以上，碳化物均勻分布于滲層表面，能夠很好地提高硬度和耐磨性能。
3. 蒸汽處理
蒸汽處理是把材料通過加熱蒸汽使其表面氧化，在材料表層形成氧化膜，從而改善粉末冶金材料的性能。特別是對于粉末冶金材料的表面的防腐，其有效期比發(fā)藍(lán)處理效果明顯，處理后的材料硬度和耐磨性明顯增加。
4. 特殊熱處理工藝
特殊熱處理工藝是近些年來科技發(fā)展的產(chǎn)物，包括感應(yīng)加熱淬火、激光表面硬化等。感應(yīng)加熱淬火是在高頻電磁感應(yīng)渦流的影響下，加熱溫度提升快，對于表面硬度的增加有顯著效果，但是容易出現(xiàn)軟點(diǎn)，一般可以采取間斷加熱法延長奧氏體化時間;激光表面硬化工藝是以激光為熱源使金屬表面快速升溫和冷卻，使奧氏體晶粒內(nèi)部的亞結(jié)構(gòu)來不及回復(fù)再結(jié)晶而獲得超細(xì)結(jié)構(gòu)。
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