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粉末冶金是生產金屬復合材料

作者:翔宇粉末冶金制品

發布時間:2022-08-12

來源:本站 閱讀數量:44次 點贊數量:8次

導讀:金屬基體快速凝固具有細分非金屬相分散的金屬多年來一直被認為是提供通過沉淀硬化產生的強化,而沒有隨著溫度升高而進入溶液的缺點,從而限制了工作溫度。已經開發了獲得非常精細的非金屬相分散體的程序,并且金屬基復合材料(MMC)現在被稱為此類材料,代表了在尋找改進材料(即具有更好的機械性能,特別是在高溫下)方面向

金屬基體快速凝固

具有細分非金屬相分散的金屬多年來一直被認為是提供通過沉淀硬化產生的強化,而沒有隨著溫度升高而進入溶液的缺點,從而限制了工作溫度。

已經開發了獲得非常精細的非金屬相分散體的程序,并且金屬基復合材料(MMC)現在被稱為此類材料,代表了在尋找改進材料(即具有更好的機械性能,特別是在高溫下)方面向前邁出的重要一步。

粉末冶金是生產這種復合材料的最重要途徑。

在迄今為止發展的大多數情況下,強化相是通常由另一種金屬和術語ODS-氧化物分散強化的穩定氧化物,在日常使用中。

有許多不同的工藝可用于生產所需的非常精細的分散體:

  1. 在一個過程中,基體金屬與形成穩定氧化物的金屬的合金在大氣中加熱,該氣氛還原為基體金屬,但氧化成第二種金屬。

  2. 后者被轉化為均勻分布在整個基質中的氧化物。

  3. 在貴金屬的情況下 - 可以使用空氣中的Ag,Pt等加熱,并且現在廣泛使用由銀組成的一系列電接觸材料,例如Cd氧化物,Sn氧化物和/或In oxide分散體。

  4. 該過程稱為內部氧化,這是由于氧氣通過銀晶格擴散而發生的,并且具有較大的截面,這是一個漫長的過程。

  5. 但是,如果使用粉末,則需要相對較短的氧化周期,以便內部氧化粉末的壓制和燒結是最佳程序。在這種情況下,目的不是提高強度,而是提高電性能,即接觸焊接的電阻。

  6. 在其他情況下,有時以鹽的形式將基質金屬與具有更穩定的氧化物的金屬鹽溶液混合,并在氣氛中加熱混合物,該氣氛還原為基質金屬但氧化成第二金屬。

  7. ODS鉑和鎢就是以這種方式制造的。

  8. 其他復合材料使用纖維或晶須作為增強劑。

  9. 機械合金化是一種相對較新的工藝,代表了非常高溫應用的材料向前邁出的重要一步,特別是用于噴氣發動機的燃氣輪機。

  10. 該過程涉及長時間研磨金屬粉末和耐火材料的混合物,通常在三角體中,在此期間耐火顆粒被分解并摻入金屬中。

  11. “合金”粉末隨后被壓實,燒結,通常通過擠壓或熱軋鍛造。

  12. 以這種方式制造的高溫合金現已投入使用,機械合金鋁合金正在試驗中。

  13. 在鋁的情況下,另一種機械合金是通過類似的銑削工藝制成的,從鋁粉和石墨的混合物開始,在銑削過程中將其作為碳化鋁摻入金屬中。


另一類開始產生影響的鍛造燒結材料是基于顆粒材料 - 粉末或切碎的帶狀 - 這些材料已經以非常高的速率固化和冷卻,從而產生亞穩非平衡微觀結構 。

它們可以是微晶的或無定形的。

該工藝只適用于某些合金,一個重要的特點是基體金屬在固溶體中能保持遠高于合金元素的平衡百分比。

如果致密化和機械工作在足夠低的溫度下進行以避免破壞非平衡結構,則可以顯著增強機械性能。

鋁,鈦和鎂合金的一項重大開發計劃正在進行中,希望它們在飛機結構中的使用將顯著減輕重量并增加有效載荷。

粉末冶金工藝步驟——粉末鍛造

粉末鍛造生產全致密的粉末冶金鋼零件,例如寶馬V8發動機中使用的汽車連桿。

傳統粉末冶金零件的生產以明顯快于工程生產的總體增長速度增長,當它最初在20世紀70年代開發時,粉末鍛造或燒結鍛造預計將從根本上改變粉末冶金行業的規模。

工藝 在該工藝中,將粉末坯料壓制成鍛造坯料和所需成品零件之間的簡單形狀。

這種緊湊型稱為預制棒,經過燒結,然后在封閉的模具中熱鍛成成品尺寸和形狀。

所涉及的變形量足以使最終密度非常接近固體金屬的密度,因此,機械性能與鍛造棒材鍛造的材料相當。

優點 事實上,它們在某些方面可能更優越,因為燒結鍛造部分沒有方向性,成分方面具有更大的均勻性,微觀結構更精細,并且不存在由鑄鐵制成的鍛件中可能產生的鑄錠缺陷引起的內部不連續性。

另一個優點是,由于對所用粉末量進行精確計量,可以實現尺寸一致性。

限制 在商業規模上可以成功生產的鋼成分存在局限性。

粉末鍛造的生產成本通常高于常規鑄造或鍛造,這主要是由于原材料和模具的高價格。然而,粉末鍛造的高精度可顯著節省加工成本,從而節省加工操作的投資。

對于粉末鍛造連桿來說,情況尤其如此,這些連桿由于其更高的尺寸精度,更高的動態性能,更平穩的發動機運行以及顯著的成本節約而在世界各地越來越受歡迎。

北美,日本和歐洲的許多公司現在都有大型粉末鍛造裝置,主要用于為汽車行業生產零件。此類零件可以具有內部和外部花鍵形式、凸輪形式以及其他需要大量加工的形式。除了眾所周知的連桿外,其他應用還包括軸承座圈、扭矩轉換器輪轂和齒輪。

含有易氧化元素(如鉻和錳)的鋼 - 碰巧也是更便宜的強化元素 - 不能輕易使用,但是已經開發了特殊成分,通常含有合金元素,鎳和鉬,其氧化物在燒結氣氛中被還原。

粉末鍛造鋼部件可以像鍛鋼一樣進行熱處理。

粉末冶金工藝步驟——粉末軋制

該術語適用于現在在工業規模上建立的工藝,其中金屬粉末連續地送入可以加熱的軋機中,并在輥子之間壓實成帶材。

然后將該帶材通過燒結爐并重新軋制至成品尺寸。

一般來說,與軋制鑄坯生產的帶鋼相比,該產品沒有任何優勢,盡管在某些情況下可以證明優越的均勻性,并且沒有由鑄錠缺陷引起的層壓。

主要優點是經濟,并取決于以下特點:

粉末軋制是經濟的,因此特別是在金屬在提取過程中直接作為粉末廉價生產的情況下,例如鎳,以及在快速加工硬化的材料的情況下,因此,在減少軋制板坯(例如不銹鋼)期間需要許多中間退火和酸洗操作。

通過粉末軋制生產少量特殊材料,用于以下應用

作為鈷或鎳基合金帶材進行焊接,

鎳鐵帶材,用于受控膨脹性能,

用于電子產品的特殊銅鎳錫合金,

用于堿性電池和燃料電池電極、復合軸承等的多孔鎳帶

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