铁基粉末冶金材料
粉末冶金材料的分类及应用
粉末冶金材料的分类及应用粉末冶金材料的分类及应用粉末冶金材料的分类及应用【摘要】粉末冶金材料有着传统熔铸工艺不能获取的独特化学成分及物理性能，且具有一次成型等特点，因此被广泛应用。
本文主要从粉末冶金材料的主要分类入手，重点对其应用进行了阐述，希望给行业相关人士一定的参考和借鉴。
【关键词】：粉末冶金;材料;分类;应用0.引言所谓的粉末冶金材料指的是用几种金属粉末或者金属与非金属粉末为原料，通过配比、压制成型以及烧结等特殊工艺制成的各类材料的总称，而这种与熔炼和铸造明显不同的工艺也被统称为粉末冶金法。
因其生产流程与陶瓷制品比较类似，所以又被称为金属陶瓷法。
就目前而言，粉末冶金法不单是用来制取某些特殊材料的方法，也是一种优质的少切屑或者无切屑方法，且其具有材料利用率高、生产效率高，节省占地面积及机床等优点。
然而粉末冶金法也并非万能之法，其无论是金属粉末还是模具都有着较高的成本，且制品的形状和大小都受到一定的限制。
1.粉末冶金材料的主要分类1.1传统的粉末冶金材料第一，铁基粉末冶金材料。
作为最传统也是最基本的粉末冶金材料，其在汽车制造行业的应用最为普遍，并随着经济的迅猛发展，汽车工业的不断扩大，铁基粉末冶金材料的应用范围也就变得越来越广阔，因此其需求量也越来越大。
与此同时，铁基粉末冶金材料对其他行业来说也非常重要。
第二，铜基粉末冶金材料。
众所周知，经过烧结铜基制作的零件抗腐蚀性相对来说比较好，且其表面光滑没有磁性干扰。
用来做铜基粉末冶金材料的主要材料有：烧结的青铜材质、黄铜材质以及铜镍合金材料等，此外还有少量的具有弥散性的强化铜等材质。
在现代，铜基粉末冶金材料主要备用到电工器件、机械设备零件等各个制造类领域中，同时也对过滤器、催化剂以及电刷等有一定的作用。
第三，难熔金属材料。
因这类材料的熔点、硬度、强度都比较高，因此其主要成分为难熔性的金属及金属合金复合材料，主要被应用国防、航空航天以及和研究领域等。
第四，硬质合金材料。
铁基粉末冶金材料
铁基粉末冶金材料
铁基粉末冶金材料具有很高的成形性能，可以通过注射成形、压铸成形、挤压
成形等多种工艺制备成各种复杂形状的零部件。
与传统的铸造工艺相比，铁基粉末冶金材料可以减少材料的浪费，提高生产效率，降低生产成本。
因此，铁基粉末冶金材料在工程机械、汽车制造等领域得到了广泛的应用。
铁基粉末冶金材料的优点不仅在于其优良的机械性能，还在于其具有良好的耐
磨性和耐腐蚀性。
这些优点使得铁基粉末冶金材料在制造高负荷、高速度、高温度工作条件下的零部件时表现出色。
例如，在汽车发动机的曲轴、凸轮轴、传动齿轮等零部件的制造中，铁基粉末冶金材料可以有效地提高零部件的使用寿命和可靠性。
除此之外，铁基粉末冶金材料还具有优异的热传导性能和磁性能，因此在电子
电器领域也有着广泛的应用。
例如，在电机、变压器、传感器等领域，铁基粉末冶金材料可以发挥其良好的磁性能，提高设备的性能和效率。
总的来说，铁基粉末冶金材料具有良好的机械性能、耐磨性、耐腐蚀性、热传
导性和磁性能，广泛应用于汽车、机械、航空航天、电子电器等领域。
随着科学技术的不断进步，铁基粉末冶金材料的性能将会得到进一步的提升，应用范围也将会更加广泛。
相信在未来的发展中，铁基粉末冶金材料将会成为各个领域中不可或缺的重要材料之一。
粉末冶金材料标准表
公司制造的铁基粉末冶金零件执行标准与成分性能<一> GB/T14667。
1-93<二〉MPIF-35烧结铁和烧结碳钢的化学成分（%）.材料牌号Fe C F—0000 97.7—100 0。
0—0.3 F-0005 97。
4-99.7 0。
3-0。
6 F-0008 97。
1—99。
4 0.6-0.9 注：用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素）总量的最大值为2。
0%。
▲烧结铁-铜合金和烧结铜钢的化学成分(％).材料牌号Fe Cu CFC—0200 83.8-98.5 1.5-3。
9 0.0-0。
3FC-0205 93.5—98。
2 1.5—3。
90。
3—0。
6FC-020893。
2-97.9 1.5-3。
9 0.6-0。
9FC-0505 91.4-95。
7 4。
0-6.0 0。
3—0。
烧结铁-镍合金和烧结镍钢的化学成分(％）.材料牌号Fe Ni Cu CFN—0200 92.2-99.0 1.0-3。
00。
0-2。
50。
0—0。
3FN-0205 91。
9-98.7 1.0—3。
00。
0—2.50.3-0。
6FN—0208 91.6—98。
4 1。
0-3.0 0.0-2.50。
6-0。
9注：用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素）总量的最大值为2。
0％。
6FC-0508 91.1—95。
4 4.0—6。
0 0。
6-0.9FC—0808 88.1-92.4 7.0-9.0 0.6-0.9FC-1000 87.2-90。
59。
5—10。
50.0-0。
3FN-0405 89。
9—96.7 3.0-5。
50。
2—2.00.3—0.6FN—040889。
6—96。
43.0—5.50。
0-2。
0。
6—0。
9注：用差减法求出的其它元素（包括为了特殊目的而添加的其它元素）总量的最大值为2.0%⊙ 铁—铜合金和铜钢粉末冶金材料性能(MPIF—35)铁—镍合金和镍钢粉末冶金材料性能(MPIF-35）↑上一页⊙不锈钢系列粉末冶金制品执行标准与典型牌号的成分和性能-不锈钢（MPIF-35)⊙ 铜基系列粉末冶金制品 执行标准成分与性能-铜基(GB2688-81）⊙ ＜三＞ ”DIN V 30 910” 及 "ISO5755” (成分与性能略) ⊙ 烧结铝镍钴永磁合金的磁特性及其它物理特性< 規 格 二 — 不銹鋼 〉TypeChemical Composition （%)Physical Mechanical PropertiesFe Cr Ni Cu Tin Si Mn Mo C S Other Density(g/cm 3) Ultimate Tensile Strength （kg/mm 2)Elong-ation(％） Hard-nessSUS303LSCba l 18。
粉末冶金铁基结构材料力学性能
烧结状态 体
热处理状态
类
牌号
积抗伸
表处
表
别
质拉
弹性模 现 理 抗拉强 现
长
量强
量 硬方 度 硬
率
度
度法
度
应用
烧
塑性、韧性、焊接性与导磁性较好，适用于
结 FTG10-10 6.3 100 3.0 78400 40 -
-
- 受力极小，要求翻铆或焊接及要求导磁的零
铁
件，如垫片、磁筒、极靴等
2.提高材料性能。用特殊方法制取的细小金属或合金粉末，凝固速度极快、晶粒细小均匀，保证了材料的组织均匀，性能稳定， 以及良好的冷、热加工性能，且粉末颗粒不受合金元素和含量的限制，可提高强化相含量，从而发展新的材料体系。
3.利用各种成形工艺，可以将粉末原料直接成形为少余量、无余量的毛坯或净形零件，大量减少机加工量。提高材料利用率， 降低成本。
烧
塑性、韧性、焊接性与导磁性较好，适用于
结 FTG10-15 6.8 150 5.0 88200 50 -
-
- 受力极小，要求翻铆或焊接及要求导磁的零
铁
件，如垫片、磁筒、极靴等
烧
塑性、韧性、焊接性与导磁性较好，适用于
结 FTG10-20 7.0 200 7.0 98000 60 -
-
- 受力极小，要求翻铆或焊接及要求导磁的零
-
碳
钢
强度较高，适用于轻载结构件，如隔套、接
-
头、调节螺母、传动小齿轮等
烧
结
淬
强度较高，适用于轻载结构件，如隔套、接
中 FTG60-20 6.5 200 1.5 88200 70
450 45
铁基粉末冶金材料
铁基粉末冶金材料铁基粉末冶金材料是一种重要的金属材料，它以铁粉为主要原料，经过混合、压制、烧结等工艺制成的一种新型金属材料。
铁基粉末冶金材料具有优异的性能和广泛的应用领域，被广泛应用于汽车、机械、电子、航空航天等领域。
本文将从铁基粉末冶金材料的制备工艺、性能特点及应用领域等方面进行介绍。
一、铁基粉末冶金材料的制备工艺。
铁基粉末冶金材料的制备工艺包括原料准备、混合、压制、烧结等多个步骤。
首先，选择适当的铁粉和合金粉作为原料，然后进行粉末的干法或湿法混合，以确保各种元素均匀分布。
接下来，将混合后的粉末通过压制工艺成型，通常采用冷压或热压的方式。
最后，通过烧结工艺将粉末冶金材料加热至一定温度，使其颗粒间发生扩散和结合，形成致密的金属材料。
二、铁基粉末冶金材料的性能特点。
铁基粉末冶金材料具有许多优异的性能特点，主要包括高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀等。
首先，由于其微观组织致密，具有较高的强度和硬度，能够满足各种复杂工况下的使用要求。
其次，铁基粉末冶金材料具有良好的耐磨损性能，适用于各种高磨损场合的零部件制造。
此外，铁基粉末冶金材料还具有良好的耐腐蚀性能，可用于制造耐腐蚀零部件。
三、铁基粉末冶金材料的应用领域。
铁基粉末冶金材料具有广泛的应用领域，主要应用于汽车、机械、电子、航空航天等领域。
在汽车领域，铁基粉末冶金材料常用于发动机、变速箱、转向系统等零部件的制造，以提高汽车的性能和可靠性。
在机械领域，铁基粉末冶金材料常用于制造各种高强度、耐磨损的零部件，如齿轮、轴承等。
在电子领域，铁基粉末冶金材料常用于制造电磁元件、传感器等零部件。
在航空航天领域，铁基粉末冶金材料常用于制造各种高强度、耐高温、耐腐蚀的零部件，如发动机叶片、涡轮盘等。
综上所述，铁基粉末冶金材料是一种重要的金属材料，具有优异的性能和广泛的应用领域。
随着科学技术的不断发展，铁基粉末冶金材料将在更多领域发挥其重要作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
硬度在HRC50以上的粉末材料的开发与烧结热处理工艺的研究
硬度在HRC50以上的粉末材料的开发与烧结热处理工艺的研究摘要：本文研究了一种高硬度铁基粉末冶金材料及其生产工艺。
通过选用不同的粉末材质并在不同工艺条件下做各项对比实验得到的性能数据，开发出了一种硬度在HRC50以上的高性价比的粉末冶金材料和烧结热处理工艺。
关键字：粉末冶金、预合金、表面硬度、烧结硬化、渗铜、热处理一、前言现代粉末冶金工业，除了通常所讲的生产铁粉、铜粉等金属粉末和生产铁基、铜基粉末冶金制品等产业外，广义地讲，还应包括用粉末冶金技术制造的所有产品门类的产业。
本文主要介绍铁基粉末冶金材料及其生产工艺。
铁基金属粉末是粉末冶金生产的基本原料，为满足铁基粉末冶金制品生产对金属粉末的各种性能要求，又研究了各种各样的铁粉的生产方法、不同的压制成型工艺、烧结工艺及热处理方法。
文中开发了一种硬度在HRC50以上的铁基粉末冶金产品。
常规条件下，需要将粉末冶金产品的表面硬度达到HRC50以上是有一定难度的。
为满足粉末冶金产品表面的高硬度，整个过程必须非常谨慎严格。
铁粉分为普通纯铁粉和添加合金元素的预合金化铁粉，从原料铁粉的选用上我们需要选取添加一定合金成分的预合金化铁粉，文中各种铁粉均由山东鲁银新材料科技有限公司提供；压制、烧结、热处理等工艺均在禹城粉末冶金制品有限公司进行。
二、实验的方法和过程（一）实验的原料粉末和材料配比：选用5种铁粉作为基粉加入适量的石墨粉、铜粉和润滑剂，润滑剂的含量为0.7%，将粉末压制成形。
5种实验粉末的材料配比分别如下，1#粉：LAP100.29+1.0%C+1.8%Cu+0.7%润滑剂，LAP100.29为水雾化纯铁粉，粉末600MPa压缩性能为7.18g/cm3；2#粉：LAP100.29Mo2+0.6%C+0.7%润滑剂，LAP100.29Mo2为水雾化预合金化钼元素铁粉，Mo含量为0.80—1.00%；3#粉：LAP100.29Mo3+0.6%C+0.7%润滑剂，LAP100.29Mo3为水雾化预合金化钼元素铁粉，Mo含量为1.40—1.60%；4#粉：LAP100.29A4+0.6%C+0.7%润滑剂，LAP100.29A4为水雾化预合金化镍和钼元素铁粉，Mo含量1.30%,Ni含量为1.45%；5#粉：LAP100.29A5+0.6%C+0.7%润滑剂，LAP100.29A4为水雾化预合金化低镍和低钼元素铁粉，Mo含量0.90%,Ni含量为0.50%。
铁基粉末冶金材料
• Excessive die wall wear or insufficient lubrication may result in cold welding of the compact to the die wall.
• Results in increased ejection force and stick-slip behaviour (squeaky noise)
影响尺寸变化的因素
• Particle size • Alloying element • Uneven filling and compaction • Uneven distribution of alloying elements in the
component • Liquid phase formation • Sintering temperature and time • Uneven temperature distribution of the sintering
后续处理
Treatment
Definition
Examples
Thermal treatments
Change in microstructure of the surface layers of the original substrate by thermally cycling through a phase transformation
由于精确的成型技术，粉末冶金产品具有以下特点： 近净成型 形状复杂 优良的尺寸精度.
粉末冶金简介
粉末冶金技术发展迅速： 其原料涵盖了近乎所有技术元素 产品形状复杂程度日益提高
粉末冶金产业主要分为两个领域： 铁基粉末冶金润滑制品 • 结构件 • 软磁材料
金属粉末冶金材料标准表
材料牌号
最小强度 (A)(E)
屈服 极限
FN-0200-15 -20 -25
FN-0205-20 -25 -30 -35
FN-0205-80HT -105HT -130HT -155HT -180HT
FN-0208-30 -35 -40 -45 -50
FN-0208-80HT -105HT -130HT -155HT -180HT
屈服强 度
(0.2%) MPa 120 170 210 170 210 240 280
(D)
240 280 310 340 380
(D)
210 280 340
(D)
280 340 410
伸长率 (25.4mm)
3.0 5.0 10.0 1.5 2.5 4.0 5.5 < 0.5 < 0.5 < 0.5 < 0.5 < 0.5 1.5 1.5 2.0 2.5 3.0 < 0.5 < 0.5 < 0.5 < 0.5 < 0.5 < 1.0 3.0 4.5 < 0.5 < 0.5 < 0.5 < 0.5 < 0.5 1.0 1.0 1.0
FC-0205 93.5-98.2 1.5-3.9 0.3-0.6
FC-0208 93.2-97.9 1.5-3.9 0.6-0.9
FC-0505 91.4-95.7 4.0-6.0 0.3-0.6
FC-0508 91.1-95.4 4.0-6.0 0.6-0.9
FC-0808 88.1-92.4 7.0-9.0 0.6-0.9
硬度
宏观 (表现)
微观 (换算的)
密度
络氏
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润滑剂含量对生坯理论密度的影响 ASC100.29
Amount of lubricant
不同润滑剂对生坯理论密度的影响 ASC100.29
脱模力的变化过程
? Due to residual radial stresses a significant force is required to eject compacts from the die.
粉末压制
摩擦力
? Between powder particles ? Between punches and the die-wall ? Between punches and powder particles ? Between powder particles and the die-wall
压制缺陷
SEM image of a crack no sintering necks
过压分层
烧结
? 烧结的作用
脱除润滑剂
冶金粘结
元素扩散
尺寸变化
微观结构
防止氧化与还原氧化物
? 烧结温度、烧结时间、烧结气氛
烧结过程
Green state (cold welding)
Sintered state (bonding between particles)
摩擦力导致的后果
? Losses of the applied force ? Variation of pressure and green density ? Higher ejection forces ? (Wear of the tool-set)
密度分布
双向压制示意图
a) Stationary die, two moving punches.
影响烧结的因素
? Temperature ? Time ? Atmosphere ? Material composition ? Alloying method ? Lubricant content ? Sintering cycle
烧结过程的实质
? Particle bonding
Sintering necks
基粉的选择
混料
? 混料要求 ? 混合方式 ? 均匀性与偏析 ? 松装密度与流动性
混粉及装粉过程中产生的细粉团聚
压制
? 压制方式 ? 生坯密度与密度均匀性 ? 生坯强度 ? 生坯缺陷
充模过程
? Care must be taken when filling thin sections as bridges may occur.
由于精确的成型技术，粉末冶金产品具有以下特点： 近净成型 形状复杂 优良的尺寸精度 .
粉末冶金简介
粉末冶金技术发展迅速： 其原料涵盖了近乎所有技术元素 产品形状复杂程度日益提高
粉末冶金产业主要分为两个领域： 铁基粉末冶金 非铁基粉末冶金
铁基粉末冶金材料
? 自润滑制品 ? 结构件 ? 软磁材料
自润滑零件
The min. cross section size is about 1mm.
装粉高度与模冲进入量的计算
UP UP
H1
t1
H2
t2
Die
Die
LOP
CR
LIP
LIP LOP
FD= 3.2g/cm3 GD= 7.2g/cm3
H1=GD/FD*t1
H2=GD/FD*t2
UPentry=H2-t2
Example: t1=10mm t2=25mm H1=22.5mm H2=56 mm UPentry= 31mm
结 构件零件
软磁零件
粉末冶金产品优势
? 近净成型 ? 期望的力学性能 ? 大规模的生产和重复性好 ? 表面光洁度 ? 高尺寸精度 ? 允许不同材料组合 ? 多孔及孔隙度可控（自润滑材料） ? 良好的磁性能（软磁材料）
粉末冶金基本工艺过程
后续处理
粉末原料
? 基粉类型 ? 合金体系 ? 合金化方式
? Excessive die wall wear or insufficient lubrication may result in cold welding of the compact to the die wall.
? Results in increased ejection force and stick-slip behaviour (squeaky noise)
? RRS's should be kept to a minimum to avoid high ejection forces, hence avoid tooling problems.
模具润滑状况对脱模力的影响
Good lubrication
模具润滑状况对脱模力的影响
Bad lubrication Good lubrication
? Microstructure
Pores Phases/structures
Size Shape Alnge
b) Stationary lower punch and floating die.
c) Stationary lower punch, and the die being withdrawn at half the speed of the top punch.
如何减小摩擦力
? 加入润滑剂 ? 模壁润滑 ? 优化压制工艺
Metal powder compact
Porous metal
生坯与烧结件
After compaction
After sintering
烧结工艺示意图
Temp.
12
3
4
RT
1 Delubrication (300 - 700C) 2 C - dissolution (800 - 950C)
Time 3 Sintering (1100 - 1300C) 4 Cooling (Cooling Rate)
铁基粉末冶金材料
内容提要
? 概述 ? 工艺过程 ? 产品种类 ? 混料、成型、烧结及后处理 ? 发展趋势
粉末冶金简介
粉末冶金是： 通过对所需基础粉末，合金粉末及添加剂混合，
然后将混粉填充在具有要求形状的模腔内进行压制成 形，再将成型坯体在保护气氛下进行烧结使各种颗粒 形成冶金结合， 经过后续处理后得到最终产品。