粉末冶金铁基零件的烧结-硬化处理.pdf

第 2 4 卷第 1期 2 0 1 4年 2月 粉末 冶金 工业 POW DER M ETALLURGY I NDUS TRY Vo1 ．2 4 NO．1 Fe b．201 4 粉末冶金铁基零件 的烧结一 硬化处理 韩 凤麟 中国机协粉末 冶金 分会 ， 北京 1 0 0 8 2 5 摘 要 粉 末 冶金 铁基 零件 材料 的 力 学性 能都 直接 与其 密度 和 显 微 组 织相 关 。许 多粉 末 冶金 零件 ， 为了在表面层或整个零件形成 回火马 氏体显微组织， 都要进行热处理。可用“ 烧结一 硬 化” 处理替代后 续的淬火硬化作业。 淬透性足够高的铁基粉末冶金材料 ， 在烧结状 态都可形成马氏体的百分含量相 当高的显 微 组 织 。 已开发 出 了烧结 炉 的加 速 冷却技 术 ， 其使 用 可对较 大 的零 件进 行 “ 烧 结一 硬 化 ” 处理 或 用淬透性较低的材料生产横断面较小的“ 烧结一 硬化” 零件 。 将说 明硬度与淬透性间的差异 ， 阐述铁基粉末冶金材料的合金化方法是如何影响淬透性 的。将介绍现有的“ 烧结一 硬化” 材料标准和讨论“ 烧结一 硬化” 工艺的优势与缺欠。 关键词 粉末冶金铁基零件 ； 烧结硬化 ； 热处理 ； 淬透性 中图分 类号 TF 1 2 5 ． 1 文献 标识 码 A 文 章编 号 1 0 0 6 6 5 4 3 2 0 1 4 O l 一0 0 0 1 0 8 SI NTER HARDENI NG PROCESS FOR FERROU S PM COM PONENS HAN F e ng - Li n P M As s o c i a t i o n o f Ma c h i n e Ge r e n a l P a r t s I n d u s t r y S o c i e t y ， B e i j i n g 1 0 0 8 2 5 I C h i n a Ab s t r a c t Th e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f f e r r o u s p o wd e r me t a l l u r g y P M ma t e r i a l s a r e d i r e c t l y r e l a t e d t o t h e i r d e n s i t y a n d mi c r o s t r u c t u r e ． Ma n y P ／ M p a r t s a r e h e a t t r e a t e d， i n a s e c o n d a r y o p e r a t i o n，t o d e v e l o p a t e mpe r e d m a r t e ns i t i c mi c r o s t r uc t ur e e i t he r i n a s u r f a c e l a ye r，or t hr ou gh ou t t he pa r t ． Th e ne e d f o r a s e c o nd a r y q ue n c h i ng o pe r a t i on ma y b e a v o i d e d b y “s i n t e r - h a r de n i ng ” t he p a r t s ． F e r r o u s P ／ M ma t e r i a l s wi t h s u f f i c i e n t h a r d e n a b i l i t y wi l 1 d e v e l o p mi c r o s t r u c t u r e s c o n t a i ni n g s i g ni f i c a nt p e r c e nt a ge s o f m a r t e ns i t e i n t he a s s i n t e r e d c o ndi t i o n．Ac c e l e r a t e d c o ol i n g t e c h ni q ue s f o r s i nt e r i n g f ur n a c e s ha v e be e n d e v e l o pe d whi c h pe r m i t l a r g e r p a r t s t o be s i nt e r h a r de ne d， or m a t e r i a l s wi t h l o we r ha r d e n a bi l i t y t o b e us e d t o pr o du c e s i n t e r ha r d e ne d p a r t s wi t h s m a l l e r c r o s s s e c t i o ns ． The d i f f e r e nc e be t we e n ha r d ne s s a nd ha r de na b i l i t y wi l l be e x pl a i ne d a nd a r e v i e w pr e s - e n t e d o f h o w t h e a l l o y i n g me t h o d s e l e c t e d f o r f e r r o u s P ／ M ma t e r i a l s i n f l u e n c e s h a r d e n a b i l i - t y ．Ex a mpl e s of s i nt e r h a r de na b l e m a t e r i a l s wi l l be pr o v i de d a nd t he b e ne f i t s a nd di s a d v a nt a g e s o f s i n t e r ha r de ni n g pr o c e s s wi l 1 be d i s c us s e d． Ke y wo r d s f e r r o u s P M c o mp o n e n t s ； s i n t e r a r d e n i n g ； h e a t t r e a t me n t ； h a r d e n a b i l i t y 烧结一 硬化是使粉末 冶金铁基 零件 [ 含碳 量为 0 ． 3 ％～O ． 9 ％ 质量分数 ] ， 在烧结下， 随即用快速 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 8 2 8 作者简介 韩凤麟 1 9 2 8 一 ， 男 汉 ， 河北新河县人 ， 教 授 ， 中国机协粉末冶金分会顾问 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 粉末 冶金 工业 第 2 4卷 冷却 ， 使之几乎大部分 形成 马氏体显微组织的一种 生 产工艺 。 通 常 ， 粉 末 冶 金 铁 基 [ 含 碳 量 在 0 ． 3 ～0 ． 9 质 量分 数 范 围之 内者] 零 件 ， 都可像 普 通结 构钢 零 件 一 样 进 行 热 处 理 ， 即 通 过 在 8 5 0 ℃ ， 于 0 ． 5 或 0 ． 8 碳势保护气氛中加热 3 0 rai n后 ， 进行油淬火 ， 之 后再 在 1 8 0 ℃或 2 6 0 o C下 回火 1 h l_ 】 j ， 以改 进 零 件 材料的综合力学性能 。但通常粉末冶金零件的热处 理 ， 都 是在烧 结 炉 中烧 结 后 ， 经 缓 慢 冷 却 ， 再 在 间 歇 式 加 热炉 中 ， 分 批重 新加 热到 相 图的奥 氏化 区后 ， 进 行油淬火的。油淬火时， 油将存 留在粉末冶金零件 的孔 隙 中 ， 因此 ， 需要 对零 件进 行彻 底 除油 清洗 。另 外 ， 油淬火时 ， 由于零件急剧冷却 ， 可能会产生扭 曲 变 形 。因此 ， 常规 的粉 末 冶 金 零 件 热 处 理 的 主要 缺 欠是 ， 需 要重 新加 热 ， 费用 高 及 零 件 的 尺 寸精 度 差 。 而烧 结一 硬化 工艺 将 粉 末 冶金 零 件 热 处 理 的 多道 工 序合 并成 了一 次作 业 ， 零件烧 结 后 ， 随 即进 行硬 化处 理 ， 出炉后 ， 经 回火 ， 即可准备 应 用 。 粉末冶金结构零件和普通结构钢零件 的热处理 工艺基本相同， 但两者仍有显著差异 1 粉末冶金结 构 零件 的含 碳量 虽 位 于 0 ． 3 ～ 0 ． 9 质量分数 范围之内， 但其主要合金化元素为 氧化 物 易还原 的 C u 、 Ni 、 Mo [ l ] ， 近年来 才 开始 研制 用 C r 、 Mn 、 S i 等作 为 合金 化元 素 ； 2 粉末 冶金 结 构 零 件 材 料 中 皆含 有 一 定 量 孔 隙度 ， 这对其冷却速率与力学性能都有明显影响 ； 3 普通 结 构钢 的硬 度 一 般是 指 材 料 对 塑 性 变 形的抗力 ， 通常都是用压痕来表示。压痕硬度可用 不同的硬度试验方法 布氏、 洛氏、 维氏 测定 。粉末 冶金零件材料都含有一定量 的孑 L 隙度 ， 其测定 的压 痕 硬度 和材 料 的孔 隙度 或密 度 相关 。材料 的密 度 越高， 硬度就越高， 因此， 称之谓“ 表观硬度” 。注意， 粉 末冶 金零 件材 料 的压 痕 硬 度 即 表观 硬 度 ， 不 但 与材 料 的显 微组 织相 关 ， 而且取 决 于材料 的密度 。 粉末冶金结 构零件热处理后 ， 材料的强度 与硬 度增高 ， 但韧性较低 ； 同时显微组织也从 由铁素体与 珠光体组成 ， 转变成 了马氏体组织 。但是 ， 材料的显 微组织转变， 受到零件横断面尺寸大小 的限制 ， 为增 大 热处 理零 件 的横 断 面 尺 寸 ， 改 进 热处 理材 料 的强 度与 韧性 ， 研制 出 了添 加有 各 种 合 金 添 加 剂 的粉 末 冶金 合金 钢 。 一 些 合 金 添 加 剂 较 高 的 粉 末 冶 金 结 构 零 件 材 料 ， 甚至在烧结状态 ， 其显微组织都主要是 由马氏体 组成 。现在将这类材料 叫做“ 可烧结一 硬化” 材料 。 1 淬透性与淬硬性 可硬性 的区别 将粉末冶金材料淬火时形成马 氏体的能力 或 被淬透能力 叫做“ 淬透性 ” ， 其 是材料本身 固有 的 一 种 属 性 。淬透 性 是 指在 规 定 的条 件 下 ， 决定 材 料 淬硬深度与硬度分布的特性。淬透性主要和材料的 临界 淬 火 冷 却 速 度 或 过 冷 奥 氏 体 的 稳 定 性 相 关 。 测定材 料 淬透性 的标 准方 法 AS TM A 2 5 5 规 定 ， 由零件表面到半马氏体组织[ 马氏体 5 O 体积 分数 ] 处的深度为淬硬层深度 ， 淬透性的高低 常以 淬 硬 层深 度来 表示 ， 若淬 透层 深 度达 到 了零 件 心部 ， 则零件叫做被淬透 ， 见图 1 。采用半马氏体组织 硬 度为 5 0或 3 0 HRc 作为评定淬透性 的标准 ， 是因 为其容易用硬度或显微组织来区分 。半马氏体的硬 度主要取决于奥氏体的含碳量 ， 见图 2 。 a 。h 0 l 表面 中心 表面 表而 中心 表而 a 淬透 ； b 未淬透 图 1 零件淬硬层 与力学性能的关 系Ⅲ 图 2 半马 氏体硬度与碳含量 的关系 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 韩凤麟 粉末冶金铁基零件的烧结一 硬化处理 3 注意， 材料的淬透性与淬 硬性 可硬性 是二个不 同 的概念。淬硬性是指材料在理想条件下进行淬火硬 化时， 可达到最高硬度 的能力 。其高、 低主要取决于 淬火加热时 ， 固溶于奥 氏体 中碳含量的多少。例如， 一 些合金结构钢的淬硬性低 ， 但其淬透性很高。 2 粉末冶金结构零件的淬透性 粉末冶金结构零件材料 和我 国 G B 2 5 5 6 3结构 钢的末端淬火法都是来 源于美 国 AS TM A 2 5 5的 末端淬火试验法。试验方法规定 ， 采用的标 准试样 尺寸为 中 2 5 mm1 0 0 mm， 将试样加热奥 氏体化后 ， 迅速放在末端淬火装置 图 3 上喷水冷却。规定喷 水管 内径 为 1 2 ． 5 mm， 试样末端 与喷水 口距离 为 1 2 ． 5 mm， 水柱 自由高度为 6 5 mm1 0 mm， 喷水时 间 为 1 O ～ 1 2 rai n 。 将末端淬后的试样 ， 沿轴线方向对二侧面各磨 去 0 ． 2 ～0 ． 5 mm， 形成二个 相互平行 的窄条平面 。 然后 ， 从试 样端 面 开 始 ， 每 隔 1 ． 5 mm， 测 定 一 HR C 硬度值， 即可得出一条沿试样轴线的硬度分布曲线 ， 这就是材料的淬透性曲线 ， 见 图 4 。 喷水装置 图 3末端淬火试验法示 意图 图 5示粉末冶金 F L 一 4 6 0 5的末端淬火的淬透性 曲线。从图 5 可以看出 1 粉末冶金零件材料 的密度影 响淬透性 ， 密度 越高， 淬透性越高。 2 在最接近末端处水柱的冷却速度最快 ， 而在 远 离水 柱 的试 样 末端 是在 空气 中缓 慢冷 却 的 。沿 着 试样的不 同位置是在这二个极端之问 ， 以中间速率 冷却 的。粉末冶金材料 的多孔性 ， 也影响其导热性 ， 见图 6 。因此 ， 在最接近试样末端处 ， 由于冷却水进 入孔隙之内， 可能会加 速冷却 ， 而在远离淬火末 端 盏 巴 髫 赛 萋 至水冷端距离 ／ m m f b a 冷却速度的变化 ； b 硬度的变化曲线 图 4试样 的淬透性 曲线 ] 末端淬火的淬透性 距淬火端的距离／ mm 距淬火端的距离／ 时 图 5密 度对 F L ． 4 6 0 5末端淬火透性 的影 响 处 ， 由于空气导热性低 ， 又可能减缓冷却速率 。 3 从 图 中 可 以看 出 ， 当硬 度 低 于 3 0 HR C 或 6 5 HRA时， 粉末冶金材料的表面硬度值 将无法连 续测定。因此， 对粉末冶金材 料的末端淬火试验改 为了用 HRA标度测定 。HR A标 度采用 的施加 负 载 6 0 k g ， 而 HR C使用的负载为 1 5 0 k g 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 粉末冶金工业 第 2 4卷 图 6 密度对 F L ． 4 6 0 5的导热性 的影 响E 3 ] 3 影响烧结一 硬化冷却速率的因素 烧 结一 硬化 的 目的 是 ， 在 烧 结 炉 中烧 结 之 后 ， 在 冷却 阶段 ， 使零 件硬 化 。因此 ， 在 临界转 变温 度范 围 内， 冷却速率最为重要。图 7示圆柱形零件 的淬硬 层 与 冷却 速率 的关 系 。 图 7 圆柱形零件淬硬层与冷却速率 的关 系 从 图 7可以看 出， 冷却速率大于临界淬火速率 的一层形成马氏体组织， 而冷却速率低于 的 中心 部分 形成 的是 非马 氏体组 织 。许 多变量 都影 响 烧结零件的冷却速率 ] ， 诸如 炉子大小 ； 使用 的对 流气体冷却系统 见图 8 与鼓风机的大小 ， 以及热 交换 器 的能力 ； 炉 子负 载 ； 零 件 的几何 形状 厚度 与 重量 ； 烧 结温度 ； 转变 区的长度； 网带速 度； 气氛组 成 ； 炉子的冷却能力。 依据零件材料 的合金组 成 其决定合金的淬透 性 ， 一般临界温度范 围为 3 1 6 ～5 3 8 ℃。为使较低 的合金材料能进行转变 ， 需要较快 的冷却速率 ， 诸如 3 ． 5 C／ s 。改变炉子的作业参数时 ， 诸如零件 的负载 或网带速度 ， 可能会使炉内的冷却速率与产生临界 温 度 的位置 发生 变化 。这 时 ， 重 要 的是 ， 要 检验 炉子 的温度分布曲线图 ， 来核对炉子是否在合适的温 度 范围内， 达到了适用的冷却速率 。 图 8美 国 AB BOT T炉 子 公 司 的 Va r i C o o l 对 流 冷却系统 ] AB B OTT炉子公 司的 Va r i C o o l 对流 冷却 系统 是将辐射与对流冷却结合起来构成的一个快速冷却 系统。该系统的构成见表 2 [ 6 一 ， 其既可用 于新连续 烧结炉 ， 也可用于翻修的现有烧结炉 。 表 2 V a r i C o o l 系统 的构成 部件 说明 水套冷却室 停止对流冷却 ， 提供整个范围的冷却 能力。 多回流喷射点 使 Va r i C o o l 的整个宽度与长度冷却均 r 一。 水冷热交换器 回流 气氛 冷却 ， 增 高 V“i c 】 的冷 却效 变速鼓风机组件 使冷却曲线图易于 町熏复变更。 叮调节 的管道 系统 便于控制气氛气体 回流 ， 使冷却曲线最佳化 。 4 合金化方法对铁基粉末冶金结构零 件材料淬透性 的影 响 铁基粉末冶金结构零件材料的力学性能与其显 微 组织 ， 所含 孑 L 隙 的数 量 、 大 小 、 分 布及 形 态 密 切 相 关 。为改进 铁基 粉末 冶金 材料 的力 学性 能 和增 高其 在热处 理状 态 的淬 透 性 或韧 性 ， 扩 大 粉末 冶金 零 件 的应用 ， 研制出了各种合金化添加剂与合金化方法 。 当前 ， 对于铁基粉末冶金结构零件材料 ， 依据组成合 金 的方法 ， 主要 有 四种合 金 化方 法 ， 见 图 9 。 1 混 合 法 。将 元 素 粉 末 或 铁 合 金 粉 ， 以合 金 添加剂状 ， 直接混合于基粉铁粉 中， 这是一种最常用 与最便宜的合金化方法 。鉴于粉 末混合物 在压制 时 ， 仍保持着基粉铁粉 的压缩性 ， 但其合金化程度 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 韩凤麟 粉末冶金铁基 零件 的烧结一 硬化处理 5 0 D厂、 预混合法 部分合金化法 。● 预合金化法 化法 图 9 粉末冶金材料 的合 金化 方法 在烧结温度下 ， 受到合金元素与铁相互扩散 的一定 限制 ， 因此 ， 最 终形 成 的显微 组织 在化 学性 质上 是不 均一的。而且 ， 这种粉末混合粉在输送与压制时 ， 会 产 生扬 尘 与偏 聚 。 2 部分合金化 或扩散合金化 法。为了改善 用混合法制备 的粉末混合粉 的合金化添加 剂的偏 聚， 开发了部分合金化法 ， 即将 粉末混合粉 ， 用加热 扩散的方法 ， 使 合金化添加剂粘 结在铁粉颗粒 上。 这样就既基本上保持 了基粉铁粉 的压缩性 ， 又改善 了合金添加剂偏聚的状况 。这种材料 的显微组织， 是 由合金化程度较高的合金化颗粒粘结处形成的连 续 网络和合金化程度较小的颗粒心部组成 。 3 预合金化法。为解决部分合金化材料 ， 合 金化添加剂分布不均一的问题 ， 开发了预合金化法， 即在用水雾化法生产粉末时 ， 将合金化添加剂 除碳 外 添加到钢熔体 钢液 中， 使钢液合金化 。这样制 备的雾化合金钢粉制造的零件材料， 显微组织均一 ， 甚至连微小压痕硬度都均一 。但是 ， 由于合金添加 剂使生产的粉末颗粒 固溶强化 ， 因此 ， 其可压缩性 ， 和混合的与部分合金化 的材料相 比， 有所减小。可 是， 用钼作为合金添加剂 的预合金化粉末的压缩性 和铁 粉相 近 。 4 混杂合金化 法 Hy b r i d Al l o y 。随着高压 缩性预合金化粉末 出现 ， 开发 出了以这种预合金化 诸如含 Mo的 为基粉 ， 再 用添加 的元 素粉末 诸 如， C u粉、 Ni 粉 进 一步合金化 的混杂合金化合金 材料 。例如 ， 得 到广 泛应用 的材 料 F L N2 4 4 0 0 ， 就 是在 以 0 ． 8 5 质量分数 Mo作为主要合金添加剂 的预合金化基 粉 中， 再 添加 2 质量分 数 Ni 与 0 ． 4 ～O ． 6 质量分数 石墨制成的。 在粉末冶金件的烧结过程中， 当烧结 的零件从 烧结带出来时， 在给定的冷却速率下 ， 烧结零件材料 形成的显微组织决定其淬透性 。一般而言 ， 预合金 化粉末的淬透性比混合 的， 部分合金化的好 。近 1 O 多年来 ， 开发 的淬透性较高的烧结一 硬化材料， 基本 上都是混杂合金化合金材料 ， 见 图 1 0 。 F D． 0 4 0 8 F D． 0 4 0 5 F D． 0 2 0 8 F D． 0 2 0 5 F N． 0 2 0 8 F C． 0 2 0 8 F ． 0 0 0 8 a 混合 法 ， 部 分合金化法 ； b 预合金化 ， 混杂合金化法 图 1 0 各种 合金化法制造的粉末冶金材料 密度 7 ． 0 o ／ G m。 的末端 淬火到表观 硬度 6 5 H R A的距 离0 ] 注 混合法一 F N - 0 2 0 8 ， F C - 0 2 0 8 ， F 一 0 0 0 8 ； 部分合 金化法一 F D - 0 4 0 8 ， F D - O 4 0 5 ， F D- 0 2 0 8 ，F D- 0 2 0 5 ；预 合 金 化 法一 F L 一 4 6 0 5 ，F L - 4 2 0 5 } 混 杂 合 金 化 法一 F I NC - 4 4 0 8 ， F L N4 4 4 0 5 ， F L N一 4 2 0 5 ， FLC一 4 6 0 8。 对烧结 一 硬 化合 金 材料 的基本 要求是 1 淬透性好 。比 F L C 一 4 6 0 8的淬透性好 ； 2 压缩性 高 。在 压 制压 力 5 5 0 MP a下 ， 密度 大于 6 ． 8 g ／ c m。 ； 3 可于 1 1 2 0 ℃下进行烧结 。 开发烧结一 硬化合金材料 的焦点在于 ， 将合金添 加剂的应用和他们对合金淬透性的协同作用最佳化 相结合 。对于铁基粉末冶金材料 ， 这涉及到对合金 元素 诸如镍 、 钼、 锰及铬 的各种组合 ， 锰与铬对淬 透性影响显著 ， 但他们和氧的亲合力强 ， 使用受到限 制。添加剂镍与铜 的价格虽然比锰与铬高 ， 但他们 在氧化物在粉末退火时可以还原 ， 同时预合金化 的 镍一 钼钢粉可在 1 1 2 0 ℃下烧结 。虽 然， 就淬透性 而 言， 各种合金元素的作用是重要的， 但每一种合金添 加剂的加入数量都必须兼顾对淬透性的强化与对粉 末材料压缩性的减小。在铁素体中具有强烈 固溶强 化作用 的元素 诸如镍与锰 都减低粉末的压缩性 。 钼与铬的置换固溶强化作用比镍与锰弱 。对于生产 可压缩性好 的粉末材料 ， 与铁形成 间隙固溶体的元 素 诸如碳与氮 的含量 ， 都必须保持在很低水平。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 粉末冶金工业 第 2 4卷 5 烧结一 硬化的优势 和需要 进行 常规 热处 理 油 淬火 硬化 的粉 末冶 金 材料 相 比 ， 烧结 一 硬 化工 艺 的优势 如下 1 取消了需要的后续油淬火硬化处理 ； 2 由于去掉了剧烈的油淬火 ， 零件 的扭 曲变 形 减小 ， 零 件 的尺寸 较易控 制 ； 3 烧结一 硬化 的零件是在空气中回火 ， 这 比油 淬火硬化的零件容 易进行 。在油浴 中淬火的零件 ， 其 孔 隙 中残 留有 相 当大 量 的油 ， 需 要 在 2 0 0 ℃ 以上 的温 度下 回火 ， 在较 高温 度下 回火 之前 ， 首先 必须 在 2 0 0 ℃ 以下进行 回火 ， 将残 留的油烧 除掉 ； 4 在进行最终作业 ， 诸 如镀覆之前 ， 烧 结一 硬 化 的零件 不需要 进行 脱油 处理 。 虽然 ， 烧结一 硬 化 的零 件可 能需要 少量切 削加 工， 但大多数零件 ， 都 已设计成具有最终形的零件。 对于一些应用 ， 通过将温压和烧结一 硬化相结合， 可 克服刚性模具压制时对某些形状 的限制。 6 烧 结一 硬化钢 烧 结一 硬 化钢是 近 1 O年来 开 发 的一 类 新 型粉 末 冶金结构零件材料 ， 这类材料都是用混杂合金化法 生产的。他们都是 以镍 、 钼及锰作为主要合金化元 素的预合金化低合金钢粉为基粉， 添加 以元素铜粉 和在一些场合还添加有元素镍粉 ， 石墨粉及润滑剂 的粉末混合物制成的。为使制造的零件 的最终密度 能达到 7 ． 0 g ／ c m。 或更高 ， 通常都是用二次压制／ 二 次烧 结 工艺制 造 的 。 烧结～ 硬化钢的显微组织 主要是 马氏体。一般 也发现有细珠光体 、 贝氏体及残留奥氏体 区。在含 有添加元素镍粉 的合金材料 中， 发现有 富镍 区。烧 结一 硬化钢主要用于制造高强度与耐磨零件 。 表 3示 烧结一 硬 化 钢 的化 学 组 成 和 表 4示 烧 结一 硬化 钢 的材料性 能 2 j 。 表 3烧结- 硬化钢 的化学组成 质量分数 ％ 材料牌号 F e C Ni Mo F LN2 4 4 0 8 余 量 F LN4 4 4 0 8 余 量 F LN6 4 4 0 8 余量 F L NC 一 4 4 0 8 余量 F L C 一 4 6 0 8 余量 F L C 一 4 8 0 5 余量 F L C 2 4 8 0 8 余量 F L C 一 4 8 1 0 8 余量 FL N一 4 8 1 0 8 原先的 F L N 一 4 6 0 8 余量 F L C 一 4 9 0 8 余量 F L C 2 5 2 0 8 余量 F L 一 5 3 0 5 余量 0 ． 6 5 ～ 0． 9 5 0 ． 6 5 ～ 0． 9 5 0． 6 5 ～ 0 ．9 5 O． 6 5 ～ 0 ．9 5 0． 4 3 ～ 0 ．6 0 1 ． 1 ～ 1 ． 4 1 ． 1 ～ 1 ． 4 0 ． 8 0 ～ 1 ． 1 0 0 ． 8 0 ～ 1 ． 1 0 1 ． 3 0 ～ 1 ． 7 O 0 ． 1 5 ～ 0 ． 3 0 0 ． 4 0 ～ 0 ． 6 O 注 *至少以元素粉末混 入 2 镍 其它元素 包括为了特殊 目的而添加 的其它微量元素 ， 最大含量为 2 ． 0 H 7 用烧结一 硬化工艺生产 的粉末冶金 变速器驻车制动器E 图 l l 示的汽车变速器驻车制动器 ， 原来是用热 处理的粉末冶金材料 F N 一 0 2 0 5 HT生产 的， 其名义 密度 为 7 ． 1 g ／ c m。 。烧 结一 硬化 工艺 和常 规 的粉末 冶 金 热处 理零 件 的生产 工艺 流程 的 比较 示 于 图 1 2 。 烧结一 硬 化 零 件 使 用 材 料 ， 是 以 7 3 7 S H[ F e 一 1 ． 2 5 质 量 分 数 Mo 一 0 ． 4 2 9 ／ 6 质 量 分数 Mn 一 1 ． 4 质量分数 Ni l 为基粉2 9 ／ 6 质量分数 Cu 0 ． 7 质 量分 数 石墨 粉 0 ． 7 5 质 量 分数 Ac r a Wa X C组成 。零 件是用 网带 式烧结炉 ， 在烧结温 度 1 1 2 0 ℃下 ， 于吸热性气氛 中， 烧结 3 0 rai n 。为加速 零件从烧 结 温度 的冷 却速率 ， 炉 子装 备有 C o n v e c o o l 冷却装置 。图 1 3示烧结一 硬化试验的炉子 的温 度与时间的关系曲线。图 1 4示烧结一 硬化试验时零 件的冷却 曲线。图 1 5 示烧结一 硬化与 回火 的汽车变 速器 驻 车制 动器 的显微 组织 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 韩凤麟 粉末冶金铁基零件 的烧结一 硬化 处理 7 ‘ 表 4烧结一 硬化钢粉末冶金材料性能 最小值 A 标准值 B 最小强度 疲劳 A E G 拉伸性能 弹性 常数 无 凹 横 向 压缩 硬度 极限 材料代号 极限 极限 屈服 伸长率 口夏 断裂 屈服 微小压 9 0 密度／ 屈／J l ／ 抗拉 强度 在 2 5 ． 4 杨 氏 比冲 强度／ 强度 宏观 M Pa 抗拉／ 强度／ 0 ． 2 ／ mm 内 ／ 模量／ 泊松 击能 0 ． 1 ／ 表观 痕 换算 存活 g。 c m M Pa GPa 比 MP a 的 F 率 ／ M Pa M Pa 量 ／ J MP a 洛氏 洛氏 MP a FLNC一 4 4 0 8 6 0 HT 4 1 O 4 8 0 1 1 1 5 0． 2 5 5 1 1 0 0 5 2 O 9 8HRB 5 5 H RC 1 2 O 6 ． 6 O 一8 5 HT 5 9 O 6 6 0 D 1 1 3 0 0 ． 2 7 9 1 3 1 0 5 9 0 2 1 H RC 1 8 0 6 ． 8 O 一 1 O5 HT 7 2 O 7 9 0 1 1 4 0 O ． 2 7 1 6 1 5 2 0 6 6 0 2 5 H RC 5 5 2 3 O 7 ． O 0 一 1 3 0HT 9 O O 9 7 0 1 l 55 O ． 2 8 2 2 1 7 2 0 7 2 O 3 O H RC 5 5 2 9 0 7 ． 2 0 FLC一 4 6 0 8 6 0 HT 4 1 O 4 8 0 1 1 1 5 O ． 2 5 9 9 0 0 6 6 O 2 8 H RC 5 5 HRC 1 2 0 6 ． 6 0 一75 HT 5 2 O 5 9 O D 1 1 3 0 0 ． 2 7 1 1 1 0 7 0 7 2 O 3 2 1 8 O 6 ． 8 O 一 9 5 HT 6 6 O 7 2 0 1 1 4 0 O ．2 7 1 5 1 2 4 0 7 9 0 3 6 5 5 2 3 0 7 ． O O 一 1 1 5 HT 7 9 O 8 6 0 1 1 55 O ． 2 8 1 8 1 4 5 0 8 6 O 3 9 5 5 2 9 O 7 ． 2 O FLC一 4 8 0 5 7 0HT 4 8 0 5 2 O 1 1 1 5 0 ． 2 5 7 11 0 O 6 9 O 2 4 H RC 5 7 HRC 1 5 O* 6 ． 6 0 一 1 0 0HT 6 9 0 7 6 0 D 1 1 3 O O ． 2 7 9 1 3 8 O 9 0 0 2 9 5 7 23 O* 6 ． 8 O 一 1 4 0HT 9 7 0 1 03 0 1 1 4 0 O ． 2 7 1 4 1 6 5 O 1 1 O O 3 4 5 7 3 0 0* 7 ． O O l 75 HT 1 2 1 0 1 2 8 0 1 l 5 5 O ． 2 8 2 0 1 9 7 0 1 2 8 0 3 9 5 7 39 O* 7 ． 2 0 FLC2 4 8 0 8 7 0 HT 4 8 0 5 2 0 1 1 1 5 0 ． 2 5 9 9 3 O 6 2 0 2 5 H RC 5 5 HRC 1 8 O* 6 ． 6 0 一85 HT 5 9 O 6 2 0 D 1 1 3 O O ． 2 7 1 5 1 2 4 0 7 9 O 3 O 5 5 2 4 0* 6 ． 8 O 一 1 1 0 HT 7 6 O 8 3 0 1 1 4 0 0 ． 2 7 1 9 1 5 9 O 9 3 O 3 5 5 5 29 5* 7 ． 0 0 一 1 45 HT 1 0 0 0 1 07 0 1 1 55 0 ． 2 8 2 3 1 8 6 0 1 1 O O 4 O 35 0* 7 ． 2 O FLC一 4 8 1 0 8 5 O HT 3 4 0 4 1 0 1 1 1 5 0 ． 2 5 7 8 3 0 C 2 O HRC 5 5 HRC 1 1 O 6 ． 6 O 一7 0HT 4 8 0 5 5 O D 1 1 3 O 0 ． 2 7 9 1 O 3 O C 2 6 1 6 O 6 ． 8 O 一 9 0 HT 6 2 O 6 9 0 1 1 4 0 0 ． 2 7 1 2 1 3 1 O C 3 1 5 5 2 3 O 7 ． O 0 一 1 1 0HT 7 6 O 8 3 0 1 1 55 0 ． 2 8 1 9 1 5 9 O C 3 7 5 5 2 9 0 7 ． 2 O FLC2 5 2 0 8 85 HT 5 9 O 6 6 0 5 9 O 1 1 1 5 0 ． 2 5 9 1 4 1 O 6 9 O 2 3 H RC 5 5 HRC 1 9 O 6 ． 6 O 一95 HT 6 6 0 7 2 0 6 20 1 1 3 O O ． 2 7 1 2 1 5 9 O 7 6 0 2 7 5 5 2 6 0 6 ． 8 0 一 1 1 0HT 7 6 0 8 3 0 6 9 O 1 1 4 0 0 ． 2 7 1 5 1 7 6 0 8 3 0 3 0 3 2 0 7 ． O 0 一 1 2 O HT 8 3 0 9 0 0 7 6 0 1 1 55 0 ． 2 8 1 8 1 9 3 0 9 O 0 3 3 3 8 0 7 ． 2 0 FL r 5 3 O 5 1 O5 HT 7 2 0 7 9 0 1 1 1 5 0 ． 2 5 9 1 2 1 O 7 9 O 2 5 H RC 5 5 HRC 1 6 0 6 ． 6 O 一 1 2 O HT 8 3 0 9 0 0 D I 1 3 O 0 ． 2 7 1 2 1 5 2 O 9 3 O 3 O 2 3 O 6 ． 8 O 1 3 5 HT 9 3 O 1 0 0 0 1 1 4 0 0 ． 2 7 1 4 I 8 3 0 1 0 3 0 3 5 2 8 0 7 ． 0 O 一 1 5 OHT 1 0 3 0 1 1 0 0 1 1 5 5 0 ． 2 8