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粉末冶金制品有几种热处理形式


  粉末冶金材料在现代工业中的应用越来越广泛,特别是汽车工业、生活用品、机械设备等的应用中,粉末冶金制品已经占有很大的比重。它们在取代低密度、低硬度和强度的铸铁材料方面已经具有明显优势,在高硬度、高精度和强度的精密复杂零件的应用中也在逐渐推广,这要归功于粉末冶金技术的快速发展。全致密钢的热处理工艺已经取得了成功,但是粉末冶金材料的热处理,由于粉末冶金材料的物理性能差异和热处理工艺的差异,还存在着一些缺陷。各铸造冶炼企业在粉末冶金材料的技术研究中,热锻、粉末注射成型、热等静压、液相烧结、组合烧结等热处理和后续处理工艺,在粉末冶金材料的物理性能与力学性能缺陷的改善中,取得了一定效果,提高了粉末冶金材料的强度和耐磨性,将大大扩展粉末冶金的应用范围。
  粉末冶金材料的热处理要根据其化学成分和晶粒度确定,其中的孔隙存在是一个重要因素,粉末冶金材料在压制和烧结过程中,形成的孔隙贯穿整个零件中,孔隙的存在影响热处理的方式和效果。
  粉末冶金材料的热处理有淬火、化学热处理、蒸汽处理和特殊热处理几种形式:
  1、淬火热处理工艺
  粉末冶金材料由于孔隙的存在,在传热速度方面要低于致密材料,因此在淬火时,淬透性相对较差。另外淬火时,粉末材料的烧结密度和材料的导热性是成正比关系的;粉末冶金材料因为烧结工艺与致密材料的差异,内部组织均匀性要优于致密材料,但存在较小的微观区域的不均匀性,所以,完全奥氏体化时间比相应锻件长50%,在添加合金元素时,完全奥氏体化温度会更高、时间会更长。
  在粉末冶金材料的热处理中,为了提高淬透性,通常加入一些合金元素如:镍、钼、锰、铬、钒等,它们的作用跟在致密材料中的作用机理相同,可明显细化晶粒,当其溶于奥氏体后会增加过冷奥氏体的稳定性,保证淬火时的奥氏体转变,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进行回火处理,回火处理的温度控制对粉末冶金材料的的性能影响较大,因此要根据不同材料的特性确定回火温度,降低回火脆性的影响,一般的材料可在175-250℃下空气或油中回火0、5-1、0h。
  2、蒸汽处理
  蒸汽处理是把材料通过加热蒸汽使其表面氧化,在材料表层形成氧化膜,从而改善粉末冶金材料的性能。特别是对于粉末冶金材料的表面的防腐,其有效期比发蓝处理效果明显,处理后的材料硬度和耐磨性明显增加。
  3、化学热处理工艺
  化学热处理一般都包括分解、吸收、扩散三个基本过程,比如,渗碳热处理的反应如下:
  2CO≒[C]+CO2 (放热反应)
  CH4≒[C]+2H2 (吸热反应)
  碳分解出后被金属表面吸收并逐渐向内部扩散,在材料的表面获得足够的碳浓度后再进行淬火和回火处理,会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,使得活性炭原子从表面渗入内部,完成化学热处理的过程。但是,材料密度越高,孔隙效应就越弱,化学热处理的效果就越不明显,因此,要采用碳势较高的还原性气氛保护。根据粉末冶金材料的孔隙特点,其加热和冷却速度要低于致密材料,所以加热时要延长保温时间,提高加热温度。
  粉末冶金材料的化学热处理包括渗碳、渗氮、渗硫和多元共渗等几种形式,在化学热处理中,淬硬深度主要与材料的密度有关。因此,可以在热处理工艺上采取相应措施,比如:渗碳时,在材料密度大于7g/cm3时适当延长时间。通过化学热处理可提高材料的耐磨性,粉末冶金材料的不均匀奥氏体渗碳工艺,使处理后的材料渗层表面的含碳量可达2%以上,碳化物均匀分布于渗层表面,能够很好地提高硬度和耐磨性能。
  4、特殊热处理工艺
  特殊热处理工艺是近些年来科技发展的产物,包括感应加热淬火、激光表面硬化等。感应加热淬火是在高频电磁感应涡流的影响下,加热温度提升快,对于表面硬度的增加有显著效果,但是容易出现软点,一般可以采取间断加热法延长奥氏体化时间;激光表面硬化工艺是以激光为热源使金属表面快速升温和冷却,使奥氏体晶粒内部的亚结构来不及回复再结晶而获得超细结构。
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