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粉末冶金材料的熱處理工藝

2020-02-03 22:13:42      點擊:
    粉末冶金材料的熱處理要根據其化學成分和晶粒度確定,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,粉末材料的燒結密度和材料的導熱性是成正比關系的;粉末冶金材料因為燒結工藝與致密材料的差異,內部組織均勻性要優于致密材料,但存在較小的微觀區域的不均勻性,所以,完全奧氏體化時間比相應鍛件長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理相同,可明顯細化晶粒,當其溶于奧氏體后會增加過冷奧氏體的穩定性,保證淬火時的奧氏體轉變,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.化學熱處理工藝
化學熱處理一般都包括分解、吸收、擴散三個基本過程,比如,滲碳熱處理的反應如下:
2CO≒[C]+CO2 (放熱反應)
CH4≒[C]+2H2 (吸熱反應)
碳分解出后被金屬表面吸收并逐漸向內部擴散,在材料的表面獲得足夠的碳濃度后再進行淬火和回火處理,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部,完成化學熱處理的過程。但是,材料密度越高,孔隙效應就越弱,化學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。根據粉末冶金材料的孔隙特點,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熱處理包括滲碳、滲氮、滲硫和多元共滲等幾種形式,在化學熱處理中,淬硬深度主要與材料的密度有關。因此,可以在熱處理工藝上采取相應措施,比如:滲碳時,在材料密度大于7g/cm3時適當延長時間。通過化學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,其有效期比發藍處理效果明顯,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展的產物,包括感應加熱淬火、激光表面硬化等。感應加熱淬火是在高頻電磁感應渦流的影響下,加熱溫度提升快,對于表面硬度的增加有顯著效果,但是容易出現軟點,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,使奧氏體晶粒內部的亞結構來不及回復再結晶而獲得超細結構。
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