粉末冶金烧结培训

粉末冶金烧结介绍主讲：[e-mail]课程内容一、烧结原理二、烧结过程三、烧结炉主要类型四、网带式烧结炉的特性五、网带式烧结炉的基本构造六、高温烧结设备简单介绍七、烧结气氛介绍八、常见不良分析1.烧结原理就是将粉末压坯在低于其主要成分熔点的温度下进行加热保温，然后以一定的方式和速度进行冷却，从而获得所需要的强度和各种物理机械性能的一种过程。输入烧结过程输出粉末颗粒的聚集体晶粒的聚结体温度、速度气氛、流量2.1烧结的过程A粘结阶段烧结初期,颗粒间的原始接触点或面转变成晶体结合，即通过成核、结晶长大等原子过程形成烧结颈。B烧结颈长大阶段原子向颗粒结合面的大量迁移使烧结颈扩大，颗粒间距离缩小，形成连续的孔隙网络；同时由于晶粒长大，晶界越过孔隙移动，而被晶界扫过的地方，孔隙大量消失。烧结体收缩，密度和强度增加是这个阶段的主要特征；C闭孔隙球化和缩小阶段当烧结体密度达到90%多数孔隙被完全分隔,闭孔数量大为增加，孔隙形状趋近球形并不断缩小。在这个阶段，整个烧结体仍可缓慢收缩，但主要是靠小孔的消失和孔隙数量的减少来实现。2.1烧结的过程生坯912度1083度1120度烧结颈2.2各元素在烧结过程的作用2.2.1CuA从生坯到910度以下此状态下，生坯为铁粉+Cu粉及粉末颗粒间的缝隙构成。600度附近开始发生烧结现象。开始有微量收缩。温度越高烧结越大。但此时未发生合金化。B在910度到Cu的熔点1083以下因为烧结温度较高，铁粉和铜粉虽然在固态下有合金化反应，但烧结体此时组成大体和生坯相同状态C1083以上到1150烧结温度高于1083度，烧结产品内的Cu颗粒进行融化，形成液相，流入铁粉颗粒间。当铜粉颗粒融化和流出后在原颗粒的位置形成流出孔隙。这就是含油轴承孔隙组织中的“储油孔隙”。随着温度的升高。液相Cu逐步扩散到γ铁中形成铁铜合金，致使烧结品体积膨胀和总孔隙度再次增大。在此阶段可认为基本形成了由“毛细状孔隙”与由Cu粉流出的储油孔隙组成含油轴承所需要的孔隙结构D1150度保温0-120min此温度下保温时间增长，孔隙逐步减小，产品产生收缩，强度徐徐增高。2.2各元素在烧结过程的作用2.2.2CA碳含量影响材料的显微组织中各相的含量，从而严重影响材料的力学性能。B随着碳含量的增加，抗拉强度先增后减。在0.8%时候最高，而延展率随碳含量的增加而呈下降趋势。轴向膨胀率随碳含量的增加而减少。2.2各元素在烧结过程的作用2.2.2CC碳在铁中通过扩散形成奥氏体，扩散得很快，10-20分钟内就溶解完全。D当铁粉全部转变为奥氏体后，碳在其中的浓度分布仍不均匀。温度低，烧结后将残留大量游离石墨，甚至不发生碳向奥氏体的溶解；E烧结充分保温后冷却，奥氏体分解，形成以珠光体为主要组织组成物的多相结构。珠光体的数量和形态取决于冷却速度，冷却愈快，珠光体弥散度愈大，硬度与强度也愈高。如果缓慢冷却，由于孔隙与残留石墨的作用，有可能加速石墨化过程。2.2各元素在烧结过程的作用2.2各元素在烧结过程的作用2.2.3Ni、MoANi粉在烧结时不能完全扩散，烧结状态下其组织为浅色富Ni奥氏体区，针状马氏体或贝氏体围绕在该区边缘。热处理状态下富Ni区为浅色，芯部为奥氏体，周围为针状马氏体。B富含Cu和Mo的颗粒边界，形成马氏体和下贝氏体。2.2各元素在烧结过程的作用2.2.3Ni、Mo富Ni区形成奥氏体珠光体铁素体富含Cu和Mo的颗粒边界，形成马氏体和下贝氏体3.烧结炉的分类按加热丝方式：分为燃料加热和电加热按生产方式：间歇式和连续式按传递方式：网带式、推舟式及步进梁4.连续烧结炉的特征和用途优点：工件在运输过程中加热均匀，不受冲击震动，变形量小缺点：网带是由耐热合金制成，一般情况最高温度＜1150℃，网带受耐热温度的限制，网带反复加热和冷却，寿命较短，热损失比较大网带式烧结炉是在直通式炉膛中装输送带，连续地将放在其上的工件送入炉内，工件相对静止，平稳地通过炉膛加热，加热时间由无级调整网带来控制工件在炉内进行预热、烧结、冷却，最后由出炉口出炉。5.网带式连续烧结炉的基本构造介绍预热阶段型式高温保温阶段型式冷却段5.1预热阶段型式①5.1.1RBO（RapidBurnOff）原理：就是用液化石油气直接燃烧加速脱蜡a空气/瓦斯C3H8+5（O2+4N2）3CO2+4H2O+20N21：25空气量太多，表面脱碳无金属光泽空气量太少，燃烧不完全表面积碳不干净b使用温度650~750℃温度高：去除材质内润滑剂效果好，表面燃烧脱碳的倾向增加5.1.2炉芯管的预热带a特点表面脱碳的倾向相对小，主要问题是比较会有爆米花现象预热速度比较慢，相对预热时间长，增加了预热带的炉体长度，设备占地面积大b“爆米花”形成原因压坯在预热阶段，由于压坯内润滑剂（硬脂酸锌）的分解，分解后的气体产物从粉末压坯中迅速逸出，随炉内气氛排向炉口燃烧。如果在此阶段升温速度过快，由于分解气体从压坯中逸出过猛，会形成压坯表面气泡和变形预热阶段型式②c、预热阶段作用预热粉末压坏和烧除润滑剂预热阶段型式③5.2高温保温阶段型式①5.2.1有炉芯管的高温区（muffle马弗）优点：炉子密封性好，耗气量少，电热元件及炉衬不受炉气气氛的影响，炉内露点易维持缺点：炉芯管的成本高，寿命不长高温保温阶段型式②使压坯在规定温度下保温足够长的时间，从而获得烧结零件所需的物理机械性能c、高温保温阶段作用5.2.2SIC砌砖型式的高温区（brickwork）优点：炉芯使用周期长，成本低缺点：炉内干燥时间长，停炉砖容易吸收水份，对炉子密封性要求高5.3冷却阶段型式①5.3.1普通水套冷却通过夹套内冷却水的作用，对产品进行间接冷热交换一般来讲，水套中冷却水流方向与产品运行方向相反水套冷却带中温度必须略高于炉内气氛露点温度冷却阶段型式②5.3.2快速冷却装置（RapidCooling）工作原理：利用风扇循环炉内气体，并通过水冷热交换器将气体冷却下来，冷却后的气体喷向料舟和产品，通过前后风门的开度调节，从而控制循环气流量，这样就可以在一定的范围以内控制冷却速率和产品组织转变，以形成不同特定微观结构。冷却阶段作用使压坯从高温缓慢冷却到再结晶温度，然后快速冷却以得到产品的最终组织结构6.高温烧结炉简单介绍①a.温度使用范围0—1350℃b.高温烧结炉常见型式：推舟式和步进梁式c.高温烧结的目的提高粉末冶金零件的力学性能6.高温烧结炉简单介绍②d.高温烧结Fe-Mo-Cr-Cu合金零件的优点①金成分更均匀②高的密度③内部空隙更小④更高的屈服强度⑤极限抗拉强度提高⑥硬度提高7.烧结气氛一、烧结气氛的作用①防止烧结制品氧化②控制碳势③排除炉内杂质④净化炉气①烧结后产品的组分不变即不氧化不脱碳②能还原粉末颗粒表面氧化③对烧结炉的加热文件、传送带、耐火材料腐蚀性小④使用安全⑤原料丰富、容易制取、成本低廉二、选择烧结气氛的原则烧结气氛可分为还原性、真空及中性（惰性）、氧化性、渗碳性（或脱碳性）、氮化性等类型根据制备气氛的原样不同分类：a.放热式气氛b.吸热式气氛c.防热—吸热式气氛d.有机液体裂解气氛e.氨分解气氛f.氮基气氛g.木炭制备气氛h.氢气三、烧结气氛的分类氨分解气氛是以液氨为原料，在催化剂的作用下分解反应温度850~900℃获得的气氛、分解氨含氢量高、含氧量极微，少量水气容易干燥除去，是一种高纯度的还原性气氛。2NH33H2+N21。原理四、氨分解气氛①四、氨分解气氛②液氨瓶（槽）气化分解炉冷却器干燥净化系统入炉2。制备分解氨的流程3。氨分解气氛管理指标残NH3量NH3%要求0.1%以下露点DP值一般使用要求-35℃以下四、氨分解气氛②表1、露点与水分含有量的对应关系露点温度水分含有量℃mg/lvol%4051.07.293539.75.563030.54.262523.13.132017.32.311512.91.69109.461.2156.830.86004.880.602-53.410.416-102.350.282-151.610.186-201.080.124-250.7080.0799-300.4550.0502-350.2870.0310-400.1770.0188-450.1060.0109-500.06250.0063-600.01970.0020-700.00570.0006氮基气氛指的是以空气分离氮（液氮、分子筛制氮等）分别与一定量的氢气，燃料气有机液体以及含有一定比例氧化性介质（H2O、CO2、空气）的燃料气混合，直接通入工作炉内所生成的气氛。五、氮基气氛吸热式气氛是将燃料气（天然气、丙烷等）按一定比例空气混合（完全燃烧程式20~40%）后，送入有外部供热（反应温度1000~1050℃）的反应管中，在催化剂（一般用NI基）的作用下进行裂解和不完全燃烧反应，所组成的气氛经迅速冷却而制成。2C3H8+3O2+3×3.76N26CO+8H2+3×3.76N2丙烷空气23%31%46%1。原理六、吸热式气氛①①炉外裂解装置（例如：RX烧结炉）②炉内裂解装置（例如：意得渗碳炉）③内置式发生装置（例如：扬保渗碳炉）3。吸热式气氛的制备流程2。吸热式气氛的制备方法六、吸热式气氛②燃料要求：①价格低廉②裂解转化完全，不易积碳黑③硫含量低（＜180mg/m3④便于运输和储存⑤成分稳定4。制备可控气氛燃料要求六、吸热式气氛③国内外燃料要求对比国别成分中国日本（液化石油气标准JISK2240）C3H8或C4H10＞95%＞98%稀烃量＜5%--C5以上重烃＜3%--S%＜0.187g/m3＜0.01%六、吸热式气氛④1碳势就是在工艺要求温度下把炉气调整到与某种钢的碳含量相平衡或者工件表面碳含量达到工艺要求2露点（DEWPOINT）当温度下降到足以使气氛中的水蒸汽达到完全饱和（凝结成雾状）时，我们把此时的温度称为露点温度七、炉气碳势控制原理①3炉气控制3.1吸热式气氛中主要成分性质CO、H2、CH4还原性气体CO2、H2O氧化性气体N2中性气体氧化与还原：Fe+H2OFeO+H2Fe+CO2FeO+CO增碳与脱碳：CO2+C2COH2O+CCO+H22H2+CCH4七、炉气碳势控制原理②3.2炉体碳势控制就是控制上述这些炉体成分的相对量3.3CO2和H2O之间的关系CO+H2OCO2+H23.4露点、碳势（CP）、CO2三者之间的关系在一定的烧结温度下，露点越高，CO2含量越多，碳势越低，氨分解气氛露点一般控制在-40-50为佳3.5炉气检测①CO2红外线气体分析仪②露点、碳势测量用的传感器——氧探头七、炉气碳势控制原理③8.常见不良分析与对策①故障名称现象特征可能起因改进对策一、积炭1、粘附性积炭在烧结件的表面、底面脱蜡不当所致：（1）增高预热带气氛及侧面出现黑色污斑，（1）预热带气氛气体露点太气体的露点且不易擦掉低（2）减低网带的负载（2）预热带长度太短与速度（3）烧结件密度太高（3）加长预热带（4）预热带温度不适合（4）安装快速烧除装（5）网带负载太大置（RBO）（6）炉子温度曲线不正确2、颗粒状积炭烧结件上表面覆盖一层润滑剂蒸气热分解所致：（1）加大气氛气体的总沉积的黑色碳粉，易擦（1）预热带气氛气体露点太流量掉低（2）改变气氛气体的流（2）润滑剂蒸气进入了烧结动方向带（3）重新调整各个进气（3）气氛气体前进的速度太口的流量慢（4）控制排气管通风的（4）由于设备通风，气氛气忽高忽低体曲线产生了位移（5）排气管设计不当8.常见不良分析与对策②故障名称现象特征可能起因改进对策3、光亮积炭在烧结件各个暴露表面在烧结带，天然气在烧结件表（1）减少天然气添加量上都形成一层均匀的有面发生催化裂解（2）改变添加天然气的光泽的黑色污染层位置4、爆皮—开裂烧结件表面产生爆皮或爆皮是烧结件中产生积炭的一（1）减低网带的负载与开裂，有时其边缘崩碎种极端情况：速度成粉末(1)通常发生于含镍的与高密度（2）增大湿N2气流量的烧结件（3）增加一个前预热器（2）在预热带加热速率太快8.常