第六章++合金钢与粉末冶金

第六章 合金钢与粉末冶金

第一节 概述

1、碳钢的优缺点

碳钢的价格低廉，便于获得，容易加工；碳钢通过含碳量的增减和不同的热处理，它的性能可以得到改善，能满足很多生产上的要求。但是由于碳钢还存在着以下几个主要缺点，使它的应用受到一定限制。

（1）碳钢的淬透性低

碳钢制成的零件尺寸不能太大，否则淬不透，出现内外性能不均，对于一些大型的机械零件，（要求内外性能均匀），就不能采用碳钢制作，如发电机转子，汽轮机叶片，汽车、拖拉机的连杆螺栓等。

（2）回火抗力差

碳钢淬火后，只有经低温回火才能保持高硬度，若其回火温度超过200℃，其硬度就显著下降。即回火抗力差，不能在较高的温度下保持高硬度，因此 对于要求耐磨，切削速度较高，刃部受热超过200℃的刀具就不能采用碳钢制作。

（3）碳钢不能满足一些特殊性能的要求

如耐热性、耐腐蚀性、耐低温性（低温下高韧性）

为了弥补碳钢的不足，满足上述条件的要求，目前工业上广泛发展和使用了合金钢材料。

2、合金钢的概念

所谓的合金钢，就是为了改善钢的性能，特意地加入一些合金元素的钢。 目前常用的合金元素：Cr、Mn、Ni、Co、Cu、Si、Al、B、W、M。V、Ti、Nb、Zn及稀土Re。

钢中所含合金元素不同，其组织和性能也不同。

第二节 钢中合金元素的作用

一、合金元素对钢中基本相的影响

在退火、正火或调质状态，碳钢中的基本相是铁素体和渗碳体，当钢中加入少量合金元素时，有可能一部分溶于铁素体内形成合金铁素体，而另一部分溶于渗碳体内形成合金渗碳体。

合金元素在钢中的存在形式有三种：形成固溶体，形成化合物和呈游离状态。

通常与碳的亲和力很弱，不形成碳化物的元素主要固溶于铁素体、奥氏体、马氏体中，而不形成碳化物，如：Ni、Si、Al、Co??。

碳化物形成元素可形成合金渗碳体和特殊碳化物，如：Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr等，其中Mn与碳的亲合力较弱，它的大部分是固溶于铁素体、奥氏体、马氏体中，而少部分固溶于渗碳体中形成合金渗碳体，（Fe，Mn）3C。V、Ti、Nb、Zn与碳的亲合力很强，主要以特殊碳化物形式存在。而Cr、Mo、W与碳的亲和力较强，当含量较少时，它们主要固溶于渗碳体中，而含量较高时，才能形成特殊碳化物如：Cr23C6、WC、MoC、Cr7C6。

对于固态下不溶于铁或在铁中溶解度很小的少数元素，如Pb、Cu、（＞0.8)等，常以游离态存在。

钢中存在的合金元素对钢的性能有明显的影响。

1、形成固溶体：产生固溶强化，使钢的强度提高，而且合金元素的原子半径及晶格类型与铁原子相差愈大，强化作便愈大。

如Ni、Mn、Si（f、c、c，复杂立方，金刚石晶格）对铁素体（b、c、c）的强化作用大于Cr、Mo、W（b、c、c）。

图6-1 合金元素对缓慢冷却后铁素体硬度的影响

而且这种固溶于铁素体中的合金元素，除少量的Mn、Cr、Ni、Si（≤1.5%Mn，≤2%Cr，≤5%Ni，≤0.6%Si）能使铁素体的塑性、韧性提高外，都降低其塑性、韧性。（据此，通常使用的结构钢中各合金元素的含量都有一定限度）

2、形成合金渗碳体：合金元素固溶于渗碳体中，部分替代了渗碳体中的Fe原子而形成的，如（Fe，Cr）3C。

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使渗碳体的硬度和稳定性提高，因为和碳化物形成元素相比，铁和碳的亲合力最弱，故渗碳体是稳定性最差的碳化物。合金元素溶于渗碳体内增加了铁与碳的亲合力，从而提高了其稳定性，且这种稳定性较高的合金渗碳体较难溶于奥氏体，较难聚集长大，可提高钢的强度、硬度、耐磨性。

3、形成特殊碳化物：（VC、TiC、WC、MoC??）因其稳定性很高，具有高熔点和高硬度，更难溶于奥氏体，难以聚集长大。随特殊碳化物数量增多，钢的硬度增大，耐磨性增加，但塑性、韧性下降，特别是当这类碳化物大小不一，分布不均匀时，钢的脆性显著增加。

4、游离态存在：显著降低钢的强度、塑性和韧性，但可提高切削加工性。 二、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响

实验表明，合金元素对Fe-Fe3C相图的影响，主要表现在对纯铁同素异构转变温度A4、A3，共析转变温度A1及对γ区的影响。

1、扩大γ区

Ni、Mn等元素是扩大γ区的元素，它们使A4和NJ线升高，A3和GS线降低，使γ区增大，当扩大γ区的元素含量很高时，可把A3点温度降至室温以下，这时钢在室温下就得到奥氏体组织——称为奥氏体钢、如含13%Mn的Mn13耐磨钢，含9%Ni的Cr18Ni9不锈钢等均属奥氏体钢。

图6-2 扩大γ相区的合金元素——Fe示意图

2、缩小γ区

Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si等是缩小γ区的元素，它们能使A4和NJ线下降，此时钢在冷却时便不发生组织转变，室温下组织铁素体组织—称为铁素体钢，如含17~28%Cr的Cr17、Cr25、Cr28等铬不锈钢均属铁素体钢。

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图6-3 缩小γ相区的合金元素——Fe示意图

奥氏体钢和铁素体钢具有特殊性能如：耐热、耐腐蚀、耐低温等等。 3、使E点和S点左移

无论是扩大γ区的合金元素，还是缩小γ区的合金均使E点和S点左移，即降低共析点的含碳量及碳在奥氏体中的最大溶解度。因此使相同含碳量的碳钢和合金钢具有不同的显微组织，如含碳0.4%的碳钢具有亚共析组织，而含C0.4%，13%Cr的合金钢则具有过共析组织。因为此时的共析成分已不再是0.77%，而是变为0.3%C了，另外，由于E点的左移，使含碳量远低于2.11%C的合金钢中出现莱氏体。如18%W的高速工具钢，含0.70-0.80%C，其铸态组织中出现了莱氏体。

a) Mn对Ｅ、Ｓ点的影响 b) Cr对Ｅ、Ｓ点的影响

图６-４ 合金元素对Ｅ、Ｓ点的影响

三、合金元素对钢的热处理工艺的影响 （一）对钢加热时奥氏体形成的影响

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实验表明，合金元素对钢加热时奥氏体形成的影响，主要表现在对奥氏体的形成速度及奥氏体的晶粒大小的影响。

1、对奥氏体形成速度的影响

合金钢在室温的平衡组织大多是由合金铁素体和碳化物组成，在加热至Ac1或Ac3以上温度时将发生奥氏体化过程，同样此过程包括奥氏体的形成，剩余碳化物的溶解和奥氏体成分均匀化，均是由合金元素和碳的扩散所控制。

非碳化物形成元素Co和Ni提高碳在奥氏体中扩散速度，加速奥氏体的形成。Si、Al、Mn等元素，对C的扩散速度影响不大。因而对奥氏体的形成速度影响不大。碳化物形成元素：Cr、W、Nb、Mo、Ti、V阻碍C的扩散，缓减奥氏体的形成速度。

此外，奥氏体转变完成时，合金元素和碳的分布是不均匀的，必须通过C和合金元素的扩散，才能使奥氏体成分均匀化，且合金元素的扩散能力远比碳小，因此，要获得均匀的奥氏体，合金钢的加热温度应比碳钢高，保温时间应比碳钢长。

2、对奥氏体晶粒大小的影响

碳化物形成元素：Ti、V、Nb、Zr??强烈阻碍晶粒长大； W、Mo、Cr??一般阻止晶粒长大；非碳化物形成元素：Ni、Cu、Si、Co等影响不大； P、Mn促进晶粒长大。

（二）对钢淬透性的影响（对C曲线的影响）

图６-５ 合金元素对C曲线的影响

1、对“C”曲线的影响

除Co、Al以外，大多数溶入奥氏体中的合金元素都增加奥氏体的稳定性，使C曲线右移。且非碳化物形成元素Al、Ni、Si、Cu等不改变C曲线的形状，只使其右移，碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等除使C曲线右移外，还改变其形状。

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碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等将C曲线分裂为珠光体转变和贝氏体转变两个C曲线，并在此二曲线之间出现一个过冷奥氏体的稳定区，其中Cr和Mn推迟贝氏体转变的作用大于珠光体转变；而Mo、W推迟珠光体转变的作用大于贝氏体。

2、对Ms点的影响

除钴、铝以外，大多数合金元素溶人奥氏体中会降低钢的Ms点，增加了钢中的残余奥氏体的数量，对钢的硬度和尺寸稳定性产生较大的影响。

合金元素使C曲线位置和形状的改变，有重要的实际意义，由于合金元素使C曲线右移，因而使淬火的临界冷却速度降低，提高了钢的淬透性，这样就可采用较小的冷却速度，甚至在空气中冷却就能得到马氏体，从而避免了由于冷却速度过大而引起的变形和开裂，另一方面由于形状的改变，使某些钢28CrMoNiVB采取空冷便得贝氏体组织，具有良好的综合机械性能，就不用采取等温淬火。

（三）对淬火钢回火的影响 1、提高钢的回火稳定性

合金元素固溶于马氏体中，减慢了碳的扩散，从而减慢了马氏体及残余奥氏体的分解过程和阻碍碳化物析出，聚集长大，因而在回火过程中合金钢的软化速度比碳钢慢，即合金钢具有较高的回火抗力，在较高的回火温度下仍保持较高的硬度，即在回火温度相同时，合金钢的硬度及强度比相同含碳量的碳钢高，而回火至相同硬度时，合金钢的回火温度高，内应力的消除比较彻底，因此，其塑性和韧性比碳钢好。

图6-6 对含碳0.35%钢淬火回火后硬度的影响

2、产生二次硬化

若钢中Cr、W、Mo、V等元素超过一定量时，除了提高回火抗力外，在400℃以上还会形成弥散分布的特殊碳化物，使硬度重新升高，直到500～600℃硬度达最高值，

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出现所谓的二次硬化现象。600℃以后硬度下降是由于这些弥散分布的碳化物聚集长大的结果。

二次硬化现象对高合金工具钢十分重要，通过500～600℃回火可使其硬度比淬火态硬度高5HRC以上。

3、回火脆性

合金元素对淬火钢回火后的机械性能的不利方面是回火脆性问题。

回火脆性一般是在250-400℃与500-650℃这两个温度范围内回火出现的，它使钢的韧性显著降低。

（1）第一类回火脆性

结构钢回火时在250-400℃出现的冲击韧性下降的现象称为“第一类回火脆性”。这类回火脆性无论是在碳钢还是合金钢中均会出现，它与钢的成分和冷却速度无关，即使加入合金元素及回火后快冷或重新加热到脆性回火温度范围内回火，都无法避免，故又称“不可逆回火脆性”。但合金元素可使第一类回火脆性的温度范围移向较高的温度。一般认为这类回火脆性的产生与马氏体，残余奥氏体的分解及Fe3C析出有关，防止方法就是避开这一温度范围回火。

（2）第二类回火脆性

500-650℃回火后缓慢冷却出现的冲击韧性下降现象称为“第二类回火脆性”。这类回火脆性如果在回火时快冷就不会出现，另外，如果脆性已经发生，只要再加热到原来的回火温度重新回火并快冷，则可完全消除，因这类回火脆性又称为“可逆回火脆性”。

图6-7 回火温度对合金钢冲击韧性的影响

而且并非所有的钢都有第二类回火脆性，它只在含Cr、Mn或Cr-Ni、Cr-Si的合金钢中出现，发生了这类回火脆性的钢不仅室温下的冲击韧性低，而且韧脆转化温度高，

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因此必须设法防止或避免。产生原因是P、Mn、S、Si等元素在晶界偏聚。

消除方法：自回火温度快冷；消除P、Mn、S、Si元素的偏聚；在钢中加入0.2-0.3%Mo或0.4-0.8%W来减缓偏聚过程发生，从而消除或减轻回火脆性。

四、合金元素使合金钢具有某些特殊性能

加入元素Cr、Si、Al等，在高温下在钢的表面形成致密的高熔点的氧化膜，可防止钢件继续氧化；加入W、Mo、V等元素可提高钢的高温强度，使钢具有耐热性。

总之，不同合金元素在钢中的作用不同，同一种合金元素，其含量不同，对钢的组织和性能影响不同，因此就形成了不同类型的合金钢。

五、合金钢的分类

合金钢的种类繁多，为了便于生产，选材、管理及研究，常按用途将合金钢分为三大类：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。

第三节 合金结构钢

用于制造各类机械零件以及建筑工程结构的钢称之为结构钢。

合金结构钢的成分特点，是在碳素结构钢的基础上适当地加入一种或多种合金元素，例如Cr、Mn、Si、Ni、Mo、W、V、Ti等。合金元素除了保证有较高的强度或较好的韧性外，另一重要作用是提高钢的淬透性，使机械零件在整个截面上得到均匀一致的、良好的综合力学性能，在具有高强度的同时又有足够的韧性。

合金结构钢主要包括低合金结构钢、易切削钢、调质钢、渗碳钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。

一、合金结构钢的编号

用数字+化学元素+数字的方法表示

前面的数字表示钢的平均含碳量的万分数，合金元素用汉字或化学符号表示，其后面的数字表示合金元素含量，一般以平均含量的百分数表示，当合金元素含量小于1.5%时，牌号中只标明元素而不标明含量，如果平均含量等于或大于1.5%、2.5%、3.5%??时，相应地以2、3、4等表示，如含0.37～0.44%C，0.8～1.10%Cr的钢40Cr，含0.57～0.65%C，1.5～2.0%Si，0.6～0.9%Mn的钢用60Si2Mn表示，对于滚珠轴承钢，在钢号前注明“滚”或“G”，后面的数字则表示铬含量的千分数，如GCr15的平均含Cr量1.5%（含C%为1%左右），含S、P量较低（S＜0.02%,P＜0.03% ）的高级优质钢，则在钢号加“高”或“A”。易切削钢，在钢号前加“易”或“Y”如Y12（Mn、Si、C、P）

二、低合金高强度结构钢

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（一）用途

普通低合金结构钢(简称普低钢)是在低碳碳素结构钢的基础上加入少量合金元素(总Wme<3％)得到的钢。这类钢比相同碳质量分数碳素钢的强度约高10％一30％，因此又常被称为“低合金高强度钢”。这类钢被广泛应用于桥梁、船舶、管道、车辆、锅炉、建筑等方面，是一种常用的工程机械用钢。

（二）性能要求

与低碳钢相比，普低钢不但具有良好的塑性和韧性以及焊接工艺性能，而且还具有较高的强度，较低的冷脆转变温度和良好的耐腐蚀能力。因此，用普低钢代替低碳钢，可以减少材料和能源的损耗，减轻工程结构件的自重，增加可靠性，还可以安全地使用在北方高寒地区和要求抵抗腐蚀的行业。 （三）成分特点

1、低碳：碳的平均质量分数一般不大于0．2％C（保证较好的塑性、焊接性能和成形性）。

2、加入锰（主加元素）：平均质量分数在(1．25—1．5)％Mn之间。锰可以溶人铁素体起固溶强化作用，还可以通过对Fe—Fe3C相图中S点影响，增加组织中珠光体的量并使之细化。加入硅固溶强化，提高强度。

3、加入铌、钒 钛等强碳化物形成元素，在钢中能形成微细碳化物，起细化晶粒和弥散强化作用，提高钢的屈服极限、强度极限以及低温冲击韧性。

4、加入铜、磷等元素提高钢对大气的抗腐蚀能力。 （四）热处理特点

通常是在热轧或正火状态下使用，一般不再进行热处理。 （五）常用钢种

我国生产的常用普通低合金结构钢的牌号、成分、性能和用途见表6-1。 常用的低合金结构钢有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五档二十个等级。 三、易切削钢

在钢中附加一种或几种合金元素，以提高其切削加工性，这类钢称为易切削钢。目前常用的附加元素有硫、铅、钙、磷等。

易切削钢的特点是切削性能优异，切削过程中切削抗力小，排屑容易，加工工件表面粗糙度小，刀具使用寿命长。

（一）硫易切削钢

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硫在钢中与锰、铁可形成（Mn,Fe）S夹杂物，会中断基体的连续性，促使形成卷曲半径小而短的切屑，减少切屑与刀具的接触面积；还能起减摩作用，降低切屑与刀具之间的摩擦系数，并且使切屑不粘附在刀刃上。因此，硫能降低切削力和切削热，减少刀具磨损，提高表面光洁度和刀具寿命，改善排屑性能。中碳钢的切削加工性通常是随硫含量的提高而不断改善。硫化锰的形状呈圆形而且分布均匀时，钢的切削加工性更好。但是钢中含硫量过多增加，会导致热加工性能进一步变坏，如造成纤维组织，呈现各向异性；产生低熔点共晶，引起热脆。易切钢中硫含量应限定在0.08～0.30%，并适当提高锰的含量（0.6～1.55%）。

（二）铅易切削钢

铅在钢中孤立地呈细小颗粒（3μm）均匀分布时，能改善钢的切削加工性。铅含量一般控制在0.15～0.25%，过多时将引起严重的偏析，形成粗粒的铅夹杂而削弱它对切削加工性的有利作用。与硫易切钢相比，铅易切钢可得到较高的力学性能。但铅易切钢容易产生密度偏析，并且在300℃以上由于铅的熔化而使铅易切钢的力学性能恶化。

（三）钙易切削钢

钢中加入微量的钙（0.001～0.005％）能改善钢在高速切削下的切削加工性。这是因为它在钢中能形成高熔点（约1300～1600℃之间）的钙—铝—硅的复合氧化物（钙铝硅酸盐）附在刀具上，形成薄而具有减摩作用的保护膜，从而防止刀具磨损，显著地延长高速切削刀具的寿命。

易切钢的常用钢号有Y12、Y20，Y40Mn等，其后面数字表示平均碳含量的万分之几。锰含量较高者，在钢号后标出“锰”或“Mn”。如表中T10Pb则表示平均碳含量为1.0%、附加铅的易切碳素工具钢。Y40CrSCa表示为硫钙复合的易切40Cr合金调质钢。

自动机床加工的零件，大多选用低碳碳素易切钢。若切削加工性要求高的，可选用含硫量较高的Y15，需要焊接的选用含硫量较低的Y12，强度要求稍高的选用Y20或Y30；车床丝杠常选用中碳含锰高的Y40Mn。T10Pb相当于国外17AP类型钢，广泛用于精密仪表行业中，如制造手表，照相机齿轮轴等。Y40CrSCa可在比较广泛的切削速度范围中显示出良好的切削加工性。

四、渗碳钢

用来制造渗碳（+淬火、低温回火）零件的钢称为渗碳钢。一般是低碳的优质碳素结构钢与合金结构钢。

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图6-10 连杆螺栓极其热处理工艺

连杆螺栓的生产工艺路线为：下料→锻造→退火→机加工→调质→机加工→装配。 退火（或正火）作为预先热处理，其主要目的是为了改善锻造组织，细化晶粒，有利于切削加工，并为随后调质热处理作好组织准备。

在调质热处理中，淬火的加热温度为840土10℃，而后油冷，获得马氏体组织；回火加热温度525土10C，水冷（防止第二类回火脆性）。

经调质热处理后金相组织应为回火索氏体，其硬度约为30～38HRC。 2、中淬透性合金调质钢

多为铬锰钢、铬钼钢、镍铬钢，有35CrMo、38CrMoAl、38CrSi、40CrNi等。这类钢合金元素的质量分数较高，油淬临界直径为40～60mm，常用来制作大截面、重负荷的重要零件如内燃机曲轴、变速箱主动轴等。

3、高淬透性合金调质钢

多为铬镍钼钢、铬锰钼钢、铬镍钨钢，有40CrNiMoA、40CrMnMo、25CrgNi4WA等。这类钢合金元素的质量分数最高，淬透性也很高，油淬临界直径为60～100mm。铬和镍的适当配合，使此类钢的力学性能更加优异。主要用来制造截面尺寸更大、承受更重载荷的重要零件如汽轮机主轴、叶轮、航空发动机轴等。

七、弹簧钢

用来制造各种弹性零件如板簧、螺旋弹簧、钟表发条等的钢称为弹簧钢。 （一）工作条件和性能要求

弹簧是广泛应用于交通、机械、国防、仪表等行业及日常生活中的重要零件，主要工作在冲击、振动、扭转、弯曲等交变应力下，利用其较高的弹性变形能力来贮存能量，以驱动某些装置或减缓震动和冲击作用。因此，弹簧必须有较高的弹性极限和强度，防止工作时产生塑性变形；弹簧还应有较高的疲劳强度和屈强比，避免疲劳破坏；弹簧

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应该具有较高的塑性和韧性，保证在承受冲击载荷条件下正常工作；弹簧应具有较好的耐热性和耐腐蚀性，以便适应高温及腐蚀的工作环境；为了进一步提高弹簧的力学性能，它还应该具有较高的淬透性和较低的脱碳敏感性。 （二）化学成分

碳素弹簧钢碳的质量分数一般在0.6～0.9%之间，合金弹簧钢的碳含量在0.45～0.75%之间，以保证其有较高弹性极限和疲劳强度，碳含量过低，强度不够，易产生塑性变形；碳含量过高，塑性和韧性会降低，耐冲击载荷能力下降。碳素钢制成的弹簧件力学性能较差，只能做一些工作在不太重要场合的小弹簧。

合金弹簧钢中的主加合金元素是硅和锰，主要是为了提高淬透性和屈强比，硅的作用比较明显，但是硅会使弹簧钢热处理表面脱碳倾向增大，锰则会使钢易于过热。铬、钒、钨的加入为的是在减少弹簧钢脱碳、过热倾向的同时，进一步提高其淬透性和强度，这些元素可以提高过冷奥氏体的稳定性，使大截面弹簧得以在油中淬火，降低其变形、开裂的几率。此外，钒还可以细化晶粒，钨、钼能防止第二类回火脆性，硼则有利于淬透性的进一步提高。

（三）热处理特点

根据弹簧的尺寸和加工方法不同，可分为热成型弹簧和冷成形弹簧两大类，它们的热处理工艺也不相同。

1、热成型弹簧的热处理

直径或板厚大于10～15mm的大型弹簧件，多用热轧钢丝或钢板制成。先把弹簧加热到高于正常淬火温度50℃～80℃的条件下热卷成形，然后进行淬火+中温回火，获得具有良好弹性极限和疲劳强度的回火托氏体。弹簧热处理后一般还要进行喷丸处理，目的是强化表面，使表面产生残余压应力，提高疲劳强度，延长使用寿命。

热轧弹簧钢采用热成形制造板簧的工艺路线如下：

扁钢剪断→加热压弯成型后淬火→中温回火→喷丸→装配。

弹簧钢的淬火温度一般为830~880℃，温度过高易发生晶粒粗大和脱碳，使其疲劳强度大为降低。因此在淬火加热时，应选用少、无氧化的设备如盐浴炉、保护气氛炉等，防止氧化脱碳。炉气要严格控制，并尽量缩短弹簧在炉中停留的时间。淬火加热后在50~80℃油中冷却，冷至100～150℃时即可取出进行中温回火。回火温度根据弹簧的性能要求加以确定，一般为480~550℃。回火后的硬度约为39～52HRC。对剪切应力较大的弹簧回火后硬度应为48～52HRC，板簧回火后的硬度应为39～47HRC。

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2、冷成型弹簧的热处理

直径小于8mm的小尺寸弹簧件，常用冷拔钢丝冷卷成形。根据拉拔工艺不同，冷成形弹簧可以只进行去应力处理或进行常规的弹簧热处理。冷拉钢丝制造工艺及后续热处理方法有以下三种：

① 铅浴处理冷拉钢丝 先将钢丝连续拉拔三次，使总变形量达到50％左右，然后加热到Ac3（900-950℃）以上温度使其奥氏体化，随后在500—550℃的铅浴中等温，使奥氏体全部转化为索氏体组织，再多次冷拔至所需尺寸。这类弹簧钢丝的屈服强度可达1600MPa以上，而且在冷卷成形后不必再进行淬火处理，只要在200～300℃退火消除应力即可。

② 油淬回火钢丝 先将钢丝冷拉到规定尺寸，再进行油淬回火。这类钢丝强度虽不如铅浴处理的冷拉钢丝，但是其性能均匀一致。在冷卷成形后，只要进行去应力回火处理，不再经过淬火回火处理了。

③ 退火状态钢丝 将钢丝冷拉到所需尺寸，再进行退火处理。软化后的钢丝冷卷成形后，需经过淬火十中温回火，以获得所需的力学性能。 八、滚动轴承钢

用来制作各种滚动轴承零件如轴承内外套圈，滚动体(滚珠、滚柱、滚针等)的专用钢称为滚动轴承钢。

（一）工作条件和性能要求

滚动轴承在工作时，滚动体与套圈处于点或线接触方式，接触应力在1500～5000MPa以上。而且是周期性交变承载，每分钟的循环受力次数达上万次，经常会发生疲劳破坏使局部产生小块的剥落。除滚动摩擦外，滚动体和套圈还存在滑动摩擦，所以轴承的磨损失效也是十分常见的。因此，滚动轴承必须具有较高的淬透性，高且均匀的硬度和耐磨性，良好的韧性、弹性极限和接触疲劳强度，在大气及润滑介质下有良好的耐蚀性和尺寸稳定性。 （二）化学成分

1、高碳：滚动轴承钢碳的质量分数较高，一般在(0.95％—1.15％)C之间，以保证其获得高强度、高硬度和高耐磨性。

2、铬为基本合金元素：铬是滚动轴承钢的基本合金元素，其质量分数为(0.4％～1.65％)Cr。铬的主要作用是提高淬透性和回火稳定性，铬能与碳作用形成细小弥散分布的合金渗碳体(Fe，Cr)3C，可以使奥氏体晶粒细化，减轻钢的过热敏感性，提高耐磨性，

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并能使钢在淬火时得到细针状或隐晶马氏体，使钢在保持高强度的基础上增加韧性。

但铬的含量不易过高，否则淬火后残余奥氏体的量会增加，碳化物呈不均匀分布，导致钢的硬度、疲劳强度和尺寸稳定性等降低。

3、其它元素：对大型轴承(如钢珠直径超过30～50mm的滚动轴承)而言，还可以加入硅、锰、钒，进一步提高淬、强度、耐磨性和回火稳定性。

4、纯度要求高：滚动轴承钢的接触疲劳强度等对杂质和非金属夹杂物的含量和分布比较敏感，因此，必须将硫、磷的质量分数分别控制在0.02％S和0.027％P之内，氧化物、硫化物、硅酸盐等非金属夹杂物含量和分布控制在规定的级别之内。 （三）热处理特点

1、预先热处理：滚动轴承的预先热处理采用球化退火，球化退火工艺为将钢材加热到790～800℃，在710～720℃保温3～4小时，而后炉冷。

目的是得到细粒状珠光体组织和均匀过剩的细粒状碳化物，降低锻造后钢的硬度，使其不高于210HBS，提高切削加工性能，并为零件的最终热处理作组织上的准备。

2、最终热处理：滚动轴承钢的最终热处理一般是淬火+低温回火，淬火加热温度严格控制在820—840℃，如果淬火加热温度过高(≥850℃)，将会使残余奥氏体量增多，并会因过热而淬得粗片状马氏体，使钢的冲击韧度和疲劳强度急剧降低。淬火后应立即回火，回火温度为150～160℃，保温2～3小时。组织应为极细的回火马氏体+细小而均匀分布的粒状碳化物+少量残余奥氏体，硬度为(61—65)HRC。

对于尺寸性稳定要求很高的精密轴承，可在淬火后于一60～一80℃进行冷处理，消除应力和减少残余奥氏体的量，然后再进行回火和磨削加工，为进一步稳定尺寸，最后采用低温时效处理120～130℃保温5—10h。 （四）常用滚动轴承钢

我国的滚动轴承钢大致可分为两类： 1、铬轴承钢

目前我国的轴承钢多届此类钢，其中最常见的是GCrl5，除用作中、小轴承外，还可制成精密量具、冷冲模具和机床丝杠等。 2、其他轴承钢

含硅、锰等合金元素轴承钢

为了提高淬透性，在制造大型和特大型轴承常在铬轴承钢基础上添加硅、锰等，如GCrl5SiMn。

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无铬轴承钢

为节约铬，我国制成只有锰、硅、钼、钒，而不含铬的轴承钢如GSiMnV、GSiMnMoV等，与铬轴承钢相比，其淬透性、耐磨性、接触疲劳强度、锻造性能较好，但是脱碳敏感性较大且耐蚀性较差。

渗碳轴承钢

为进一步提高耐磨性和耐冲击载荷可采用渗碳轴承钢，如用于中小齿轮、轴承套圈、滚动件G20CrMo、G20CrNiMo；用于冲击载荷的大型轴承的G20Cr2Ni4A。常用滚动轴承钢的牌号、成分、热处理及用途见表6-7。

（五）应用举例

滚动轴承钢除用作轴承外，还可用来制作精密量具，冷冲模、机床丝杠以及柴油机油泵上的精密偶件—喷油嘴等。下面以GCr15钢制造的油泵偶件针阀体为例说明其热处理特点。

针阀体与针阀针阀是内燃机油泵中一对精密偶件，阀体固定在汽缸头上，在不断喷油的情况下，针阀顶端与阀体端部有强烈的摩擦作用，而且阀体端部工作温度在260℃左右，阀体与针阀要求尺寸精密而稳定，稍有变形，就会引起漏油或出现卡死现象。因此，要求针阀体有高的硬度与耐磨牲，高的尺寸稳定性。

热处理技术条件： 62～64 HRC，热处理变形度<0.04mm。 针阀体的加工路线如下：

下料→机加工→去应力→机加工+淬火、冷处理、回火，时效→机加工→时效→机加工。

去应力处理在400℃下进行，以消除加工应力，为减小变形创造条件。热处理工艺曲线如图6-11所示。

淬火冷却采用硝盐分级淬火以减小变形；冷处理在略低于-60℃进行，通过冷处理来减少残余奥氏体量，起到稳定尺寸的作用。回火温度为170℃，以降低淬火及冷处理后产生时应力。第一次时效在回火后进行，加热温度为130℃，保温6h，利用较低温度，较长时间的保温，使应力进一步降低，组织更加趋向于稳定。第二次时效在精磨后进行。采用同上工艺，以便更进一步降低应力、稳定组织，稳定尺寸。

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该材料是以碳钢粉末或合金钢粉末为主要原料，并采用粉末冶金方法制造成的金属材料或直接制成烧结结构零件。

这类材料制造结构零件的优点是：制品的精度较高、表面光洁（径向精度2～4级、表面粗糙度Ra=1.6～0.20），不需或只需少量切削加工。制品还可以通过热处理强化来提高耐磨性，主要用淬火+低温回火以及渗碳淬火+低温回火。制品多孔，可浸渍润滑油，改善磨擦条件，减少磨损，并有减振、消音的作用。

用碳钢粉末制造的合金，含碳量低的，可制造受力小的零件或渗碳件、焊接件。碳含量较高的，淬火后可制造要求有一定强度或耐磨的零件。用合金钢粉末制的合金，其中常有Cu、Mo、B、Mn、Ni、Cr、Si、P等合金元素。它们可强化基体，提高淬透性，加入铜还可提高耐蚀性。合金钢粉末合金淬火后ζb可达500～800MPa，硬度40～50HRC，可制造受力较大的烧结结构件，如液压泵齿轮、电钻齿轮等。

如制造长轴类、薄壳类及形状特别复杂的结构零件，则不适宜采用粉末合金材料。 3、烧结摩擦材料

机器上的制动器与离合器大量使用磨擦材料。它们都是利用材料相互间的摩擦力传递能量的，尤其是在制动时，制动器要吸收大量的动能，使摩擦表面温度急剧上升（可达1000℃左右），故摩擦材料极易磨损。因此，对摩擦材料性能的要求是：①较大的摩擦系数；②较好的耐磨性；③良好的磨合性、抗咬合性；④足够的强度，以能承受较高的工作压力及速度。

摩擦材料通常由强度高、导热性好、熔点高的金属（如用铁、铜）作为基体，并加入能提高摩擦系数的摩擦组分（如Al2O3、SiO2及石棉等），以及能抗咬合、提高减摩性的润滑组分（如铅、锡、石墨、二硫化钼等）的粉末冶金材料。因此，它能较好地满足使用性能的要求。其中铜基烧结磨擦材料常用于汽车、拖拉机、锻压机床的离合器与制动器。而铁基的多用于各种高速重载机器的制动器。与烧结摩擦材料相互摩擦的对偶件，一般用淬火钢或铸铁。

二、硬质合金

硬质合金是以碳化钨（WC）或碳化钨与碳化钛（TiC）等高熔点、高硬度的碳化物为基体，并加入钴（或镍）作为粘结剂的一种粉末冶金材料。

（一）硬质合金的性能特点

硬质合金的性能特点主要有以下两个方面：

1、硬度高、红硬性高、耐磨性好 由于硬质合金是以高硬度、高耐磨、极为稳定

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的碳化物为基体，在常温下，硬度可达86～93HRA（相当于69～81HRC），红硬性可达900～1000℃。故硬质合金刀具在使用时，其切削速度、耐磨性与寿命都比高速钢有显著提高。这是硬质合金最突出的优点。

2、抗压强度高 抗压强度可达6000MPa，高于高速钢，但抗弯强度较低，只有高速钢的1/3～1/2左右。硬质合金弹性模量很高，约为高速钢的2～3倍。但它的韧性很差，AK=2～4.8J,约为淬火钢的30%～50%。

3、具有良好的耐蚀性（抗大气、酸、碱等）与抗氧化性。

硬质合金主要用来制造高速切削刃具和切削硬而韧的材料的刃具。此外，它也用来制造某些冷作模具、量具及不受冲击、振动的高耐磨零件（如磨床顶尖等）。

与工具钢相比，使用硬质合金的优点是：

1、提高切削工具寿命5-80倍，量具寿命30-150倍，模具寿命50-100倍； 2、提高零件的表面加工质量；

3、使某些难加工材料的切削加工得以实现；

4、能制成某些耐高温或抗蚀性好的耐磨件，从而提高其在特殊恶劣条件下的工作寿命。

（二）常用的硬质合金

常用的硬质合金按成分与性能特点可分为三类，其代号、成分与性能如表6-19所示。 1、钨钴类硬质合金 它的主要化学成分为碳化钨及钴。其代号用“硬”、“钴”两字汉语拼音的字首“YG”加数字表示。数字表示钴的含量（质量分数×100）。例如YG6，表示钨钴类硬质合金，wCo=6%，余量为碳化钨。

2、钨钴钛类硬质合金 它的主要化学成分为碳化钨、碳化钛及钴。其代号用“硬”、“钛”两字的汉语拼音的字首“YT”加数字表示。数字表示碳化钛含量（质量分数×100）。例如YT15，表示钨钴钛类硬质合金，wTiC=15%，余量为碳化钨及钴。

硬质合金中，碳化物的含量越多，钴含量越少，则合金的硬度、红硬性及耐磨性越高，但强度及韧性越低。当含钴量相同时，YT类合金由于碳化钛的加入，具有较高的硬度与耐磨性。同时，由于这类合金表面会形成一层氧化钛薄膜，切削时不易粘刀，故具有较高的红硬性。但其强度和韧性比YG类合金低。因此，YG类合金适宜加工脆性材料（如铸铁等），而YT类合金则适宜于加工塑性材料（如钢等）。同一类合金中，含钴量较高者适宜制造粗加工刃具，反之，则适宜制造精加工刃具。

3、通用硬质合金 它是以碳化钽（TaC）或碳化铌（NbC）取代YT类合金中的一部

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分TiC。在硬度不变的条件下，取代的数量越多，合金的抗弯强度越高。它适用于切削各种钢材，特别对于不锈钢、耐热钢、高锰钢等难于加工的钢材，切削效果更好。它也可代替YG类合金加工铸铁等脆性材料，但韧性较差，效果并不比YG类合金好。通用硬质合金又称“万能硬质合金”，其代号用“硬”、“万”两字的汉语拼音的字首“YW”加顺序号表示。

以上硬质合金的硬度很高，脆性大，除磨削外，不能进行一般的切削加工，故冶金厂将其制成一定规格的刀片供应。使用前采用焊接、粘接或机械固紧的办法将它们固紧在刀体或模具体上。

切削加工用硬质合质按其切屑排出形式和加工对象的范围分P、M、K三类。 P－适用于加工长切屑的黑色金属，以蓝色作标志，相当于YT类；

M－适用于加工长或短切屑的黑色金属和有色金属。以黄色作标志，相当于YW类； K－适用于加工短切屑的黑色金属和有色金属及非金属材料，以红色作标志，相当于YG类。

（三）钢结硬质合金

近年来，用粉末冶金法还生产了另一种新型工模具材料——钢结硬质合金。其主要化学成分是碳化钛或碳化钨以及合金钢粉末。它与钢一样可进行锻造、热处理、焊接与切削加工。它在淬火低温回火后，硬度达70HRC，具有高耐磨性、抗氧化及耐腐蚀等优点。用作刃具时，钢结硬质合金的寿命与YG类合金差不多，大大超过合金工具钢，如用作高负荷冷冲模时，由于具有一定韧性，寿命比YG类提高很多倍。由于它可锻造、热处理、切削加工，故适宜制造各种形状复杂的刃具、模具与要求刚度大、耐磨性好的机械零件，如镗杆、导轨等。代号、成份及性能见表6－21。

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变极限值。如?0.2/1000值表示试样在700℃下经过1000小时产生0.2%伸长率的应力值，即为一个蠕变极限值。对于在使用中不考虑变形量大小而只要求在一定应力下具有一定使用寿命的零部件（如锅炉钢管），需规定另外一个热强性指标：持久强度。持久强度

500?为试样在一定温度下经过一定时间发生断裂的应力值。如10表示在500℃下经过

5700100000小时发生断裂的应力值。持久强度类似于抗拉强度，两者都是以发生断裂时的应力值作为评定标准的。组织稳定性亦是热强钢所要求的一种高温性能。零件在高温长期使用中不应发生组织变化，否则可能软化使强度降低或可能脆化导致脆性破坏。

常用的热强钢有珠光体钢、马氏体钢、贝氏体钢、奥氏体钢等几种。

1、珠光体耐热钢：这类钢在600℃以下温度范围内使用，所含合金元素最少，其总量一般不超过3～5%，广泛用于动力、石油等工业部门作为锅炉用钢及管道材料。常用的珠光体钢有15CrMo、12Cr1MoV等。常用钢种见表6-16。

珠光体钢的碳含量均为低碳。除能保证良好的工艺性能外，对高温性能也有利，碳含量的增加会降低组织稳定性，使珠光体球化和碳化物聚集的倾向增加，同时，还可能发生石墨化而降低钢的高温性能。珠光体钢中所加入的合金元素有Cr、Mo、V等。Cr主要用以提高钢的抗氧化性，在15CrMo、12Cr1MoV钢中含1.0%左右的铬还能提高钢的再结晶温度；Mo与Cr同是铁素体形成元素，能溶入铁索体而使其强化，但Mo的再结晶温度很高，加入后能提高钢的再结晶温度，单独加入Mo的钢有石墨化倾向，Mo与Cr同时加入则可以抑制石墨化倾向。在12Cr1MoV钢中，V的作用除提高钢的再结晶温度外，通过形成细小弥散的碳化物来提高钢的高温强度。珠光体钢的热处理，一般是正火（Ac3+50℃），以及随后的高于使用温度100℃的回火。

正火所获得的组织是铁索体+索氏体，经过高温回火，可增加组织的稳定性，使合金元素在铁索体和碳化物之间进行合理化分布，以充分发挥合金元素的作用。实践证明，珠光体钢在正火高温回火状态比退火或淬火回火状态具有较高的蠕变抗力。

2、马氏体耐热钢：前面提到的Cr13型马氏体不锈钢除具有较高的抗蚀性外，还具有一定的耐热性，所以1Cr13及2Cr13等钢既可作为不锈钢，又可作为热强钢来使用。1Cr13钢的碳含量较低，其热强性比2Cr13钢稍优，常用作汽轮机叶片。1Cr13可在450～475℃使用，而2Cr13只能用到400~450℃。

1Cr11MoV和1Cr12WMoV钢是在1Cr13和2Cr13钢基础上发展起来的马氏体钢，这类热强钢具有较好的热强性、组织稳定性及工艺性。1Cr11MoV钢适宜于制造540℃

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以下汽轮机叶片、燃气轮机叶片、增压器叶片；1Crl2WMoV钢适宜于制造680℃以下汽轮机叶片、燃气轮机叶片。

3、贝氏体耐热钢：由于合金元素的作用，这类钢的正火组织由部分贝氏体所组成，如12MoVWBSiRE钢在正火后即可获得贝氏体组织。

贝氏体钢在使用时也采用正火+高温回火处理工艺以获得索氏体组织。尽管最终热处理相近，使用时的组织状态相似，但由于合金元素的作用，而使贝氏体钢比珠光体钢具有更高的室温和高温力学性能。

4、奥氏体耐热钢 这类热强钢在600～700℃温度范围内使用，含大量的合金元素，尤其是含有较多的Cr和Ni元素，其总量大大超过10%。广泛应用于汽轮机、燃气轮机、航空、舰艇、火箭、电炉石油及化工等工业部门中，常用的奥氏体钢有1Cr18Ni9Ti、4Cr14Ni14W2Mo等。

5、铁素体型耐热钢：常用的钢号有1Cr17等。

以上介绍的耐热钢仅适用于650～700℃以下的工作温度。如果零件的工作温度超过700℃，则应考虑选用镍基、钴基等耐热合金；工作温度超过900℃可考虑选用铌基、钼基、陶瓷合金等。

三、耐磨钢

耐磨钢主要指在冲击载荷作用下产生冲击硬化的高锰钢，主要化学成分是含碳1.0～1.3%，含锰11～14%。由于这种钢机械加工比较困难，基本上都是铸造成型，因而将其钢号写成ZGMn13。在高锰钢铸件的铸态组织中存在着大量的碳化物，因而表现出硬而脆、耐磨性差的特性，不能实际应用。实践证明，高锰钢只有在全部获得奥氏体组织时才呈程现出最为良好的韧性和耐磨性。

为了使高锰钢全部获得奥氏体组织，经常对高锰钢进行“水韧处理(water toughening)”，即一种淬火处理操作，其方法是把钢加热至临界点温度以上（约在1000～1100℃），保温一定的时间，使钢中碳化物全部溶入奥氏体，然后迅速地把钢浸淬于水中进行冷却。由于冷却速度非常快，碳化物来不及从奥氏体中析出，因而保持了均匀的奥氏体状态。水韧处理后，高锰钢的组织为单一的奥氏体，其硬度并不高，约为180～220HBS左右。当它在受到剧烈的冲击或较大压力作用时，表面层的奥氏体将迅速产生加工硬化，并伴有马氏体及ε碳牝物沿滑移面形成，从而使表面层硬度提高到450～550HBW，并且使表面层获得高的耐磨性，其心部则仍维持原来的奥氏体状态。

高锰钢制件在使用过程中必须伴随外来的压力和冲击作用，不然高锰钢是不耐磨

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的，其耐磨性并不比硬度相同的其它钢种好。例如喷砂机的喷嘴，选用高锰钢或碳素钢来制造，其使用寿命几乎是相同的，这是因为喷砂机的喷嘴所通过的小砂粒不能引起高锰钢的硬化所至，因此喷砂机喷嘴的材料就不应选择高锰钢，一般选用淬火、回火处理的碳素钢即可。

水韧处理后的高锰钢加热到250℃以上是不合适的，因为一旦超过300℃，在极短的时间内即开始析出碳化物，而使性能变坏。高锰钢铸件水韧处理后一般不做回火处理。为了防止产生淬火裂纹，可考虑改进铸件设计。

高锰钢广泛应用于既耐磨损又耐冲击的零件。在铁路交通方面，高锰钢可用于铁道上的撤叉、撤尖、转辙器及小半经转弯处的轨条等。因为高锰钢件不仅具有良好的耐磨性，而且由于其材质坚韧，不会突然折断；即使有裂纹产生，由于加工硬化作用，也会抵抗裂纹的继续扩展，使裂纹扩展缓慢而易被发觉。另外，高锰钢在寒冷气候条件下，还有良好的力学性能，不会发生冷脆；高锰钢用于挖掘机的铲斗、各式碎石机的颚板、衬板，显示出了非常优越的耐磨性；高锰钢在受力变形时，能吸收大量的能量，受到弹丸射击时也不易穿透，因此高锰钢也常用于制造防弹钢板以及保险箱钢板等；高锰钢还大量用于挖掘机、拖拉机、坦克等的履带板、主动轮、从动轮和履带支承滚轮等；由于高锰钢是非磁性的，也可用于既耐磨损又抗磁化的零件，如吸料器的电磁铁罩。常用高锰钢的牌号、成分、热处理性能及用途见表6-18。

第六节 粉末冶金

粉末冶金是制取金属粉末，采用成形和烧结等工序将金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物制成制品的工艺技术，它属于冶金学的一个分支。

粉末冶金法既是制取具有特殊性能金属材料的方法，也是一种精密的无切屑或少切屑的加工方法。它可使压制品达到或极接近于零件要求的形状、尺寸精度与表面粗糙度，使生产率和材料利用率大为提高，并可减少切削加工用的机床和生产占地面积。

本节仅介绍粉末冶金材料的制取及常用的粉末冶金材料。 一、粉末冶金材料的生产

粉末冶金的生产工艺分为五个阶段。制粉→混料→成形→烧结→后处理。 1、金属粉末的制取

金属粉末可以是纯金属粉末，也可以是合金、化合物或复合金属粉末，其制造方法很多，常用的有以下几种：

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（1）机械方法 对于脆性材料通常采用球磨机破碎制粉。另外一种应用较广的方法是雾化法，它是使熔化的液态金属从雾化塔上部的小孔中流出，同时喷入高压气体，在气流的机械力和急冷作用下，液态金属被雾化、冷凝成细小粒状的金属粉末，落入雾化塔下的盛粉桶中。

（2）物理方法 常用蒸汽冷凝法，即将金属蒸汽冷凝而制取金属粉末。例如，将锌、铅等的金属蒸汽冷凝便可获得相应的金属粉末。

（3）化学方法 常用的化学方法有还原法、电触法等。

还原法是从固态金属氧化物或金属化合物中还原制取金属或合金粉末。它是最常用的金属粉末生产方法之一，方法简单，生产费用较低。如铁粉和钨粉，便是由氧化铁粉和氧化钨粉通过还原法生产的。铁粉生产常用固体碳将其氧化物还原，钨粉生产常用高温氢气将其氧化物还原。

电解法是从金属盐水溶液中电解沉积金属粉末。它的成本要比还原法和雾化法高得多，因此，仅在特殊性能（高纯度、高密度、高压缩性）要求时才使用。

值得指出的是：金属粉末的各种性能均与制粉方法有密切关系。 2、金属粉末的筛分混合

筛分的目的是使粉料中的各组元均匀化。在筛分时，如果粉末越细，那么同样重量粉末的表面积就越大，表面能也越大，烧结后的制品密度和力学性能也越高，但成本也越高。

粉末应按要求的粒度组成与配合进行混合。在各组成成分的密度相差较大且均匀程度要求较高的情况下，常采用湿混。例如，在粉末中加入大量酒精，以防止粉末氧化。为改善粉末的成形性与可塑性，还常在粉料中加入增塑剂，铁基制品常用的增塑剂是硬脂酸锌。为便于压制成形和脱模，也常在粉料中加入润滑剂。

3、成形

成形将混合均匀的混料，装入压模中压制成一定形状尺寸和密度的型坯的过程。成形常用的方法有两种，常温加压成形和加热加压成形。常温加压成形是在机械压力下使粉末颗粒间产生机械啮合和原子间吸附力，从而形成冷焊，制成形坯。加热加压成形时，高温下粉末颗粒变软，变形抗力减小，用较小的压力就可以获得致密的形坯。

4、烧结

烧结是通过焙烧，使型坯颗粒间发生扩散、熔焊、再结晶等过程，使粉末颗粒牢固地焊合在一起，使孔隙减小，密度增大，最终得到晶体结合体，从而获得所需要的具有

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一定物理及力学性能的过程。

5、后处理

粉末冶金制品经烧结后可直接使用。当制品性能要求较高时，根据需要可进行后处理。常用的后处理方法有整形、浸油、蒸汽处理、硫化处理。

二、常用的粉末冶金材料

粉末冶金材料牌号采用汉语拼音字母（F）和阿拉伯数字组成的六位符号体系来表示。“F”表示粉末冶金材料，后面数字与字母分别表示材料的类别和材料的状态或特性。

1、烧结减摩材料

在烧结减摩材料中最常用的是多孔轴承，它是将粉末压制成轴承后，再浸在润滑油中，由于粉末冶金材料的多孔性，在毛细现象作用下，可吸附大量润滑油（一般含油率为12%～30%），故又称为含油轴承。工作时由于轴承发热，使金属粉末膨胀，孔隙容积缩小。再加上轴旋转时带动轴承间隙中的空气层，降低磨擦表面的静压强，在粉末孔隙内外形成压力差，迫使润滑油被抽到工作表面。停止工作后，润滑油又渗入孔隙中。故含油轴承有自动润滑的作用。它一般用作中速、轻载荷的轴承，特别适宜不能经常加油的轴承，如纺织机械、食品机械、家用电器（电扇、电唱机）等轴承，在汽车、拖拉机、机床中也广泛应用。

常用的多孔轴承有两类：

（1）铁基多孔轴承 常用的有铁-石墨（w石墨

为0.5%～3%）烧结合金和铁-硫（wS

为0.5%～1%）-石墨（w石墨为1%～2%）烧结合金。前者硬度为30～110HBS，组织是珠光本（＞40%）+铁素体+渗碳体（＜5%）+石墨+孔隙。后者硬度为35～70HBS，除有与前者相同的几种组织外，还有硫化物。组织中石墨或硫化物起固体润滑剂作用，能改善减摩性能，石墨还能吸附很多润滑油，形成胶体状高效能的润滑剂，进一步改善磨擦条件。

（2）铜基多孔轴承 常用的是ZCuSn5Pb5Zn5青铜粉末与石墨粉末制成。硬度为20～40HBS，它的成分与ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜相近，但其中有0.3%～2%的石墨（质量分数），组织是α固溶体+石墨+铅+孔隙。它有较好的导热性、耐蚀性、抗咬合性，但承压能力较铁基多孔轴承小，常用于纺织机械、精密机械、仪表中。

近年来，出现了铝基多孔轴承。铝的摩擦系数比青铜小，故工作时温升也低，且铝粉价格比青铜粉低，因此在某些场合，铝基多孔轴承会逐渐代替铜基多孔轴承而得到广泛使用。

2、烧结铁基结构材料（烧结钢）

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