粉末冶金是通過制取金屬粉末或以金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成型和燒結(jié)马绝，制成金屬材料陨簇、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。應(yīng)用粉末冶金工藝可以獲得具有特殊性能和一般工藝無法生產(chǎn)的材料和零件迹淌，而且材料利用率高河绽，加工量少，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益唉窃，并已廣泛應(yīng)用于機(jī)械耙饰、汽車、冶金纹份、輕工卫殷、儀表、電器及國防等行業(yè)及領(lǐng)域培幽。

　　一嗡沈、鐵基粉末冶金刀桿生產(chǎn)工藝

　　鐵基粉末冶金刀桿屬于Fe-Cu-C系列材料，主要原材料是鋼廠軋材后留下的氧化鐵鱗。整個(gè)生產(chǎn)過程主要分為制粉蔑串、成型和機(jī)械加工三個(gè)主要階段川骗。

　　1．制粉

　　a. 水洗將鐵鱗置于水中清洗，一般在攪拌槽或清洗槽中進(jìn)行柱涕，目的是去除可溶于水中或浮于水上的雜物伍恼；

　　b. 干燥把水洗后的鐵鱗放在干燥爐或干燥箱中，加溫到500～800℃籍钱，去除鐵鱗中的水份和可燃雜質(zhì)羡雷，促使鐵鱗進(jìn)一步氧化，增強(qiáng)鐵鱗的磁性种慕，以提高磁選效果热品；

　　c. 磁選利用氧化鐵鱗具有磁性的特點(diǎn)，通過多級(jí)磁選啸驯，進(jìn)一步去除雜質(zhì)值纱，提高鐵鱗的含鐵量；

　　d. 球磨過篩此工序可使鐵鱗粒度細(xì)化坯汤，為下一道還原工序增加鐵鱗與還原劑(CO或H2)的接觸表面積虐唠，改善還原氣體在鐵鱗內(nèi)部的擴(kuò)散速度。鐵鱗的顆粒度控制在40～60目之間為宜惰聂；

　　e. 還原此工序的目的是把細(xì)顆粒的Fe3O4或Fe2O3中的氧分子去掉疆偿，從而產(chǎn)生海綿狀的鐵粉。目前我國制粉生產(chǎn)中常用的還原劑有木炭搓幌、焦炭和無煙煤杆故。

　　常用還原劑的理化性能及使用效果

　　還原劑  水份

　　%  揮發(fā)物

　　%  灰份

　　%  固定碳

　　%  硫

　　%  氣孔率

　　%  還原工藝參數(shù) 

　　溫度(℃)  時(shí)間(h) 

　　木炭 3～10 10～20 0.5～2.5 70～80  70～80 1080 24

　　焦炭 2～8 1～6 8～14 70～80 0.5～1.5 30～50 1100 30

　　無煙煤 3～5 1～5 4.5～8 85～90.5 0.5～1.5 2～4 1100 50

　　木炭的還原能力最強(qiáng)，焦炭次之無溉愁，無煙煤最差处铛。因?yàn)槟咎坑凶畲蟮臍饪茁剩瑓⒓託饣磻?yīng)的面積最大拐揭，活性也最大撤蟆。另外，木炭中揮發(fā)物含量較高愧陈，其主要成分是H2和各種碳硅化合物登凿，而H2是固碳還原過程中最好的觸媒劑。因此煮啡，用木炭作還原劑生產(chǎn)的鐵粉質(zhì)量最好隘匙，但成本較高，且木炭資源有限馁祈。

　　當(dāng)還原溫度高于570℃時(shí)恕臣，固體碳還原氧化物的過程分三個(gè)階段：Fe2O3—→Fe3O4—→浮斯體(Fe·Fe3O4)—→Fe委董，其化學(xué)反應(yīng)式為

　　3Fe2O3+CO= 2Fe3O4+CO2，△H298=-15050卡

　　Fe3O4+CO=3FeO+CO2靴亩，△H298=5030卡

　　FeO+CO=Fe+CO2血明，△H298=-3150卡

　　2． 成型

　　壓制刀桿毛坯對(duì)還原后的海綿狀鐵切片進(jìn)行球磨，制成不同粒度的鐵粉膀钝，根據(jù)刀桿材質(zhì)的要求，適量加入某些金屬和非金屬赌羽，混合均勻形成以鐵粉為基體的金屬混合料萎煤。然后將混合料置于壓模中加壓，生產(chǎn)出刀桿毛坯领迈。要求毛坯的壓制密度為6.8～6.9g/cm3彻磁；毛坯不能出現(xiàn)分層、裂紋和掉邊角等現(xiàn)象狸捅。

　　燒結(jié)刀桿燒結(jié)過程比較復(fù)雜衷蜓，對(duì)產(chǎn)品性能起著關(guān)鍵作用。在燒結(jié)過程中將產(chǎn)生氣體脫附尘喝、潤滑劑揮發(fā)磁浇、回復(fù)再結(jié)晶、奧氏體形成朽褪、聚集再結(jié)晶置吓、粒粘結(jié)、合金化缔赠、部分金屬或合金熔化衍锚、孔隙集中和消除等現(xiàn)象，刀桿燒結(jié)后冷卻時(shí)又會(huì)產(chǎn)生奧氏體分解為珠光體嗤堰、石墨析出戴质、滲碳體分解和液相重結(jié)晶等過程。燒結(jié)后的刀桿的密度為6.9～7.5g/cm3卒抖，硬度大于150HB氏腐。

　　3． 機(jī)械加工及熱處理

　　機(jī)械加工對(duì)燒結(jié)后的刀桿毛坯進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋C(jī)械加工。主要工序有：銑削栏葬、鉆削用堤、攻絲、鉗修等嚣褐，從而保證刀桿的外觀尺寸和配合精度萌烁。

　　熱處理刀桿的硬度和強(qiáng)度對(duì)于保證刀桿使用性能有著重要影響。為保證刀桿的強(qiáng)度和硬度逸茅，在熱處理過程中绎儡，必須采用特定的加熱時(shí)間和溫度响友。熱處理后刀桿的硬度為38～42HRC，抗彎強(qiáng)度為1102～1190N/mm2蚯氯。

　　表面氧化處理一般采用低溫堿性發(fā)黑扳辉，即將刀桿在一定濃度的堿和氧化劑溶液中加熱、氧化橄浓，使金屬表面生成一層帶有磁性的Fe3O4薄膜粒梦，氧化過程為：Fe—→NaFeO2—→Na2Fe2O4—→Fe3O4，其化學(xué)反應(yīng)式為

　　3Fe+NaNO2+5NaOH—→3Na2FeO2+NH3+H2O

　　6Na2FeO2+NaNO2+5H2O—→3Na2Fe2O4+NH3+7NaOH

　　Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2—→Fe3O4↓+4NaOH

　　表面氧化的主要目的為：①起防銹作用荸实；②增加表面的美觀及光澤匀们；③消除淬火過程中的應(yīng)力作用。

　　二准给、刀桿切削力的分析

　　目前制造刀桿通常采用鍛造或鑄造工藝泄朴，而應(yīng)用粉末冶金工藝制造的刀桿能否承受切削力的沖擊，下面進(jìn)行分析對(duì)比露氮。
在正常工作情況下祖灰，C620車床的車刀所承受的切削力為：

　　主切削力Pz=200×t×s=200×5×0.3=300kg

　　當(dāng)吃刀深度t=5mm，進(jìn)刀量S=0.3mm/r時(shí)

　　徑向力Py≈0.4Pz=0.4×300kg=120kg

　　軸向力Px≈0.25Pz=0.25×300kg=75kg

　　車削總合力P=(Px2+Py2+Pz2)?=331.7kg

　　相應(yīng)的抗彎強(qiáng)度值為：σbb=3PL/2h2b=31.63N/mm2(測(cè)試中P=331.7kgf畔规，試樣跨度L=80mm局扶，高度h=24.8mm，寬度b=19.8mm)叁扫。

　　根據(jù)公式計(jì)算數(shù)據(jù)详民，考慮切削過程中的各種特殊情況，在制定生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)陌兑，把強(qiáng)度值定為≥1050N/mm2却师。而我們生產(chǎn)的鐵基粉末冶金刀桿的強(qiáng)度值經(jīng)實(shí)測(cè)為1102～1190N/mm2。由此可見素司，粉末冶金工藝制造的刀桿具有足夠的安全系數(shù)和可靠的承受力程押。

　　采用粉末冶金工藝生產(chǎn)車刀桿，同傳統(tǒng)的鍛造和精密鑄造工藝生產(chǎn)車刀桿相比押逾，具有廣闊的發(fā)展前景和較好的經(jīng)濟(jì)效益果派，其優(yōu)點(diǎn)如下：

　　1. 由于全部采用模具壓制成型，產(chǎn)品的外形尺寸和幾何角度基本一致眶洗。只要模具制造精度高蟀披，生產(chǎn)工藝控制嚴(yán)格，許多型面和角度可免去機(jī)械加工工序堤网，充分發(fā)揮粉末冶金產(chǎn)品少切削或無切削的優(yōu)越性巫碍，適合于大批量生產(chǎn)。與用優(yōu)質(zhì)鋼材加工刀桿相比贫肌，可節(jié)約材料30%禀舰，降低加工成本60%辨批，提高工效三倍；

　　2. 粉末冶金刀桿的主要原材料是氧化鐵鱗握联，從而可節(jié)約大量的優(yōu)質(zhì)鋼材桦沉；

　　3. 粉末冶金刀桿彈性變形小，抗振性能強(qiáng)金闽，在切削過程中纯露，有利于降低工件表面粗糙度，提高產(chǎn)品的精度和質(zhì)量代芜；

　　4. 在熱處理過程中埠褪，刀桿變形極小，有利于保證刀桿加工后的幾何精度蜒犯。

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