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粉末冶金機(jī)械結(jié)構(gòu)零件(p0.der metallurgy mechanical structural parts)
由金屬粉末混合物成形和在低于主要組分熔點(diǎn)的溫度下燒結(jié)制成的粉末冶金制品。
19世紀(jì)30年代，美國(guó)開(kāi)始大量生產(chǎn)和使用鐵基粉末冶金油泵齒輪，以取代鑄鐵制品。經(jīng)過(guò)60年的發(fā)展，粉末冶金機(jī)械結(jié)構(gòu)零件已成為現(xiàn)代機(jī)械制造不可缺少的一類基礎(chǔ)零件。中國(guó)1957年研制成功鐵基粉末冶金含油軸承，是中國(guó)鐵基粉末冶金機(jī)械結(jié)構(gòu)零件之開(kāi)始。
粉末冶金機(jī)械結(jié)構(gòu)零件是一類構(gòu)成機(jī)器或機(jī)構(gòu)的金屬結(jié)構(gòu)零件，它們不但具有最終形狀、所需尺寸和形位精度，而且能充分承受拉伸、壓縮、沖擊、扭曲等載荷，諸如齒輪、鏈輪和凸輪等。
粉末冶金機(jī)械結(jié)構(gòu)零件絕大部分是由鐵基粉末冶金材料制成的。通常，將以純鐵粉為原料粉，摻入或不摻入合金元素粉，但不添加石墨粉，經(jīng)成形一燒結(jié)制成者，叫做粉末冶金鐵或粉末冶金鐵合金。對(duì)于添加有石墨粉和燒結(jié)后化合碳含量不低于0.3％者，稱為粉末冶金鋼。
根據(jù)用途，粉末冶金鋼分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊鋼(諸如不銹鋼、軟磁合金及永磁合金)。粉末冶金結(jié)構(gòu)鋼依據(jù)添加的合金元素分為粉末冶金鐵、粉末冶金碳鋼、粉末冶金鐵一銅合金、粉末冶金銅鋼、粉末冶金鐵一鎳合金、粉末冶金鎳鋼和粉末冶金低合金鋼等。
粉末冶金鋼的性能不但取決于化學(xué)成分和密度，而且決定于生產(chǎn)方法。另外，它們都可進(jìn)行熱處理與化學(xué)熱處理。表1、2和3中分別列出了IS0.DIS5755/2和IS0.TC、119/SC5N115中規(guī)定的粉末冶金鋼的化學(xué)成分和物理一力學(xué)性能。
表1 粉末冶金鋼的物理-力學(xué)性能(據(jù)IS0.DIS5755/2)
| 材料 | 種別 | 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/% | 物理-力學(xué)性能 | ||||||||||
| C化合 | Cu | Fe | 其他元素總和 | 密度/g/cm3 | 拉伸強(qiáng)度/MPa | 表觀硬度(HV5) | 相對(duì)密度/％ | 屈服強(qiáng)度/MPa | 伸長(zhǎng)率/％ | 適當(dāng)處理后的表觀硬度(HV5) | 表觀洛氏硬度(HRH) | ||
| 粉末冶金鐵 | P1022 | ≤0.25 | 余 | 2 | ≥5.6 | ≥70 | ≥30 | 75 | 40 | 1 | - | 10 | |
| P1023 | ≥6.0 | ≥100 | ≥40 | 80 | 60 | 2 | - | 70 | |||||
| P1024 | ≥6.4 | ≥140 | ≥50 | 85 | 80 | 3 | - | 80 | |||||
| P1025 | ≥6.8 | ≥180 | ≥65 | 90 | 100 | 4 | 400 | HRBl5 | |||||
| P1026 | ≥7.2 | ≥220 | ≥80 | 94 | 120 | 6 | 500 | HRB30 | |||||
| 粉末冶金碳鋼 | P1033 | 0.30～0.6C | 余 | 2 | ≥6.0 | ≥140 | ≥55 | 80 | 90 | nm | - | HRB20 | |
| P1034 | ≥6.4 | ≥190 | ≥75 | 85 | 120 | 1 | - | HRB45 | |||||
| P1035 | ≥6.8 | ≥240 | ≥90 | 90 | 130 | 2 | 400 | HRB60 | |||||
| P1042 | 0.60～0.90 | 余 | 2 | ≥5.6 | ≥150 | ≥55 | 75 | 120 | nm | - | HRB35 | ||
| P1043 | ≥6.0 | ≥200 | ≥80 | 80 | 160 | rim | - | HRB50 | |||||
| P1044 | ≥6.4 | ≥250 | ≥100 | 85 | 210 | 1 | - | HRB65 | |||||
| P1045 | ≥6.8 | ≥300 | ≥120 | 90 | 250 | 1 | 400 | HRB75 | |||||
| 粉末冶金 | P2022 | ≤0.25 | 1.4～4.0 | 余 | 2.O | ≥5.6 | ≥120 | ≥45 | 75 | 90 | am | - | 70 |
| P2023 | ≥6.0 | ≥160 | ≥55 | 80 | 120 | 1 | - | 80 | |||||
| P2024 | ≥6.4 | ≥200 | ≥65 | 85 | 140 | 2 | 300 | HRBl5 | |||||
| P2025 | ≥6.8 | ≥240 | ≥75 | 90 | 170 | 3 | 400 | HRB25 | |||||
| 銅一鐵合金 | P2032 | ≤0.25 | 4.0～8.0 | 余 | 2.O | ≥5.6 | ≥160 | ≥60 | 75 | 120 | nm | - | 80 |
| P2033 | ≥6.0 | ≥200 | ≥75 | 80 | 140 | rim | - | 90 | |||||
| P2034 | ≥6.4 | ≥240 | ≥85 | 85 | 190 | 1 | - | HRB20 | |||||
| P2035 | ≥6.8 | ≥280 | ≥95 | 90 | 230 | 2 | 400 | HRB30 | |||||
| 粉末冶金銅鋼 | P2043 | 0.30～0.60 | 1.0～4.0 | 余 | 2 | ≥6.0 | ≥220 | ≥80 | 80 | 190 | am | - | HRB45 |
| P2044 | ≥6.4 | ≥280 | ≥100 | 85 | 230 | nm | 350 | HRB60 | |||||
| P2045 | ≥6.8 | ≥350 | ≥120 | 90 | 280 | 1 | 450 | HRB75 | |||||
| P2053 | 0.60～0.9C | 1.0～4.0 | 余 | 2 | ≥6.0 | ≥270 | ≥100 | 80 | 210 | nm | - | HRB60 | |
| P2054 | ≥6.4 | ≥340 | ≥120 | 85 | 270 | nm | 350 | HRB70 | |||||
| P2055 | ≥6.8 | ≥420 | ≥140 | 90 | 330 | nm | 450 | HRB80 | |||||
| P2063 | 0.30～0.60 | 4.O～8.0 | 余 | 2 | ≥6.0 | ≥250 | ≥90 | 80 | 210 | nm | - | HRB60 | |
| P2064 | ≥6.4 | ≥320 | ≥110 | 85 | 260 | nm | 350 | HRB70 | |||||
| P2073 | 0.60～0.9C | 4.0～8.0 | 余 | 2 | ≥6.0 | ≥300 | ≥110 | 80 | 210 | - | - | HRB65 | |
| P2074 | ≥6.4 | ≥360 | ≥130 | 85 | 230 | - | 350 | HRB75 | |||||
注：這些材料中可加入添加劑以改善切削性而不會(huì)改變給定的性能；2．伸長(zhǎng)率一欄中“nm”表示無(wú)法測(cè)定；3．對(duì)經(jīng)過(guò)適當(dāng)硬化處理的材料，僅只測(cè)定此硬度值，這時(shí)，除密度和含銅量外，其他性能均不適用。
表2 粉末冶金鋼的物理-力學(xué)性能(據(jù)ISO/TCll9/SC5N115)
| 材料 | 種別 | 指令性數(shù)值 | 參考用近似數(shù)值 | |||||||||
| 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/％ | 物理-力學(xué)性能 | |||||||||||
| C化合 | Cu | Ni | Fe | 其他元素總和 | 密度/g/cm3 | 拉伸強(qiáng)度/Mpa | 表觀硬度(HV5) | 相對(duì)密度/％ | 屈服強(qiáng)度/Mpa | 伸長(zhǎng)率/％ | ||
| 粉末冶金鎳鋼① | P3014 | ≤0.2 | ≤0.80 | 1.0～3.0 | 余 | ≤2.0 | ≥6.4 | ≥200 | ≥50 | 85 | 140 | 6 |
| P3015 | ≥6.8 | ≥250 | ≥60 | 90 | 170 | 8 | ||||||
| P3025 | ≤0.2 | ≤0.80 | 3.0～6.0 | 余 | ≤2.0 | ≥6.8 | ≥300 | ≥80 | 90 | 200 | 6 | |
| 粉末冶金銅鎳鋼 | P3034 | ≤0.25 | 1.0～3.0 | 1.0～3.0 | 余 | ≤2.0 | ≥6.4 | ≥240 | ≥70 | 85 | 170 | 3 |
| P3035 | ≥6.8 | ≥270 | ≥90 | 90 | 200 | 4 | ||||||
| P3044 | 0.3～0.6 | 1.0～3.0 | 1.0～3.0 | 余 | ≤2.0 | ≥6.4 | ≥300 | ≥100 | 85 | 260 | 1 | |
| P3045 | ≥6.8 | ≥340 | ≥110 | 90 | 300 | 2 | ||||||
| P3054 | ≤0.25 | 1.0～3.0 | 3.0～6.0 | 余 | ≤2.0 | ≥6.4 | ≥250 | ≥70 | 85 | 190 | 3 | |
| P3055 | ≥6.8 | ≥290 | ≥90 | 90 | 220 | 4 | ||||||
| P3064 | 0.3～0.6 | 1.O～3.0 | 3.0～6.0 | 余 | ≤2.0 | ≥6.4 | ≥320 | ≥100 | 85 | 280 | 1 | |
| P3065 | ≥6.8 | ≥360 | ≥120 | 90 | 320 | 2 | ||||||
①可焊接。
表3 粉末冶金不銹鋼的物理-力學(xué)性能(據(jù)ISO/TCll9/SC5Nll5)
| 材料 | 種別 | 指令性數(shù)值 | 參考用近似數(shù)值 | - | |||||||||||
| 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))／％ | 物理-力學(xué)性能 | - | |||||||||||||
| C化合 | Ni | MO | Cr | Fe | 其他元素總和 | 密度/g/cm3 | 拉伸強(qiáng)度/Mpa | 表觀硬度(HV5) | 相對(duì)密度/％ | 屈服強(qiáng)度/Mpa | 伸長(zhǎng)率/％ | 熱處理后的表觀硬度(HV5) | - | ||
| - | |||||||||||||||
| 粉末冶金不銹鋼 | P3113 | ≤0.20 | - | - | 12.0～14.C | 余 | ≤2.0 | ≥6.0 | ≥290 | ≥150 | 80 | 260 | 1 | 300~ | - |
| P3114(9 | - | - | - | - | - | - | ≥6.4 | ≥320 | ≥180 | 85 | 290 | 1 | 350④ | - | |
| P3124 | ≤0.08 | 8.0～11.C | - | 17.0～19.C | 余 | ≤2.0 | ≥6.4 | ≥320 | ≥85 | 85 | 190 | 4 | - | - | |
| P3125 | - | - | - | - | - | - | ≥6.8 | ≥400 | ≥95 | 90 | 240 | 6 | - | - | |
| P3134 | ≤0.08 | 10.0～140 | 2.0～3.0 | 16.0～18.0 | 余 | ≤2.0 | ≥6.4 | ≥300 | ≥80 | 85 | 180 | 4 | - | - | |
| P3135 | - | - | - | - | - | - | ≥6.8 | ≥380 | ≥90 | 90 | 230 | 6 | - | - | |
①AISI410；②AISI304；⑧AISI316；④取決于熱處理方法。
粉末冶金鋼的一個(gè)重要特點(diǎn)是，密度可控。化學(xué)成分相同，但材料密度不同時(shí)，它們的物理一力學(xué)性能不同。任何一種粉末冶金鋼，當(dāng)其相對(duì)密度低于85％～90％時(shí)，含浸以適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油均可用于制造要求其表面具有軸承性能的粉末冶金結(jié)構(gòu)零件。(見(jiàn)含油軸承)粉末冶金鋼除用于制造機(jī)械結(jié)構(gòu)零件外，其中的粉末冶金工具鋼和粉末冶金不銹鋼也用于制造棒材和管材(見(jiàn)粉末冶金高速鋼、粉末冶金不銹鋼)。
粉末冶金機(jī)械結(jié)構(gòu)零件基本上是由粉末冶金鋼制成的，它們的材料密度雖低于真密度，但一般可進(jìn)行塑性加工和切削加工。材料密度愈高、韌性就愈好。粉末冶金機(jī)械結(jié)構(gòu)零件可用整形或精壓來(lái)校正其形狀和尺寸，并可進(jìn)行熱處理和化學(xué)熱處理。
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