1、目 录第一部分 认识实习任务1.1 认识实习目的1.2 实习任务与要求第二部分 铁基制品生产2.1 概述2.2 基本材质体系2.3 铁基制品生产2.4 主要生产设备2.5 铁制品的检验第三部分 硬质合金生产第四部分 思考题第五部分 实习报告要求第六部分金属材料工程专业认识实习教学大纲第一部分 实习目的、任务、要求与实习地点介绍1.1 认识实习目的1 了解粉末冶金铁基制品的生产工艺和设备。2 掌握各工序生产操作规程和工艺规程。3 理论联系实际，培养劳动观念。4 了解粉末冶金企业的人力资源管理、生产管理、质量管理等相关知识1.2 实习任务与要求 劳动要求1 遵守实习单位劳动纪律，做到不迟到、不早退
2、、不旷工，坚守劳动岗位。工作时间不做与生产无关的事。2 严格遵守安全操作规程，做到不出人身、设备、质量事故，确保产品质量。3 谦虚谨慎，戒骄戒躁，搞好关系，学会做人。4 爱护实习单位财产，洁身自好。 业务要求1 掌握铁基制品主要工序生产操作规程。2 掌握铁基制品主要工序工艺规程。3 了解铁基制品主要生产设备结构特点及操作要点。4 了解制品生产过程产生的废品及工艺解决方法。5 了解产品性能分析与检测的主要方法。6 了解企业现状及发展方向，企业人力资源管理、生产管理、质量管理等。7 认真总结经验完成实习日记。 报告要求1 严格要求自己，按要求独立完成实习日记，精益求精。2 理论联系实际，认真总结，
3、独立思考，开拓进取，勇于创新。1.3 实习地点：韶关富洋粉末冶金有限公司韶关富洋粉末冶金有限公司是国内专业生产粉末冶金制品骨干企业，现有员工 200 多人，其中工程技术人员 30 多人，拥有生产设备 130 台，其中有引进美国、日本先进设备，现为韶关市工程技术研究开发中心、广东省先进企业、广东省科技民营企业、广东省高新技术企业，并通过 ISO9001 质量管理体系认证。1目前该公司生产的粉末冶金制品有：汽车、摩托车发动机零件：气门座、气门导管、机油泵及刹车摩擦片等零部件；工程机械配件有：粉末热锻浮动油封环，家电类各种铁、铜基含油轴承；手扶电梯配件及纺织机械配件等各类型的粉末冶金制品。第二部分
4、铁基制品生产2.1 概述粉末冶金制品是采用成形和烧结工艺将金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）制成材料和制品的工艺技术。它是冶金和材料科学的一个分支学科。粉末冶金制品的应用范围十分广泛，且近十年粉末冶金工业发展迅猛。从普通机械制造到精密仪器；从五金工具到大型机械；从电子工业到电机制造；从民用工业到军事工业；从一般技术到尖端高技术，均能见到粉末冶金工艺的身影。粉末冶金工艺的优点：1 绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。2 粉末冶金制品不需要或很少需要随后的机械加工。3 粉末冶金制品烧结一般在真空和还原气氛中进行，不氧化，不会给材料任何污染，故有可能制取高纯
5、度的材料。4 能保证材料成分配比的正确性和均匀性。5 适宜于生产同一形状而数量多的产品，能大大降低生产成本。粉末冶金工艺的的缺点：1 制品内部总有孔隙。2 普通粉末冶金制品的强度比相应的锻件或铸件要低（约低 2030%） 。3 成形过程粉末的流动性远不如液态金属，对产品结构形状有一定的限制。4 压制成形所需的压强高，因而制品受压制设备能力等限制。5 压模成本高，一般只适用于成批或大量生产。6 设备成本较高、粉末易氧化、制品的尺寸及形状受限制。铁基粉末冶金是用铁粉（包括预合金粉） 、金属粉（或合金粉）和非金属粉经混合、压制、烧结等工序制取用冶炼方法不能生产的某些特殊性能的产品。2按其应用，铁基制
6、品分为过滤器、含油轴承、磁性材料、机械零件、高速钢和摩擦片等。其中，以铁基材料为主的结构零件市场需求保持连续高速增长。对于高性能铁基粉末冶金件已普遍用于传动装置、发动机和通用机械零件事实，一般认为，汽车工业是推动粉末冶金工业发展的主要动力。铁基粉末冶金制品表现出的特点：1 在大批量生产机械零件时，其工艺简单，生产率高，成本低，节省材料，节约能源。2 根据需要可由铁粉和生产工艺控制孔隙，既能制取多孔材料，也可制造不同密度的机械零件典型的铁制品有含油轴承、油泵齿轮、汽门导管、炮弹箍、活塞环及其他各种各样的机械零件等，在这些产品中可按其孔隙度分为两类：即多孔铁铁制品零件和致密铁制品零件，一般孔隙度在
7、 1013%以上者为多孔，在 1013% 以下者为致密。由于它们都具有优良的耐磨性，所以有时也称它们为耐磨零件。3 混合某些金属和非金属制取铁非金属材料。4 可替代某些有色金属。正是因为铁基粉末冶金制品的性能和经济方面的优越性，得到广泛应用和长足发展。2.2 基本材质体系2.2.1 Fe-C 系烧结碳素钢即 Fe-C 烧结材料，而当碳含量小于 0.2%时称烧结铁。烧结碳素钢主要用于制造低、中强度的机械零件。碳是以石墨形式加入。当配料加入的石墨在烧结时未能全部溶入铁中，会出现游离石墨，降低烧结钢的强度。因此，烧结钢中的化合碳含量控制在0.80.89%范围最好。石墨加入量应考虑碳与铁粉中氧化物以及
8、烧结气氛反应所引起的损失，故常大于材料所需的化合碳量。在分解氨和发生炉煤气中烧结，常易产生明显的脱碳。烧结气氛的选择应首先考虑气氛对烧结钢碳含量的影响，最好采用可控碳势气氛，准确控制烧结钢化合碳含量，保证烧结钢的性能稳定。同时，化合碳含量还与烧结温度和保温时间有关。烧结温度低于 850时，石墨基本不溶入3铁中，全部以游离石墨形式存在。当烧结温度提高到 1000时，石墨绝大部分可溶入铁中。碳向铁中扩散速度很快，1020 分钟可完全溶入铁中。另外，铁粉和石墨粉的粒度对烧结钢中的化合碳量也有一定影响。粒度较粗时，应适当提高烧结温度或处长保温时间。Fe-C 系的烧结温度一般为 10501150，保温时
9、间 13 小时。应当指出，混合料中石墨分布不均匀，烧结钢中化合碳量也不均匀。同时，热处理对烧结钢显微组织的影响与致密钢相似。表 1 烧结钢化学成分与性能物理-力学性能（不小于）化学成分%密度g/cm3强度MN/m2冲击值J/cm2延伸率%硬度HB显微组织烧 结 铁Fe00.2CFe00.2CFe0.30.6CFe0.30.6C6.06.36.36.66.67.07.07.41201401702102.03.05.09.0350400450550FFF烧 结 钢Fe0.30.6CFe0.30.6CFe0.30.6CFe0.30.6CFe0.150.35CFe0.40.6CFe0.71.0C6.0
10、6.36.36.66.67.07.07.47.67.67.6160190220300500900100030150.71.01.52.53.510.04.01.05507008501070F+PF+PF+PF+PF+PP+FP2.2.2 Fe-Cu-C 和 Fe-Mo-C 系铜是烧结钢中常用的合金元素。铜在铁中的溶解度随温度变化较大。1094时，在 - Fe 中溶解度为 7.58.5%；835时约为 3.5%；而室温只有 0.2%。普通的烧结铜钢，铜是以电解铜粉形式加入混合料中，烧结温度控制在铜的熔点以上，即大于 1100。下表表明，铜量高，压制压力大，烧结温度高时，抗拉强度越高。4表 2 铜
11、加入量对烧结 Fe-Cu-C 材料性能的影响铜加入量 1.0%C+2.5%Cu 1.0%C+7.5%Cu压制压力 200 400 650 200 400 650烧结温度密度 g/cm3强度延伸率%尺寸变化%11505.519.20.5-0.4312505.626.80.5-1.2811506.2634.70.8-0.3712506.3443.30.9-1.0211506.2645.40.8-0.2612506.753.21.2-0.811505.4927.70.4-0.0612505.5735.10.6-0.8511506.0838.50.5-0.4512506.0855.80.6-0.521
12、1506.6158.80.4-0.8812506.6467.00.6-0.27铜的加入对制品烧结后的尺寸变化有很大影响。当含量为 89%时，烧结后的膨胀最大。这是因为铜熔化后，在毛细管力作用下，很快渗入铁粉颗粒之中，使铁颗粒体积增大，而原铜粉处成为孔隙，引起整个烧结体膨胀。当铜量超过 10%时，即最大溶解度以后，由于有较多的液相存在，而形成稳定的液相烧结，致密化加快，使膨胀减小，甚至出现收缩。加入石墨可以控制 Fe-Cu 材料烧结后尺寸的变化。因为碳的存在降低 Fe-Cu 系的熔点和铜在 - Fe 中的溶解度，从而增加烧结时的液相量，使膨胀减小。如果石墨与铜的配比适当，可使烧结体尺寸既不膨胀，
13、也不收缩，达到精确控制产品尺寸的目的。当碳量低时，随铜的加入，收缩减小，直到加入3%Cu，烧结尺寸不发生变化。继续增加铜，则出现膨胀，到 79%Cu 时出现最大膨胀率 1.2%。此时，如果逐渐增加石墨量，可使膨胀相应减小。石墨增加到1.0%以上时，反而产生收缩。石墨达 2%时，收缩率为 1.0%以上。石墨量小于1.0%时，铜量一般在 13%就可精确控制 Fe-Cu-C 系结构件烧结尺寸。钼也是烧结钢常用合金元素，它可溶入铁中产生固溶强化。但主要作用是细化晶粒，提高淬透性和防止回火脆性。钼在铁中的扩散速度远低于碳，故不宜用钼粉，而常用还原 Fe-Mo 合金粉。Fe-Cu-C 系材料加钼可通过热处
14、理来提高强度性能。2.2.3 Fe-Ni-C 系和 Fe-Ni-Cu-C 系镍是扩大铁的 区元素，使 S 点左下移，使得珠光体组织的体积分数增加。可溶入铁产生固溶强化作用。镍可降低钢的临界转变温度和钢中各合金元素的扩散速度，而提高钢的淬透性。若同时加入少量 Cr、Mn 或 Mo 时，其效果更好。镍在 - Fe 中的扩散系数比碳及熔融铜小，故采用混合粉烧结镍钢时，必须5选用很细的镍粉（如羰基镍粉，松装密度 0.9g/cm3，粒度 3.1） 。在较高的温度（1200）下烧结，达到合金均匀化。镍对烧结 Fe-C 材料尺寸的影响可知：当镍含量超过 23%时，镍和碳对收缩同时起作用。随镍量增加，碳量增加
15、时收缩更大，而烧结温度越高这个倾向越大。加入少量铜可控制这种过大的收缩。在对性能的影响上，当碳量一定时，随镍含量增加，抗拉强度增大。当镍含量不高时，强度最大值的碳量在共析成分附近，但随镍含量增加却向低碳方向移动。当镍含量超过 7%，其最高抗拉强度的碳量范围很宽。烧结时间对最高强度时的碳量也有一定影响，对含 9%Ni 的烧结钢，延长烧结时间，其最高强度的碳量也向低碳方向移动。2.2.4 Fe-Mn-C 系锰在烧结钢中除起固溶强化作用外，还可提高烧结钢的淬透性。Mn、Fe还可与 C 形成合金渗碳体。含锰为 5%时，随碳含量增加，硬度提高，碳含量达1.2%时，开始下降；含锰为 10%时，碳量超过 0
16、.8%后硬度开始下降。其主要原因是随 Mn 和 C 量增加，烧结件密度下降和残余奥氏体数量增加。研究表明，当碳在亚共析范围内，锰的加入量在 10%以下时，烧结锰钢的性能最好。锰与氧的亲和力较强，在一般烧结气氛下，锰表面易生成氧化物，且不易还原，因而不利合金均匀化和烧结过程。故锰一般不以金属锰粉的形式，而常以 Mn-Fe 中间合金粉或母合金粉形式加入混合料中。2.2.5 Fe-Cr-C 系钢中加入铬除提高强度外，还可改善钢的抗氧化性能和抗腐蚀性能。铬可以 Cr 粉、Cr-Fe 粉、 相或预合金粉的形式加入配料中。从合金均匀化考虑，最好用预合金。因铬与氧的亲和力很强，烧结时要严格控制气氛露点或要用
17、真空烧结。铬与碳含量的变化对烧结 Fe-Cr-C 系材料密度和机械性能将产生一定影响。随碳含量增加，密度下降。最高密度的铬含量随碳量增加由 3.5%升高到 5.0%。当碳含量一定时，铬增加到 45%，密度出现最大值。2.2.6 Fe-P-C 系和 Fe-P-Cu-C 系烧结钢中加入合金元素 P 可改善和提高强度和韧性。磷对烧结钢的强化作用主要表现在以下方面：61 烧结过程中，磷向铁粉中扩散形成 Fe-P 固溶体，产生显著固溶强化效果。2 磷有缩小 -Fe 相区作用，这样可使铁基材料保持在 -Fe+-Fe 两相区内进行烧结。在正常烧结温度下，铁原子在 -Fe 中的扩散系数比在 -Fe中大 100
18、 倍，这就强化了烧结时铁原子的扩散过程，加速孔隙的球化和致密化过程，烧结体强度和韧性提高。3 Fe-P 系在 1050有一共晶反应，因而在烧结时产生少量液相，有利烧结致密化。综上，加入适当的磷可提高烧结钢的强度和韧性。加入量以 0.30.6%为宜，P 含量继续增加冲击韧性将下降。磷以磷铁合金粉（Fe 3P）或 Cu3P 粉形式加入为宜，而不宜直接加磷粉。直接加磷粉因烧结损失而难准确控制其含量，且烧结收缩变形严重，脆性大。磷可使合金产生较大的烧结收缩。单独加入 Cu 或石墨，或同时加入铜和石墨可消其影响，甚至出现膨胀。2.3 铁基制品生产生产工艺流程粉末原料混 合压制成形烧 结 整形或复压 复压
19、 （加工） 熔浸 热锻 （加工） 复烧 热处理 （加工） 热处理 成品 （加工） 成品 热处理 成品 成品 成品72.3.1 原料粉末是粉末冶金方法生产制造烧结零件的基本原料。 粉末的制备粉末的制备方法有很多种，归纳起来可分为机械法和物理化学法两大类。 机械法有机械破碎法与液态雾化法。机械破碎法中最常用的是球磨法。该法用钢球或硬质合金对金属进行球磨，适用于制备一些脆性的金属粉末（如铁合金粉）。对于软金属粉，采用旋涡研磨法。雾化法也是目前用得比较多的一种机械制粉方法，特别有利于制造合金粉，如低合金钢粉、不锈钢粉等。将熔化的金属液体通过小孔缓慢下流，用高压气体（如压缩空气）或液体（如水）喷射，通过
20、机械力与急冷作用使金属熔液雾化。结果获得颗粒大小不同的金属粉末。 物理方法有气相与液相沉积法。如锌、铅的金属气体冷凝而获得低熔点金属粉末。又如金属羰基物 Fe(CO)5、Ni(CO) 4 等液体经 180250加热的热离解法，能够获得纯度高的超细铁与镍粉末，称为羰基铁与羰基镍。 化学法主要有电解法与还原法。电解法是生产工业铜粉的主要方法，即采用硫酸铜水溶液电解析出铜。还原法是生产工业铁粉的主要方法，采用固体碳还原铁磷或铁矿石粉的方法。还原后得到得到海绵铁，经过破碎后的铁粉在氢气气氛下退火，最后筛分便制得所需要的铁粉。 粉末性能粉末的性能对其成形和烧结过程，及制品的性能都有重大影响。 颗粒形状、
21、粒度及粒度组成颗粒形状是决定粉末工艺性能的主要因素。用不同方法制造的粉末形状不同。颗粒形状对粉末的压制成形和烧结都会带来影响。如表面光滑的粉末颗粒，其流动性好，对提高压坯的密度有利。但形状复杂的粉末，对提高制品的压坯强度有利，同时能促进烧结的进行。8表 3 颗粒形状与粉末生产方法粉末生产方法 粉末颗粒形状羰基铁粉雾化铁粉还原铁粉电解铁粉球磨研磨铁粉旋涡研磨铁粉球形粉末球形或不规则状不规则海绵状树枝状片状碟状粉末粒度是指粉末颗粒的平均大小。工业上制造的粉末，粒度范围一般为0.1400m，粒度大小通常用目数（一平方英寸筛网上的网孔数表示） 。最常用的是筛分析法。粒度大小直接影响制品的性能，而对常用
22、的粉末冶金制品生产，不仅要测定粉末体平均颗粒的大小，更重要的是测定粒度分布。按一定的粒度范围将粉末分级，用各级粉末所占重量百分数表示粉末的粒度组成。粉末的粒度分布对成形、烧结有一定的影响。如粉末粒度分布得当，粉末颗粒间的孔隙就小，成形密度高，烧结容易进行。 松装密度、流动性和压制性松装密度是指单位体积自由松装粉末的质量，常用 g/cm3 表示。粉末的松装密度是一个综合性能，它受粉末粒度、粒度组成、颗粒形状及颗粒内的孔隙等因素的影响。一般是粉体颗粒越粗松装密度越大；粉体颗粒形状越规则松装密度越大；而粉体粒度分布越广及形状越复杂，颗粒间的摩擦增加，则松装密度减小。粉末流动性是指单位质量的粉末自由下落到流完的时间，常用 s/50g 表示。
