寇充滿 安春輝

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粉末冶金材料在汽車、生活用品、裝備制造行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，正在逐步取代低強(qiáng)度、低密度、低硬度的鑄鐵材料，而隨粉末冶金材料技術(shù)水平的不斷提升，其應(yīng)用于高精度零件的前景非常廣闊。其中，粉末冶金材料的熱處理工藝水平是造成粉末冶金材料物理性能存在差異的主要問題之一，造成粉末冶金材料仍舊存在一定的缺陷。而為了擴(kuò)大粉末冶金材料的應(yīng)用，必須采取有效措施提高熱處理工藝水平，提高粉末冶金材料的性能。

1 粉末冶金材料概述

1.1 粉末冶金材料的分類

傳統(tǒng)粉末冶金材料包括鐵基粉末冶金材料、銅基粉末冶金材料、難熔金屬材料、硬質(zhì)合金材料、粉末冶金電工材料、摩擦材料、減摩材料幾種類型。鐵基粉末冶金材料是最基本、最傳統(tǒng)的材料，主要應(yīng)用于汽車制造業(yè)，當(dāng)前其應(yīng)用范圍和需求量正在逐步擴(kuò)大；銅基粉末冶金材料抗腐蝕性好、表面光滑、沒有磁性干擾，主要用于電工器件、設(shè)備零件等制造業(yè)；難熔金屬材料的熔點(diǎn)、硬度、強(qiáng)度均處于較高水平，主要被用于國防、航空航天、科研領(lǐng)域；硬質(zhì)合金材料由一種或多種難熔金屬經(jīng)碳形成，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，多用于切削領(lǐng)域；粉末冶金電工材料主要用于電氣行業(yè)，其中，電阻器件的主要材質(zhì)就是此類材料，這種材料對(duì)真空技術(shù)中的電力管陰極、電加熱元件具有顯著作用；摩擦材料具有較強(qiáng)的摩擦磨損性能，能實(shí)現(xiàn)各個(gè)元件間的動(dòng)力阻斷與傳遞，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的減速、停止；減摩材料摩擦系數(shù)較低、耐磨性較高，還具有較強(qiáng)的自潤滑性能，主要用于金屬鑄造領(lǐng)域和塑料減摩材料領(lǐng)域[1]。

現(xiàn)代粉末冶金材料主要分布于信息領(lǐng)域、能源領(lǐng)域、生物領(lǐng)域。其中，軟磁材料就是信息領(lǐng)域粉末冶金材料的主要類型，其又分為鐵氧體軟磁材料、金屬軟磁材料，具有較強(qiáng)的飽和磁化性能與導(dǎo)磁率；能源領(lǐng)域的粉末冶金材料有效促進(jìn)了新能源的發(fā)展，不僅是當(dāng)前新能源發(fā)展的關(guān)鍵組成部分，還是新能源材料發(fā)展的重要前提與基礎(chǔ)，新能源材料發(fā)展的主要方向包括電池、氫能、太陽能等多個(gè)方面，能源領(lǐng)域的粉末冶金材料應(yīng)用范圍會(huì)逐漸變的廣闊；生物領(lǐng)域的粉末冶金材料能夠有效改善人們的健康狀況，大大提高了人們的生活質(zhì)量。

1.2 粉末冶金材料熱處理效果的影響因素

粉末冶金材料的燒結(jié)孔隙產(chǎn)生不可避免，這種孔隙給材料的熱處理效果帶來了較大影響，特別是材料孔隙率的變化會(huì)影響熱處理效果的變化，而通過加入一定的合金元素能夠改善粉末冶金材料的致密性與晶粒度。文章對(duì)粉末冶金材料熱處理效果的影響因素進(jìn)行簡單分析。

1.2.1 孔隙影響熱處理過程

粉末冶金材料熱處理過程中，需要通過快速冷卻抑制奧氏體擴(kuò)散，進(jìn)而獲取馬氏體，但是粉末冶金材料孔隙的存在會(huì)影響材料散熱性能。根據(jù)導(dǎo)熱率公式可知，淬透性會(huì)隨材料孔隙率的降低而提升，另外，孔隙會(huì)降低材料密度，直接影響粉末冶金材料熱處理表面硬度及淬硬深度數(shù)值，同時(shí)與材料密度存在關(guān)聯(lián)，容易降低材料表面硬度，并且由于孔隙的存在，淬火不能使用鹽水作為介質(zhì)，必須避免其造成腐蝕，多在真空或其他氣體介質(zhì)中進(jìn)行[2]。

1.2.2 孔隙率影響表面淬硬深度

粉末冶金材料熱處理成效與材料滲透性、密度、導(dǎo)熱性、電阻特性都有關(guān)聯(lián)，而這些因素的出現(xiàn)都是由于孔隙率的存在，當(dāng)孔隙率超過一定數(shù)值后就會(huì)通過孔隙進(jìn)行滲透，影響到粉末冶金材料的滲碳硬化，增加滲碳深度，降低表面硬化效果；并且若滲碳?xì)怏w滲入過快，粉末冶金材料容易在淬火過程中出現(xiàn)軟點(diǎn)，直接降低表面硬度，造成材料出現(xiàn)脆變、變形等問題。

1.2.3 合金含量及類型影響處理效果

常見的合金元素是銅、鎳，在粉末冶金材料中，這兩種元素的含量、類型都會(huì)影響材料熱處理效果。粉末冶金材料的熱處理硬化深度會(huì)隨銅、碳含量增加逐漸升高，達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后又會(huì)逐步降低，而含有鎳合金的粉末冶金材料剛度大于含有銅合金的粉末冶金材料，但是前者的不均勻性會(huì)造成粉末冶金材料奧氏體組織出現(xiàn)不均勻的問題。

1.2.4 高溫?zé)Y(jié)對(duì)熱處理效果的影響

粉末冶金材料的高溫?zé)Y(jié)能夠獲取最佳的合金效果，并提升粉末冶金材料的致密化，但是由于現(xiàn)場(chǎng)處理過程中燒結(jié)溫度存在差異，會(huì)出現(xiàn)不同結(jié)果，特別是較低的燒結(jié)溫度情況下，粉末冶金材料的熱處理敏感性降低，減少固溶體中的合金含量及其機(jī)械性能，所以高溫?zé)Y(jié)過程中要注意添加還原氣體進(jìn)行輔助，以便獲取較好的熱處理效果[3]。

2 粉末冶金材料的熱處理工藝分析

粉末冶金材料的熱處理工藝需要結(jié)合材料化學(xué)成分、晶粒度等進(jìn)行確定，其中，材料孔隙是一項(xiàng)非常重要的參數(shù)，在壓制和燒結(jié)粉末冶金材料的過程中，整個(gè)部件孔隙貫穿其中，其存在會(huì)直接影響熱處理工藝方式的選擇和最終的熱處理工藝效果。較為常用的粉末冶金材料熱處理工藝形式包括：淬火處理、蒸汽處理、化學(xué)熱處理、特殊熱處理，現(xiàn)就這幾種方式進(jìn)行簡單分析。

2.1 淬火處理

由于粉末冶金材料中存在孔隙，影響其傳熱速度，低于致密材料的傳熱速度，在進(jìn)行淬火處理過程中，其淬透性相對(duì)較差。并且，在粉末冶金材料淬火時(shí)，其燒結(jié)密度與材料導(dǎo)熱性能成正比，粉末冶金材料由于燒結(jié)工藝與致密材料的差異，其整體均勻性比致密材料要好，部分小型微觀區(qū)域的不均勻性存在差異，因此，完全奧氏體化的時(shí)間相對(duì)要長，在增加了合金元素后，完全奧氏體化的溫度變高、周期變長。

為提高粉末冶金材料的熱處理工藝中的淬透性，一般會(huì)加入鎳、鉬、錳、鉻、釩等合金元素，其與致密材料中的存在作用、機(jī)理是一致的，能夠顯著細(xì)化晶粒，若其溶于奧氏體后能夠有效提升冷奧氏體的穩(wěn)定性，確保淬火處理過程中的奧氏體轉(zhuǎn)化，提高淬火材料表面硬度，增加淬硬深度。在粉末冶金材料淬火處理完成后會(huì)進(jìn)行回火處理，其溫度對(duì)控制粉末冶金材料性能影響較大，需要根據(jù)相應(yīng)的材料特征來確定對(duì)應(yīng)的回火溫度，努力降低回火脆性的不利影響[4]。

2.2 蒸汽處理

使用蒸汽對(duì)粉末冶金材料進(jìn)行熱處理，可以使得材料表面氧化，然后在粉末冶金材料的表層形成氧化膜，只有這樣才能達(dá)到改善粉末冶金材料性能的目的，特別是對(duì)于粉末冶金材料的防腐性能來說，相較于發(fā)藍(lán)處理具有更好的效果和更長的壽命，受到蒸汽氧化處理后的粉末冶金材料的硬度、耐磨性等方面都會(huì)顯著增加。

2.3 化學(xué)處理

粉末冶金材料的化學(xué)處理過程中一般出現(xiàn)分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)過程，如：滲碳熱處理就是通過一氧化碳與碳、二氧化碳之間的轉(zhuǎn)化進(jìn)行放熱，然后通過甲烷與碳、氫之間的轉(zhuǎn)化進(jìn)行吸熱，在這個(gè)過程中，碳被分解出來后，被金屬吸收，然后逐步向其內(nèi)部擴(kuò)散，當(dāng)粉末冶金材料表面的碳濃度滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行淬火、回火處理，能夠大大提升粉末冶金材料表面硬度，以及材料整體的淬硬深度。由于粉末冶金材料密度越高、孔隙效應(yīng)越弱，化學(xué)熱處理效果越差，因此，需要使用還原性氣體進(jìn)行保護(hù)，結(jié)合粉末冶金材料孔隙的特征可知：其加熱、冷卻的速度都是低于致密材料的，加熱過程中要注意延長保溫時(shí)間，提供加熱的溫度數(shù)值。

粉末冶金材料的化學(xué)處理包括多元共滲、滲氮、滲碳、滲硫幾種方式，在進(jìn)行化學(xué)處理過程中，材料的淬硬深度與材料密度有很大關(guān)系，所以在進(jìn)行粉末冶金材料的熱處理工藝過程中采取相應(yīng)措施，如采用適當(dāng)延長時(shí)間的方式進(jìn)行處理，以便更好地提升材料的硬度和耐磨性。

2.4 特殊處理

粉末冶金材料的特殊熱處理工藝包括激光表面硬化、感應(yīng)加熱淬火等多種新型技術(shù)類型。激光表面硬化的特殊熱處理工藝借助激光作為熱源對(duì)金屬表面進(jìn)行快速升溫、冷卻，促使奧氏體晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法及時(shí)恢復(fù)成結(jié)晶狀態(tài)，從而獲取相應(yīng)的超細(xì)結(jié)構(gòu)；感應(yīng)加熱淬火的特殊熱處理工藝?yán)酶哳l電磁感應(yīng)渦流，大幅提升材料加熱溫度，顯著增加其表面硬度，但是在處理過程中容易存在軟點(diǎn)，可以采取間斷加熱的方式來延長材料奧氏體化的周期。

3 結(jié)語

粉末冶金材料的熱處理工藝是一項(xiàng)復(fù)雜的反應(yīng)過程，其熱處理工藝水平與燒結(jié)溫度、合金元素含量、孔隙率、合金類型等都存在關(guān)聯(lián)，材料整體的內(nèi)部均勻性較差，要想獲得良好的淬透性，必須延長相應(yīng)的處理時(shí)間，并加入合金元素。因此，要想擴(kuò)大粉末冶金材料的應(yīng)用范圍必須在當(dāng)前技術(shù)條件下找出最為適宜的熱處理工藝模式，以便滿足工業(yè)發(fā)展需求。