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Wärmebehandlungsprozess der Pulvermetallurgie



Datum:[2021/6/1]

Die Anwendung von pulvermetallurgischen Materialien in der modernen Industrie ist immer umfangreicher geworden. Bei der Anwendung komplexer Teile mit hoher Dichte und hoher Präzision, die geschmiedete Stahlteile ersetzen, wurde mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Pulvermetallurgietechnologie eine schnelle Entwicklung erreicht. Aufgrund des Unterschieds im nachfolgenden Behandlungsprozess weisen seine physikalischen und mechanischen Eigenschaften jedoch immer noch einige Mängel auf. In diesem Artikel wird der Wärmebehandlungsprozess von pulvermetallurgischen Werkstoffen kurz erläutert und analysiert, seine Einflussfaktoren analysiert und Strategien zur Verbesserung des Prozesses vorgeschlagen.

I. Einleitung
Pulvermetallurgische Materialien werden in der modernen Industrie, insbesondere in der Automobilindustrie, im täglichen Bedarf, in Maschinen und Anlagen usw., immer häufiger eingesetzt., pulvermetallurgische Materialien haben einen großen Anteil eingenommen. Sie haben offensichtliche Vorteile beim Ersetzen von Gusseisenwerkstoffen mit geringer Dichte, geringer Härte und Festigkeit und werden dank der rasanten Entwicklung der Pulvermetallurgietechnologie allmählich bei der Anwendung von Präzisions- und komplexen Teilen mit hoher Härte, hoher Präzision und Festigkeit populär. Der Wärmebehandlungsprozess von vollständig dichtem Stahl war erfolgreich, aber bei der Wärmebehandlung von pulvermetallurgischen Materialien gibt es aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften von pulvermetallurgischen Materialien und des unterschiedlichen Wärmebehandlungsprozesses immer noch einige Mängel. Bei der technischen Erforschung von pulvermetallurgischen Werkstoffen durch verschiedene Gießerei- und Schmelzbetriebe, Warmschmieden, Pulverspritzgießen, heißisostatisches Pressen, Flüssigphasensintern, kombiniertes Sintern und andere Wärmebehandlungs- und Folgebehandlungsverfahren, bei den physikalischen und mechanischen Eigenschaften von pulvermetallurgischen Werkstoffen Defekte Während Der Verbesserung wurden bestimmte Effekte erzielt, die Festigkeit und Verschleißfestigkeit von pulvermetallurgischen Werkstoffen verbessert und der Anwendungsbereich der Pulvermetallurgie stark erweitert.
2. Wärmebehandlungsprozess von pulvermetallurgischen Materialien

Die Wärmebehandlung von pulvermetallurgischen Werkstoffen sollte nach ihrer chemischen Zusammensetzung und Korngröße bestimmt werden. Das Vorhandensein von Poren ist ein wichtiger Faktor. Die beim Pressen und Sintern von pulvermetallurgischen Werkstoffen gebildeten Poren verlaufen durch das gesamte Bauteil. Das Vorhandensein von Poren beeinflusst die Art der Wärmebehandlung. Und Wirkung.

Die Wärmebehandlung von pulvermetallurgischen Werkstoffen hat verschiedene Formen: Abschrecken, chemische Wärmebehandlung, Dampfbehandlung und spezielle Wärmebehandlung:

1. Abschreckender Wärmebehandlungsprozess

Aufgrund des Vorhandenseins von Poren ist die Wärmeübertragungsrate von pulvermetallurgischen Materialien niedriger als die von dichten Materialien, so dass die Härtbarkeit während des Abschreckens relativ schlecht ist. Außerdem ist während des Abschreckens die Sinterdichte des Pulvermaterials proportional zur Wärmeleitfähigkeit des Materials; Aufgrund des Unterschieds zwischen dem Sinterprozess und dem dichten Material ist die Gleichmäßigkeit der inneren Struktur des pulvermetallurgischen Materials besser als die des dichten Materials, es gibt jedoch einen kleineren mikroskopischen Bereich. Inhomogenität, daher ist die vollständige Austenitisierungszeit 50% länger als bei den entsprechenden Schmiedeteilen. Wenn Legierungselemente hinzugefügt werden, ist die vollständige Austenitisierungstemperatur höher und die Zeit länger.

Bei der Wärmebehandlung von pulvermetallurgischen Werkstoffen werden zur Verbesserung der Härtbarkeit einige Legierungselemente wie Nickel, Molybdän, Mangan, Chrom, Vanadium usw. verwendet. werden normalerweise hinzugefügt. Ihre Rolle ist die gleiche wie bei dichten Materialien, die Kristalle erheblich verfeinern können. Granulate erhöhen, wenn sie in Austenit gelöst sind, die Stabilität des unterkühlten Austenits, stellen die Austenitumwandlung während des Abschreckens sicher, erhöhen die Oberflächenhärte des Materials nach dem Abschrecken und erhöhen die Abschrecktiefe. Außerdem müssen die pulvermetallurgischen Werkstoffe nach dem Abschrecken angelassen werden. Die Temperaturregelung der Anlassbehandlung hat einen größeren Einfluss auf die Leistung der pulvermetallurgischen Werkstoffe. Daher sollte die Anlasstemperatur entsprechend den Eigenschaften verschiedener Materialien bestimmt werden, um den Effekt der Anlasssprödigkeit zu verringern. Allgemeine Materialien können in Luft oder Öl bei 175-250 ℃ für 0,5-1,0 Stunden angelassen werden.

2. Chemischer Wärmebehandlungsprozess

Die chemische Wärmebehandlung umfasst im Allgemeinen drei grundlegende Prozesse der Zersetzung, Absorption und Diffusion. Zum Beispiel ist die Reaktion der Aufkohlungswärmebehandlung wie folgt:
2CO≒[C]+CO2 (exotherme Reaktion)
CH4≒[C]+2H2 (endotherme Reaktion)

Nachdem der Kohlenstoff zersetzt ist, wird er von der Metalloberfläche absorbiert und diffundiert allmählich in das Innere. Nach Erreichen einer ausreichenden Kohlenstoffkonzentration auf der Oberfläche des Materials erhöht die Abschreckungs- und Anlassbehandlung die Oberflächenhärte und Härtungstiefe von pulvermetallurgischen Materialien. Aufgrund des Vorhandenseins von Poren in pulvermetallurgischen Materialien dringen Aktivkohleatome von der Oberfläche in das Innere ein, um den Prozess der chemischen Wärmebehandlung abzuschließen. Je höher jedoch die Materialdichte ist, desto schwächer ist der Porositätseffekt und desto weniger offensichtlich ist der Effekt der chemischen Wärmebehandlung. Daher sollte zum Schutz eine reduzierende Atmosphäre mit höherem Kohlenstoffpotential verwendet werden. Entsprechend den Poreneigenschaften von pulvermetallurgischen Materialien ist die Aufheiz- und Abkühlrate niedriger als die von dichten Materialien, daher sollte die Wärmeerhaltungszeit verlängert und die Erwärmungstemperatur beim Erhitzen erhöht werden.

Die chemische Wärmebehandlung von pulvermetallurgischen Werkstoffen umfasst verschiedene Formen wie Aufkohlen, Nitrieren, Schwefeln und Multielement-Co-Infiltration. Bei der chemischen Wärmebehandlung hängt die Härtungstiefe hauptsächlich von der Dichte des Materials ab. Daher können entsprechende Maßnahmen im Wärmebehandlungsprozess ergriffen werden, beispielsweise wenn die Materialdichte während des Aufkohlens größer als 7 g / cm3 ist, sollte die Zeit entsprechend verlängert werden. Chemische Wärmebehandlung kann die Verschleißfestigkeit des Materials verbessern. Der ungleichmäßige Austenitaufkohlungsprozess von pulvermetallurgischen Materialien kann dazu führen, dass der Kohlenstoffgehalt der Oberfläche des behandelten Materials mehr als 2% erreichen kann und die Karbide gleichmäßig auf der Oberfläche der aufgekohlten Schicht verteilt sind. , Kann die Härte und Verschleißfestigkeit verbessern.

3. Dampfbehandlung

Die Dampfbehandlung besteht darin, die Oberfläche des Materials durch Erhitzen von Dampf zu oxidieren, um einen Oxidfilm auf der Oberfläche des Materials zu bilden, wodurch die Leistung von pulvermetallurgischen Materialien verbessert wird. Insbesondere für den Korrosionsschutz auf der Oberfläche von pulvermetallurgischen Materialien ist die Gültigkeitsdauer offensichtlicher als die der Bläubehandlung, und die Härte und Verschleißfestigkeit der behandelten Materialien sind offensichtlich erhöht.

4. Spezielles Wärmebehandlungsverfahren

Spezielle Wärmebehandlungsverfahren sind das Produkt der technologischen Entwicklung der letzten Jahre, einschließlich Induktionserwärmungshärten, Laseroberflächenhärten usw. Das Induktionshärten steht unter dem Einfluss von hochfrequentem elektromagnetischem Induktionswirbelstrom, die Erwärmungstemperatur steigt schnell an und hat einen signifikanten Einfluss auf die Erhöhung der Oberflächenhärte, ist jedoch anfällig für Schwachstellen. Im Allgemeinen kann intermittierendes Erhitzen verwendet werden, um die Austenitisierungszeit zu verlängern; laser-Oberflächenhärtung Das Verfahren besteht darin, Laser als Wärmequelle zu verwenden, um die Metalloberfläche schnell aufzuheizen und abzukühlen, so dass die Unterstruktur innerhalb der Austenitkörner keine Zeit hat, sich zu erholen und zu rekristallisieren, um eine ultrafeine Struktur zu erhalten.

3. Analyse von Einflussfaktoren der Wärmebehandlung pulvermetallurgischer Werkstoffe

Die Porosität, die während des Sinterprozesses von pulvermetallurgischen Materialien erzeugt wird, ist ihre inhärente Eigenschaft und hat auch einen großen Einfluss auf die Wärmebehandlung, insbesondere auf die Beziehung zwischen der Änderung der Porosität und der Wärmebehandlung. Um die Dichte und Korngröße zu verbessern, haben die zugesetzten Legierungselemente auch einen gewissen Einfluss auf die Wärmebehandlung:

1. Die Auswirkung der Porosität auf den Wärmebehandlungsprozess

Während der Wärmebehandlung von pulvermetallurgischen Materialien hemmt eine schnelle Abkühlung die Diffusion und Umwandlung von Austenit in andere Strukturen, wodurch Martensit erhalten wird, und das Vorhandensein von Poren hat einen größeren Einfluss auf die Wärmeableitung des Materials. Durch die Wärmeleitfähigkeitsformel:
Wärmeleitfähigkeit = theoretische Wärmeleitfähigkeit von Metall × (1-2 × Porosität) / 100
Es ist zu erkennen, dass die Härtbarkeit mit zunehmender Porosität abnimmt. Andererseits beeinflussen Poren auch die Dichte des Materials, und die Auswirkung auf die Oberflächenhärte und Härtungstiefe des Materials nach der Wärmebehandlung hängt mit der Dichte zusammen, wodurch die Oberflächenhärte des Materials verringert wird. Darüber hinaus kann wegen der Existenz von Poren Salzwasser während des Abschreckens nicht als Medium verwendet werden, um Korrosion durch Restsalz zu vermeiden. Daher wird die Wärmebehandlung im Allgemeinen in einem Vakuum- oder Gasmedium durchgeführt.

2. Der Einfluss der Porosität auf die Oberflächenhärtungstiefe während der Wärmebehandlung

Der Wärmebehandlungseffekt von pulvermetallurgischen Materialien hängt mit der Dichte, Permeabilität (Härtbarkeit), Wärmeleitfähigkeit und dem elektrischen Widerstand des Materials zusammen. Die Porosität ist die Hauptursache für diese Faktoren. Wenn die Porosität 8% überschreitet, dringt das Gas schnell durch die Hohlräume. Im Falle des Aufkohlungshärtens verringert eine Erhöhung der Aufkohlungstiefe den Effekt der Oberflächenhärtung. Wenn die Infiltrationsrate des Aufkohlungsgases zu hoch ist, entstehen außerdem beim Abschrecken weiche Stellen, die die Oberflächenhärte verringern und das Material spröde und verformt machen.

3. Der Einfluss von Legierungsgehalt und -typ auf die pulvermetallurgische Wärmebehandlung