烧结钢烧结过程中的气氛控制及其对性能的影响(1)
【作 者】：于洋
【机 构】： Hgans AB,26354 Hgans,瑞典
【关键词】：烧结钢;;烧结气氛;;碳势;;氧分压
【摘 要】：烧结气氛的正确选择及其控制对烧结后部件的性能至关重要。这里所谓的控制主要是指对气氛中氧及碳浓度 (含量 )的控制 ,因为两者均对烧结的质量及其后部件的力学性能、烧结表面质量等具有决定性的作用。本文综述了PM钢烧结过程中所用的不同的烧结气氛 ,阐述不同气氛的作用及其影响 ,着重分析不同气氛中碳势及氧浓度的控制 ,并举例说明
【全 文】：
1 前言
粉末冶金的烧结过程主要要达到两个目的:其一,通过高温下金属的扩散产生的烧结颈将原来以机械方式压实的金属颗粒键合起来,形成一个金属实体。要实现这一过程,需要一个具有还原性的烧结气氛。这样,一方面可以将原来金属颗粒表面的氧化层还原,达到颗粒间金属 金属原子的接触及键合,另一方面可保证新建成的烧结颈不被因氧化而破坏。烧结过程第二个目的即是实现整个被烧结材料系统的合金化,因为该系统的合金元素大部分是以混粉(如石墨粉,铜粉,镍粉等等)的形式加到基体粉末之中的。烧结过程中各种金属元素间的相互扩散及在冷却过程中它们对相变的影响都需要有一个良好的烧结气氛作保证。比如烧结过程中经常出现的脱碳或渗碳的问题,主要取决于对烧结气氛中碳势的控制。气氛中的碳势低于混粉中的碳含量就会产生脱碳,反之气氛中的碳势高出混粉中的碳含量就会产生渗碳。这两种现象对烧结钢部件的质量及其性能都有重大的影响。除了上面所述的防止氧化,脱碳及渗碳的作用之外,烧结气氛还在烧结的过程之中起到如下的作用:
·保证在烧结炉的脱蜡区将压坯内所有的固体润滑剂除掉。
·清除吸附在金属粉末中的杂质。
·保证部件在烧结炉的冷却区不发生氧化。
·保证烧结炉内的气压永远高于炉外的大气压。
·当烧结炉的某一部分产生漏气(ｌｅａｋｉｎｇ)现象时缓冲炉内氧化的发生。
·保证大批量生产过程中所有部件的质量恒定。
·用同一烧结炉烧结不同合金系统的部件时,(在其之间)清洁炉内的杂质。
2 烧结炉中不同区域的烧结气氛
图1为某一带式烧结炉的结构示意图。按照功能及结构,该炉可被分为四个区域:1区为脱蜡区,2区为烧结区,3区为增碳区,4区为冷却区。
脱蜡区的温度一般在150～700℃之间,其目的是保证将压坯内所有的固体润滑剂除掉。由于固体润滑剂主要是由大分子的碳氢聚合物组成,当温度升至150～250℃之间时,这些固体聚合物首先熔成液态,其主要聚合链开始断裂而变成小分子的ＣｘＨｙ化合物。当温度继续升高时,这些小的ＣｘＨｙ分子开始液化并溢出压坯表面。为了防止这些气态的小ＣｘＨｙ分子进入烧结区,需要在脱蜡区将它们尽可能地全部烧掉。为此,脱蜡区的烧结气氛中应富有一定的氧含量(Ｏ2及Ｈ2Ｏ)而产生如下的反映(以ＣＨ4为例):
2ＣＨ4+3Ｏ22ＣＯ+4Ｈ2Ｏ
2Ｈ2Ｏ+ＣＨ4ＣＯ2+4Ｈ2
也就是说脱蜡区的气氛应具有一定的氧化性以保证所有的固体润滑剂被除掉。现在国外使用的许多带式烧结炉都具有快速脱蜡(ＲａｐｉｄＢｕｒｎ ｏｆｆ)功能,即有意向脱蜡区吹入适量的氧气(空气),并加大这一区域升温速度,其作用主要是快速而干净地将固体润滑剂在该区烧掉。此外,还应该注意烧结炉内气流的方向。正确的方向是气体从烧结区流入脱蜡区,这样可以防止脱蜡区中的小ＣｘＨｙ分子及富氧的Ｏ2或Ｈ2Ｏ进入烧结区而产生渗碳或碳黑的现象。
