该材料是以碳钢粉末或合金钢粉末为主要原料,并采用粉末冶金方法制造成的金属材料或直接制成烧结结构零件。
这类材料制造结构零件的优点是:制品的精度较高、表面光洁(径向精度2~4级、表面粗糙度Ra=1.6~0.20),不需或只需少量切削加工。制品还可以通过热处理强化来提高耐磨性,主要用淬火+低温回火以及渗碳淬火+低温回火。制品多孔,可浸渍润滑油,改善磨擦条件,减少磨损,并有减振、消音的作用。
用碳钢粉末制造的合金,含碳量低的,可制造受力小的零件或渗碳件、焊接件。碳含量较高的,淬火后可制造要求有一定强度或耐磨的零件。用合金钢粉末制的合金,其中常有Cu、Mo、B、Mn、Ni、Cr、Si、P等合金元素。它们可强化基体,提高淬透性,加入铜还可提高耐蚀性。合金钢粉末合金淬火后ζb可达500~800MPa,硬度40~50HRC,可制造受力较大的烧结结构件,如液压泵齿轮、电钻齿轮等。
如制造长轴类、薄壳类及形状特别复杂的结构零件,则不适宜采用粉末合金材料。 3、烧结摩擦材料
机器上的制动器与离合器大量使用磨擦材料。它们都是利用材料相互间的摩擦力传递能量的,尤其是在制动时,制动器要吸收大量的动能,使摩擦表面温度急剧上升(可达1000℃左右),故摩擦材料极易磨损。因此,对摩擦材料性能的要求是:①较大的摩擦系数;②较好的耐磨性;③良好的磨合性、抗咬合性;④足够的强度,以能承受较高的工作压力及速度。
摩擦材料通常由强度高、导热性好、熔点高的金属(如用铁、铜)作为基体,并加入能提高摩擦系数的摩擦组分(如Al2O3、SiO2及石棉等),以及能抗咬合、提高减摩性的润滑组分(如铅、锡、石墨、二硫化钼等)的粉末冶金材料。因此,它能较好地满足使用性能的要求。其中铜基烧结磨擦材料常用于汽车、拖拉机、锻压机床的离合器与制动器。而铁基的多用于各种高速重载机器的制动器。与烧结摩擦材料相互摩擦的对偶件,一般用淬火钢或铸铁。
二、硬质合金
硬质合金是以碳化钨(WC)或碳化钨与碳化钛(TiC)等高熔点、高硬度的碳化物为基体,并加入钴(或镍)作为粘结剂的一种粉末冶金材料。
(一)硬质合金的性能特点
硬质合金的性能特点主要有以下两个方面:
1、硬度高、红硬性高、耐磨性好 由于硬质合金是以高硬度、高耐磨、极为稳定
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的碳化物为基体,在常温下,硬度可达86~93HRA(相当于69~81HRC),红硬性可达900~1000℃。故硬质合金刀具在使用时,其切削速度、耐磨性与寿命都比高速钢有显著提高。这是硬质合金最突出的优点。
2、抗压强度高 抗压强度可达6000MPa,高于高速钢,但抗弯强度较低,只有高速钢的1/3~1/2左右。硬质合金弹性模量很高,约为高速钢的2~3倍。但它的韧性很差,AK=2~4.8J,约为淬火钢的30%~50%。
3、具有良好的耐蚀性(抗大气、酸、碱等)与抗氧化性。
硬质合金主要用来制造高速切削刃具和切削硬而韧的材料的刃具。此外,它也用来制造某些冷作模具、量具及不受冲击、振动的高耐磨零件(如磨床顶尖等)。
与工具钢相比,使用硬质合金的优点是:
1、提高切削工具寿命5-80倍,量具寿命30-150倍,模具寿命50-100倍; 2、提高零件的表面加工质量;
3、使某些难加工材料的切削加工得以实现;
4、能制成某些耐高温或抗蚀性好的耐磨件,从而提高其在特殊恶劣条件下的工作寿命。
(二)常用的硬质合金
常用的硬质合金按成分与性能特点可分为三类,其代号、成分与性能如表6-19所示。 1、钨钴类硬质合金 它的主要化学成分为碳化钨及钴。其代号用“硬”、“钴”两字汉语拼音的字首“YG”加数字表示。数字表示钴的含量(质量分数×100)。例如YG6,表示钨钴类硬质合金,wCo=6%,余量为碳化钨。
2、钨钴钛类硬质合金 它的主要化学成分为碳化钨、碳化钛及钴。其代号用“硬”、“钛”两字的汉语拼音的字首“YT”加数字表示。数字表示碳化钛含量(质量分数×100)。例如YT15,表示钨钴钛类硬质合金,wTiC=15%,余量为碳化钨及钴。
硬质合金中,碳化物的含量越多,钴含量越少,则合金的硬度、红硬性及耐磨性越高,但强度及韧性越低。当含钴量相同时,YT类合金由于碳化钛的加入,具有较高的硬度与耐磨性。同时,由于这类合金表面会形成一层氧化钛薄膜,切削时不易粘刀,故具有较高的红硬性。但其强度和韧性比YG类合金低。因此,YG类合金适宜加工脆性材料(如铸铁等),而YT类合金则适宜于加工塑性材料(如钢等)。同一类合金中,含钴量较高者适宜制造粗加工刃具,反之,则适宜制造精加工刃具。
3、通用硬质合金 它是以碳化钽(TaC)或碳化铌(NbC)取代YT类合金中的一部
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分TiC。在硬度不变的条件下,取代的数量越多,合金的抗弯强度越高。它适用于切削各种钢材,特别对于不锈钢、耐热钢、高锰钢等难于加工的钢材,切削效果更好。它也可代替YG类合金加工铸铁等脆性材料,但韧性较差,效果并不比YG类合金好。通用硬质合金又称“万能硬质合金”,其代号用“硬”、“万”两字的汉语拼音的字首“YW”加顺序号表示。
以上硬质合金的硬度很高,脆性大,除磨削外,不能进行一般的切削加工,故冶金厂将其制成一定规格的刀片供应。使用前采用焊接、粘接或机械固紧的办法将它们固紧在刀体或模具体上。
切削加工用硬质合质按其切屑排出形式和加工对象的范围分P、M、K三类。 P-适用于加工长切屑的黑色金属,以蓝色作标志,相当于YT类;
M-适用于加工长或短切屑的黑色金属和有色金属。以黄色作标志,相当于YW类; K-适用于加工短切屑的黑色金属和有色金属及非金属材料,以红色作标志,相当于YG类。
(三)钢结硬质合金
近年来,用粉末冶金法还生产了另一种新型工模具材料——钢结硬质合金。其主要化学成分是碳化钛或碳化钨以及合金钢粉末。它与钢一样可进行锻造、热处理、焊接与切削加工。它在淬火低温回火后,硬度达70HRC,具有高耐磨性、抗氧化及耐腐蚀等优点。用作刃具时,钢结硬质合金的寿命与YG类合金差不多,大大超过合金工具钢,如用作高负荷冷冲模时,由于具有一定韧性,寿命比YG类提高很多倍。由于它可锻造、热处理、切削加工,故适宜制造各种形状复杂的刃具、模具与要求刚度大、耐磨性好的机械零件,如镗杆、导轨等。代号、成份及性能见表6-21。
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