金屬學(xué)基礎(chǔ)

鐵碳合金的基本組織

　?、賷W氏體：碳溶于r-Fe中的間隙式固溶體稱為奧氏體，常用A表示。3、清楚前處理時遺留的殘污，提高工件的光潔度，能使工件露出均勻一致的金屬本色，使工件外表更美觀，好看。因為面心立方晶格的r-Fe總的間隙量雖比a-Fe的小，但空隙半徑比較大，所以能溶較多的碳。碳在r-Fe中的溶解度隨溫度升高而增加，在727度時為0.77%，在1148度時達(dá)到峰值2.11%。

　　奧氏體塑性很好，強度和硬度也比鐵素體高。

　?、阼F素體：碳溶于a-Fe中的間隙式固溶體稱為鐵素體，常用F表示。3%，如果產(chǎn)品要求的公差很嚴(yán)格，MIM燒結(jié)件就需要二次加工，如CNC，數(shù)控車等，MIM的成本也趨向于增加，需要評估比較。因為體心立方晶格的a-Fe總的間隙量雖大，但是間隙半徑卻很小，所以碳在a-Fe中的溶解度很小，室溫下不超過0.005%，隨著溫度升高，溶解度略有增加，在727度時達(dá)到峰值，也僅有0.0218%。

　　鐵素體含碳量很低，其性能接近純鐵，是一種塑性、韌性高和強度、硬度低的組織。

　　③珠光體：鐵素體和滲碳體組成的機械混合物叫做珠光體，常用P表示。珠光體的平均含碳量為0.77%。近些年，國內(nèi)長三角地區(qū)通過對MIM技術(shù)的引入，隨著不斷地探索實踐，已經(jīng)成功運用到汽車零部件、3C數(shù)碼類、醫(yī)用器械、工具鎖類等多個熱門領(lǐng)域。其性能介于鐵素體和滲碳體之間。一般情況下，珠光體中鐵素體和滲碳體呈片狀交替分布，稱為片狀珠光體。通過熱處理可以使?jié)B碳體呈顆粒狀分布在鐵素體基體上，叫做球狀珠光體或粒狀珠光體。

　?、軡B碳體：滲碳體是鐵與碳的化合物，常用Fe3C表示。滲碳體的含碳量為6.69%，熔點約為1227度，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬度很高，脆性極大，幾乎沒有塑性。

　　一般來說，在鐵碳合金中，滲碳體越多，合金就越硬，越脆。

　?、蓠R氏體：鋼加熱到一定溫度（形成奧氏體）后經(jīng)迅速冷卻（淬火），得到的能使鋼變硬、增強的一種淬火組織，常用M表示,馬氏體是體心正方結(jié)構(gòu)。

　　馬氏體轉(zhuǎn)變速度極快，轉(zhuǎn)變時體積產(chǎn)生膨脹，在鋼絲內(nèi)部形成很大的內(nèi)應(yīng)力，所以淬火后的鋼絲需要及時回火，防止應(yīng)力開裂。

金屬注射成形（MIM）在電子行業(yè)中的應(yīng)用

電子儀器產(chǎn)業(yè)是MIM零件的主要應(yīng)用領(lǐng)域，在亞洲約占MIM零件銷售額的50%。電子器件的微型化需要生產(chǎn)成本較低的，性能較好的，更小的零件，這正是MIM零件的優(yōu)勢所在。[1]

MIM在中國的發(fā)展受益于電子行業(yè)（如手機產(chǎn)業(yè)等）的帶動，從2009年開始整個行業(yè)扶搖直上；尤其到2011年中后，更因為受蘋果與三星電子兩家的商品競爭，在手機裝置中大量采用MIM零件，是過去從未見到的熱潮。發(fā)黑處理現(xiàn)在常用的方法有傳統(tǒng)的堿性加溫發(fā)黑和出現(xiàn)較晚的常溫發(fā)黑兩種。以下舉例說明電子行業(yè)中的MIM產(chǎn)品。

智能手機

90年代，最廣為熟知的MIM應(yīng)用是BP機震動馬達(dá)的鎢合金振子。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，我國MIM從業(yè)人員不僅突破了技術(shù)封堵，并且研制開發(fā)大量的MIM產(chǎn)品，拓展了市場。2000年以后，不銹鋼系列開始廣泛應(yīng)用，如光纖接頭，消費電子類的hinge系列，手機按鍵，sim卡托槽等。近期MIM行業(yè)出現(xiàn)投資熱潮是由于MIM零件在手機行業(yè)廣泛應(yīng)用，以及3C行業(yè)的組裝工廠也在中國，投資門檻的降低，這都吸引了大量的資金流入。

根據(jù)市場情況，2015年僅國產(chǎn)手機零件（卡托、按鍵、鏡頭圈、LED圈、轉(zhuǎn)軸）達(dá)到16.5億，而且MIM產(chǎn)品的市場需求還會進一步的擴大。

光導(dǎo)纖維零件

圖5是由17-4PH不銹鋼制造的薄壁（壁厚小于1mm）、形狀復(fù)雜的光導(dǎo)纖維收發(fā)報機外罩，是用于網(wǎng)絡(luò)和電訊設(shè)備中的超高速收發(fā)報機并聯(lián)光學(xué)模件。這些薄壁的MIM外罩由4個薄支柱支承2條并聯(lián)的帶[1]。

其他典型電子行業(yè)MIM產(chǎn)品

在電子行業(yè)中諸如磁盤驅(qū)動器部件、電纜連接器、電子封裝件、手機振子、計算機打印頭等也常用MIM產(chǎn)品。

還原鐵粉已成為制造業(yè)無法替代的高等級材料

還原鐵粉是粉末冶金和軟磁感應(yīng)器件的基礎(chǔ)原料，其產(chǎn)品由于具有高度的可加工性，可以制成各種超薄、特異形狀器件，具有極強的抗沖擊、抗腐蝕、耐磨損和高強度特性，廣泛地應(yīng)用于汽車、機械、船舶、機車等領(lǐng)域，是單純靠熔煉制成的鋼鐵材料所無法替代的高等級材料。中性氣氛：中性氣氛主要包括氮氣、氨氣和真空，真空燒結(jié)能夠避免氣氛中的有害成分對粉末冶金零件造成污染等不利影響。

　　此外在變壓器磁芯、電感應(yīng)器件、優(yōu)質(zhì)焊條、靜電復(fù)印、化工、醫(yī)用、食品保鮮等行業(yè)的應(yīng)用也日趨廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高純鐵粉的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V，使用量也越來越大。

　　根據(jù)分析，還原鐵粉的原始材料是氧化鐵皮，主要是以四氧化三鐵存在的。在此背景下，下一代催化脫脂新技術(shù)-氣態(tài)草酸脫催化脂技術(shù)，開始出現(xiàn)在本次粉末冶金展，并且是由我國業(yè)者獨創(chuàng)的新技術(shù)。由于原本的利用氫氣還原產(chǎn)生的效果不是很好，所以改之為用隧道窯選用碳作為還原劑來還原產(chǎn)品，得到的還原效率還是比較高的，因此以碳作為還原劑在一次還原中進行脫氧處置，被廣泛的應(yīng)用。

　　由此可見，粉末冶金用還原鐵粉生產(chǎn)工序也是一種一次還原，因此一般都是選用碳即焦末作為還原劑進行還原，形成的為海綿鐵的半成品;形成置換海綿銅鐵粉，當(dāng)然這還不是最終的產(chǎn)品，還要對其進行破碎處理后再要進行二次還原，這時就可以用氫氣作為還原劑進行還原，得到我們想要的產(chǎn)品。②鐵素體：碳溶于a-Fe中的間隙式固溶體稱為鐵素體，常用F表示。

我國近十年來粉末冶金成形新技術(shù)綜述

粉末冶金是一項集材料制備與零件成形于一體，節(jié)能、節(jié)材、高效、最終成形、少污染的先進制造技術(shù)，在材料和零件制造業(yè)中具有不可替代的地位和作用，已經(jīng)進入當(dāng)代材料科學(xué)的發(fā)展前沿。

   目前粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、低成本方向發(fā)展，本文著重介紹幾種近十年來粉末冶金零件的成形新技術(shù)。

   一、溫壓技術(shù)

   溫壓技術(shù)是粉末冶金領(lǐng)域近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù)，可生產(chǎn)出高密度、高強度，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。所謂溫壓技術(shù)就是采用te制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng)，將加有特殊潤滑劑的預(yù)合金粉末和模具等加熱至130～150℃，并將溫度波動控制在±2．5℃以內(nèi)，然后和傳統(tǒng)粉末冶金工藝一樣進行壓制、燒結(jié)而制得粉末冶金零件的技術(shù)。并可通過PLC實時控制及記錄生產(chǎn)中的溫度、時間、粘度等相關(guān)數(shù)據(jù)。其技術(shù)關(guān)鍵：一是溫壓粉末制備，二是溫壓系統(tǒng)。

   與傳統(tǒng)工藝相比，溫壓成形的壓坯密度約有0.15～0.30g／cm3的增幅，其密度可達(dá)7.45g／cm3。在相同的壓制壓力下，溫壓材料的屈服強度比傳統(tǒng)工藝平均高11％，極限拉伸強度平均高13．5％，沖擊韌性可提高33％。軟金屬的粉末、不規(guī)則顆粒形狀或多孔性顆粒結(jié)構(gòu)的粉末都具有較高的生坯強度。另外，溫壓零件的生坯強度高，可達(dá)2O～30MPa，比傳統(tǒng)方法提高50—100％，不僅降低生坯搬運過程中的破損率而且能對生坯進行機加工，表面光潔度好。此外，溫壓工藝的壓制壓力低和脫模力小，同時零件性能均一，產(chǎn)品精度高，材料利用率高。

   溫壓工藝還有一個特點是工藝簡單，成本低廉。研究表明，假如一次壓制、燒結(jié)的普通粉末冶金工藝的成本為1.0，則粉末鍛造的相對成本為2.0，復(fù)壓復(fù)燒的相對成本為1.5，滲銅的相對成本為1.4，而溫壓技術(shù)的相對成本為1．25。目前，采用溫壓技術(shù)生產(chǎn)的粉末冶金零件已達(dá)200多種，零件重量在5—1200g。例如，德國SinterstahlGmbH公司用溫壓技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的摩擦傳動用同步齒環(huán)，在美國新奧爾蘭舉行的PM2TEC2001國際會議上獲獎。六、金屬拉絲拉絲：是通過研磨產(chǎn)品在工件表面形成線紋，起到裝飾效果的一種表面處理手段。該零件的齒部密度超過7.3g／cm，環(huán)體密度超過7.1g／cm，生坯強度達(dá)到28MPa。采用了擴散合金化的燒結(jié)硬壓粉末，zui低抗拉強度為850MPa。由于使用了溫壓技術(shù)和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38％。

   二、流動溫壓技術(shù)

   流動溫壓技術(shù)(Warm Flow Compaction，簡稱WFC)是在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合了金屬粉末注射成形工藝的優(yōu)點而提出來的一種新型粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)。其關(guān)鍵技術(shù)是提高混合粉末的流動性。PVD原理示意圖工藝流程:PVD前清洗→進爐抽真空→洗靶及離子清洗→鍍膜→鍍膜結(jié)束，冷卻出爐→后處理（拋光、AFP）。它通過提高了混合粉末的流動性、填充能力和成形性，從而可以在8O～130~C溫度下，在傳統(tǒng)壓機上精密成形具有復(fù)雜幾何外形的零件，如帶有與壓制方向垂直的凹槽、孔和螺紋孔等零件，而不需要其后的二次機加工。WFC技術(shù)既克服了傳統(tǒng)粉末冶金在成形復(fù)雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術(shù)的高成本，是一項極具潛力的新技術(shù)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

   WFC技術(shù)作為一種新型的粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)，其主要特點如下：(1)可成形具有復(fù)雜幾何形狀的零件；(2)壓坯密度高、密度均勻；(3)對材料的適應(yīng)性較好；(4)工藝簡單，成本低。