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(chēng)為奧氏體，常用A表示。因?yàn)槊嫘牧⒎骄Ц竦膔-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。中性氣氛：中性氣氛主要包括氮?dú)狻睔夂驼婵?，真空燒結(jié)能夠避免氣氛中的有害成分對(duì)粉末冶金零件造成污染等不利影響。碳在r-Fe中的溶解度隨溫度升高而增加，在727度時(shí)為0.77%，在1148度時(shí)達(dá)到峰值2.11%。

　　奧氏體塑性很好，強(qiáng)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(chēng)為鐵素體，常用F表示。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。因?yàn)轶w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(guò)0.005%，隨著溫度升高，溶解度略有增加，在727度時(shí)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(qiáng)度、硬度低的組織。

　?、壑楣怏w：鐵素體和滲碳體組成的機(jī)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(guó)內(nèi)長(zhǎng)三角地區(qū)通過(guò)對(duì)MIM技術(shù)的引入，隨著不斷地探索實(shí)踐，已經(jīng)成功運(yùn)用到汽車(chē)零部件、3C數(shù)碼類(lèi)、醫(yī)用器械、工具鎖類(lèi)等多個(gè)熱門(mén)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(chēng)為片狀珠光體。通過(guò)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(diǎn)約為1227度，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬度很高，脆性極大，幾乎沒(méi)有塑性。

　　一般來(lái)說(shuō)，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(qiáng)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(shí)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(shí)回火，防止應(yīng)力開(kāi)裂。

金屬粉末注射成型工作原理

金屬粉末注射成型技術(shù)的工作原理金屬粉末注射成型技術(shù)是將現(xiàn)代塑料噴射成形技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域而形成的一門(mén)新型粉末冶金近凈形成形技術(shù)。

其基本工藝過(guò)程是：首先將固體粉末與有機(jī)粘結(jié)劑均勻混練，經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(~150℃)用噴射成形機(jī)注入模腔內(nèi)固化成形，然后用化學(xué)或熱分解的方法將成形坯中的粘結(jié)劑脫除，最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品。

金屬粉末注射成型技術(shù)工藝與傳統(tǒng)工藝相比，具有精度高、組織均勻、性能優(yōu)異，生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子信息工程、生物醫(yī)用器械、辦公設(shè)備、汽車(chē)、機(jī)械、五金、體育器械、鐘表業(yè)、兵工及航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。施加壓力使接觸面積增大，不管顆粒形狀和表面粗糙度如何，這種接觸面積大體上正比于施加的壓力。因此，國(guó)際上普遍認(rèn)為該技術(shù)的發(fā)展將會(huì)導(dǎo)致零部件成形與加工技術(shù)的一場(chǎng)革命，被譽(yù)為“當(dāng)今最熱門(mén)的零部件成形技術(shù)”和“21世紀(jì)的成形技術(shù)”。

AIM工藝簡(jiǎn)介及AIM生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

MIM和CIM是粉末注射成形工藝的兩大分支。其中MIM是發(fā)展最早也最成熟的一個(gè)分支，被稱(chēng)為21世界最熱門(mén)的零部件成形技術(shù)，它也的確沒(méi)有辜負(fù)這樣一個(gè)榮譽(yù)，其產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展和壯大，并擁有了專(zhuān)門(mén)的金屬注射成形生產(chǎn)設(shè)備。工藝流程：技術(shù)特點(diǎn)：提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度，得到光滑表面或鏡面光澤，同時(shí)也可消除光澤。現(xiàn)在粉末注射成型工藝一出現(xiàn)第三大分支：AIM，即鋁合金注射成型。近年來(lái)，隨著金屬注射成形工藝的不斷成熟和普及，人們也越來(lái)越關(guān)注鋁合金這種具有優(yōu)異功能的特殊復(fù)合金屬，因鋁合金種類(lèi)繁多，性質(zhì)差異較大，表面極易被氧化的特點(diǎn)，其在注射成形方面與普通金屬或合金要求是不同的，于是才會(huì)出現(xiàn)專(zhuān)門(mén)的AIM——鋁合金注射成形。

任何一個(gè)工藝要想發(fā)展，形成一種產(chǎn)業(yè)，必須要通過(guò)生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)和升級(jí)來(lái)為企業(yè)提高生產(chǎn)效率，AIM也不例外，zui初它是沒(méi)有專(zhuān)用的設(shè)備的，傳統(tǒng)粉末冶金和注塑行業(yè)通用生產(chǎn)設(shè)備以及金屬注射成形專(zhuān)用設(shè)備的都曾被用于該工藝中?！畋砻娲植诙缺砻娲植诙确磻?yīng)了粉末顆粒的大小，然而不像其他競(jìng)爭(zhēng)的工藝，可控的織構(gòu)可能對(duì)成本沒(méi)有什么影響。但是它有其獨(dú)特的原料特點(diǎn)，那些非專(zhuān)用生產(chǎn)設(shè)備都無(wú)法很好滿(mǎn)足其正常生產(chǎn)需要，即使勉強(qiáng)可以使用制品的質(zhì)量也大打折扣。

AIM生產(chǎn)設(shè)備(主要是混煉造粒設(shè)備和注射設(shè)備)的研究是近幾年才開(kāi)始的，因?yàn)殇X合金注射成形技術(shù)是非常先進(jìn)的一門(mén)技術(shù)，國(guó)內(nèi)對(duì)其研究也是剛剛開(kāi)始，目前南京科技大學(xué)對(duì)此領(lǐng)域研究較早較多并已經(jīng)取得一定研究成果，在領(lǐng)域的水平可以達(dá)到世界前三。分解氨是液氨經(jīng)熱分解后獲得的由氫和氮組合的混合氣體，在粉末冶金中即可作為還原劑，也用來(lái)作為燒結(jié)氣氛，除了某些含有氮成分的制品因與該氣氛產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)不能采用這種氣氛燒結(jié)以外，大多數(shù)的金屬都可采用這種氣氛來(lái)燒結(jié)。由于鋁合金粉末的摩擦系數(shù)比普通金屬粉末和陶瓷粉末都要小，因此就混煉設(shè)備和注射設(shè)備來(lái)講，原則上是可以與其共用的。

隨著AIM企業(yè)對(duì)生產(chǎn)效率和設(shè)備自動(dòng)化，加工連續(xù)化程度以及設(shè)備性能等要求的提高，專(zhuān)業(yè)的鋁合金注射成形混煉機(jī)、造粒機(jī)及注射機(jī)的研究開(kāi)始被眾多機(jī)械設(shè)備制造商提上日程。

目前國(guó)內(nèi)已有少數(shù)幾家機(jī)械設(shè)備制造商通過(guò)與高等院校合作的方式，在AIM專(zhuān)用生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)方面取得了初步的成效，并在一些企業(yè)開(kāi)始試用，其功能和特性還有待在以后的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷摸索和改進(jìn)，相信隨著科技不斷進(jìn)步，這些生產(chǎn)設(shè)備也會(huì)朝著智能化、環(huán)保化、自動(dòng)化發(fā)展。下表列出了幾種主要MIM粘結(jié)劑體系的優(yōu)缺點(diǎn)：熱塑性粘結(jié)劑一般由高分子聚合物、低分子物質(zhì)以及必要的添加劑組成（石蠟基粘結(jié)劑、油基粘結(jié)劑等分類(lèi)是根據(jù)低分子物質(zhì)來(lái)區(qū)分的）。

粉末微注射成形技術(shù)

近年來(lái)，微系統(tǒng)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展非常迅速，同時(shí)也對(duì)應(yīng)用于微型工程中的三維微型復(fù)雜元器件的制造提出了更高的要求，希望微型器件在具備滿(mǎn)足使用要求性能的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。微系統(tǒng)中主要的元器件包括微型模具、用于傳感器和jia速器上的微型機(jī)械結(jié)構(gòu)、生物傳感器、微型流體元件、微型反應(yīng)器等。②、調(diào)整工件的機(jī)械性能，工件淬火后，硬度高，脆性大，為了滿(mǎn)足各種工件不同的性能要求，可以通過(guò)回火來(lái)調(diào)整，硬度，強(qiáng)度，塑性和韌性。這些元器件形狀復(fù)雜、體積微小，采用現(xiàn)有的微型加工技術(shù)如微型切削、激光切削、硅刻蝕技術(shù)等，生產(chǎn)效率低，無(wú)法開(kāi)展大規(guī)模生產(chǎn)，而近年來(lái)在粉末注射成形基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的粉末微注射成形工藝為實(shí)現(xiàn)微型元器件規(guī)模化生產(chǎn)提供了zui具潛力的制備技術(shù)。

　　粉末微注射成形技術(shù)是指針對(duì)尺寸小于1微米的零件在傳統(tǒng)粉末注射成形技術(shù)基礎(chǔ)上所開(kāi)發(fā)的一種成形技術(shù)，主要應(yīng)用于連續(xù)制造具有微觀結(jié)構(gòu)表面與微型結(jié)構(gòu)的零件，其基本工藝步驟與傳統(tǒng)的粉末注射成形基本相同，所制備零件的表面質(zhì)量與孔隙度可通過(guò)選擇原始粉末與適宜的燒結(jié)條件來(lái)控制。與傳統(tǒng)粉末注射成形不同的是，粉末微注射成形為了便于制造微小結(jié)構(gòu)，所選擇的粉末平均粒徑一般小于1~2微米;其次，由于粉末比表面積增大，需要粘度較低但有足夠強(qiáng)度的粘結(jié)劑，以利于微注射成形并避免生坯件脫模時(shí)損壞。這些強(qiáng)項(xiàng)，使其在電子數(shù)碼產(chǎn)品、手表、手工工具、牙齒矯正支架、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)零件、電子密封件、切削工具及運(yùn)動(dòng)器械中得到了大量的應(yīng)用。另外，為了防止變形、裂紋及氣泡的產(chǎn)生，微注射成形技術(shù)對(duì)脫脂和燒結(jié)的工藝條件更加苛刻。

　　目前，國(guó)際上開(kāi)展該技術(shù)研究的主要國(guó)家有德國(guó)、日本、新加坡、美國(guó)和英國(guó)。其中，德國(guó)開(kāi)展并取得了突出的成果。三、空氣氣氛：這種燒結(jié)氣氛主要是在燒結(jié)爐內(nèi)通過(guò)一定空氣氣體，也可以看作是在常壓狀態(tài)下燒結(jié)，一般在金屬?gòu)?fù)合材料和陶瓷材料的燒結(jié)制品中應(yīng)用。國(guó)內(nèi)的北京科技大學(xué)、中南大學(xué)以及大連理工大學(xué)也在該領(lǐng)域進(jìn)行了一系列研究工作。如北京科技大學(xué)研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、適用于傳統(tǒng)注射成形機(jī)的粉末微注射成形用模具;并以羰ji鐵粉和鐵鎳合金粉為原料，在傳統(tǒng)注射成形機(jī)上成功實(shí)現(xiàn)了粉末微注射成形齒頂圓直徑小于1毫米的微型齒輪。