金屬學基礎

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)品要求的公差很嚴格，MIM燒結件就需要二次加工，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。

　?、壑楣怏w：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。

　　④滲碳體：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，晶體結構復雜，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。

　　⑤馬氏體：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構。

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

金屬注射成形（MIM）在電子行業(yè)中的應用

電子儀器產(chǎn)業(yè)是MIM零件的主要應用領域，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應用是BP機震動馬達的鎢合金振子。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、轉軸）達到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）、形狀復雜的光導纖維收發(fā)報機外罩，是用于網(wǎng)絡和電訊設備中的超高速收發(fā)報機并聯(lián)光學模件。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器件的基礎原料，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，廣泛地應用于汽車、機械、船舶、機車等領域，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、電感應器件、優(yōu)質(zhì)焊條、靜電復印、化工、醫(yī)用、食品保鮮等行業(yè)的應用也日趨廣泛。隨著科學技術的發(fā)展，高純鐵粉的應用領域?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-氣態(tài)草酸脫催化脂技術，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。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，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)進入當代材料科學的發(fā)展前沿。

   目前粉末冶金技術正向著高致密化、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。

   一、溫壓技術

   溫壓技術是粉末冶金領域近幾年發(fā)展起來的一項新技術，可生產(chǎn)出高密度、高強度，具有非常廣泛的應用前景。所謂溫壓技術就是采用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、燒結而制得粉末冶金零件的技術。并可通過PLC實時控制及記錄生產(chǎn)中的溫度、時間、粘度等相關數(shù)據(jù)。其技術關鍵：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構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，復壓復燒的相對成本為1.5，滲銅的相對成本為1.4，而溫壓技術的相對成本為1．25。目前，采用溫壓技術生產(chǎn)的粉末冶金零件已達200多種，零件重量在5—1200g。例如，德國SinterstahlGmbH公司用溫壓技術生產(chǎn)復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，生坯強度達到28MPa。采用了擴散合金化的燒結硬壓粉末，zui低抗拉強度為850MPa。由于使用了溫壓技術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

   流動溫壓技術(Warm Flow Compaction，簡稱WFC)是在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎上，結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。其關鍵技術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技術既克服了傳統(tǒng)粉末冶金在成形復雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術的高成本，是一項極具潛力的新技術，具有非常廣闊的應用前景。

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