粉末冶金制品水蒸汽处理工艺的一些探讨
粉末冶金制品水蒸汽处理工艺的一些探讨
李晓东蒋叶琴刘振华
（上海汽车股份有限公司粉末冶金厂上海２０００７２）
摘要：水蒸汽处理可以有效提高铁基粉末冶金零件的力学和耐腐蚀性能，在生产中得到了广泛应用。对于蒸汽处理零件，零件密度和蒸汽处理工艺对处理效果有较大影响，同时一些烧结后工序如整形、振动去毛刺、喷丸、磨加工等由于会使烧结后坯件的孔隙细化甚至部分孔隙完全封闭，从而对蒸汽处理产生～些不利影响，因此有必要对这些方面的影响进行一些研究和探讨，从而根据不同的前期工艺路线来选择和制定合适的蒸汽处理工艺。
关键词：粉末冶金；蒸汽处理
１、引言
对铁基粉末冶金材料来说，由于其组织内含有一定的孔隙，所以和成分相同的致密材料相比，具有硬度低、耐腐蚀性与气密性差等特点，对其进行蒸汽处理后，会在其表面生成一种硬且致密、与铁基体牢固粘结的以Ｆｅ３０４为主体的氧化层，从而可以较大地提高烧结铁基材料的硬度、抗压强度、耐锈蚀性、耐磨性以及气密性等性能指标，并且在用做封口处理时，其成本大约只有渗铜的１５％，浸塑料的３０％，比较经济，因此在铁基粉末冶金领域得到了广泛应用，尤其是在密度介于５．４～７．０９／ｃｍ３（６８—８９％理论密度）的零件中应用最为普遍。而对于密度高于７．０ｇ／ｃｍ３的粉末冶金零件，一般认为只能提高零件的耐腐蚀性能，对力学性能的影响不大。
２、实验方法
由于在生产中，客户对蒸汽处理后零件的硬度、气密性等要求较多，在这里以硬度作为主要的评判指标。具体方法为：在批量生产中连续抽取１６件样坯（分别编号为ｌ～１６），同时同炉进行烧结（烧结温度１１２０。Ｃ，时间３０分钟，烧结后密度６．９＋－＿０．０３ｇ／ｃｍ３）、称重，零件分为４组，如表１所示，处理工艺分别如图１所示，处理过程中的蒸汽压力均保持在３０４－４ＫＰａ之间。蒸汽处理后对这些坯件的增重率、硬度进行横行和纵向比较，分析整形、振动去毛刺对蒸汽处理效果的影响情况。
表１实验分组对应情况
３、实验结果及分析
表２为Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ四组实验蒸汽处理后的相关数据，从中可以看出，无论是采用～段还是两段蒸汽处理工艺，蒸汽处理后烧结件的增重率均要比整形、．振动去毛刺件的大，这主要是因为坯件在整形、振动去毛刺后其中的一部分开孔隙会被封闭或细化，这样在蒸汽处理时除了已被封闭的孔隙外，那些被细化的孔隙也会比较快的被封闭掉，从而阻碍反应向更深入部位进行，最终就使得其增重率要比烧结件的小。
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（１）两段蒸汽处理（２）一段蒸汽处理
图１蒸汽处理工艺曲线
表２不同状态坯件在不同蒸汽处理条件下的增重率及硬度
注：表中数据为四个处理件的平均值，并且在打硬度（同一部位）时剔除了那些明显偏大或偏小的数据。
对于采用两段蒸汽处理工艺的坯件来说，由于先在５００℃下蒸汽处理１．５ｈ后再升高到５６０℃进行处理，而５００℃下的反应速度要比５６０℃的缓和的多，这样即使对于整形、振动件这样有封孔作用的坯件来说也可以使蒸汽在此温度下有充分时间与之反应而又不至使孔隙堵塞，使反应能够在比较深入的部位进行，这样就使得烧结件和整形、振动件均有较大的增重率并且相差不大，之所以整形、振动件的增重率较低，而硬度反而更高，可能与其经过整形、振动处理后密度稍有增加有关。
而对于采用一段蒸汽处理的坯件来说，由于蒸汽处理在５６０℃进行，反应速度较快，这样就使得整形、振动件中细化的孔隙很快被封闭掉，使反应仅在坯件较浅部位进行，生成的氧化膜很薄，与烧结件相比，由于烧结件的孔隙较大，即使反应比较快也不会在短时间内将孔隙封闭掉，反应仍然可以在较深部位进行，这样就使得一段蒸汽处理后，烧结件的增重率和硬度明显要比整形、振动件的大的多。
经过一段升温处理时，整形、振动件的快速封孔作用从其与两段升温的整形、振动件蒸汽处理后的增重率、硬度的比较上来看更为明显，从表中数据可以看出，处理后两者的增重率相差０．８５％，硬度相差了７．９ＨＲＢ之多。因此，对于有整形、振动件这种有封孔作用的坯件来说，应该在处理的前期采用较低的蒸汽处理温度以防止其孔隙的快速封闭，使反应仅停留在表面较浅部位。
４、结论
１．对同种坯件来说，采用两段升温蒸汽处理较一段升温处理其增重率更大，相应的硬度也更高。２．对烧结件来说，采用一段升温和两段升温进行蒸汽处理时其增重率及硬度相差不太大，但对于烧结后进行整形、振动去毛刺、磨加工等有封孔作用处理的坯件来说，两段升温处理较一段升温处理的增重率及硬度明显要大的多。因此对于那些烧结后有封孔处理的坯件当硬度、气密性等要求高时，应采用两段升温处理方式为好。