金屬基體快速凝固

具有細(xì)分非金屬相分散的金屬多年來(lái)一直被認(rèn)為是提供通過(guò)沉淀硬化產(chǎn)生的強(qiáng)化，而沒(méi)有隨著溫度升高而進(jìn)入溶液的缺點(diǎn)，從而限制了工作溫度。

已經(jīng)開(kāi)發(fā)了獲得非常精細(xì)的非金屬相分散體的程序，并且金屬基復(fù)合材料（MMC）現(xiàn)在被稱為此類材料，代表了在尋找改進(jìn)材料（即具有更好的機(jī)械性能，特別是在高溫下）方面向前邁出的重要一步。

粉末冶金是生產(chǎn)這種復(fù)合材料的最重要途徑。

在迄今為止發(fā)展的大多數(shù)情況下，強(qiáng)化相是通常由另一種金屬和術(shù)語(yǔ)ODS-氧化物分散強(qiáng)化的穩(wěn)定氧化物，在日常使用中。

有許多不同的工藝可用于生產(chǎn)所需的非常精細(xì)的分散體：

1. 在一個(gè)過(guò)程中，基體金屬與形成穩(wěn)定氧化物的金屬的合金在大氣中加熱，該氣氛還原為基體金屬，但氧化成第二種金屬。

2. 后者被轉(zhuǎn)化為均勻分布在整個(gè)基質(zhì)中的氧化物。

3. 在貴金屬的情況下 - 可以使用空氣中的Ag，Pt等加熱，并且現(xiàn)在廣泛使用由銀組成的一系列電接觸材料，例如Cd氧化物，Sn氧化物和/或In oxide分散體。

4. 該過(guò)程稱為內(nèi)部氧化，這是由于氧氣通過(guò)銀晶格擴(kuò)散而發(fā)生的，并且具有較大的截面，這是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。

5. 但是，如果使用粉末，則需要相對(duì)較短的氧化周期，以便內(nèi)部氧化粉末的壓制和燒結(jié)是最佳程序。在這種情況下，目的不是提高強(qiáng)度，而是提高電性能，即接觸焊接的電阻。

6. 在其他情況下，有時(shí)以鹽的形式將基質(zhì)金屬與具有更穩(wěn)定的氧化物的金屬鹽溶液混合，并在氣氛中加熱混合物，該氣氛還原為基質(zhì)金屬但氧化成第二金屬。

7. ODS鉑和鎢就是以這種方式制造的。

8. 其他復(fù)合材料使用纖維或晶須作為增強(qiáng)劑。

9. 機(jī)械合金化是一種相對(duì)較新的工藝，代表了非常高溫應(yīng)用的材料向前邁出的重要一步，特別是用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)。

10. 該過(guò)程涉及長(zhǎng)時(shí)間研磨金屬粉末和耐火材料的混合物，通常在三角體中，在此期間耐火顆粒被分解并摻入金屬中。

11. “合金”粉末隨后被壓實(shí)，燒結(jié)，通常通過(guò)擠壓或熱軋鍛造。

12. 以這種方式制造的高溫合金現(xiàn)已投入使用，機(jī)械合金鋁合金正在試驗(yàn)中。

13. 在鋁的情況下，另一種機(jī)械合金是通過(guò)類似的銑削工藝制成的，從鋁粉和石墨的混合物開(kāi)始，在銑削過(guò)程中將其作為碳化鋁摻入金屬中。

    
    

另一類開(kāi)始產(chǎn)生影響的鍛造燒結(jié)材料是基于顆粒材料 - 粉末或切碎的帶狀 - 這些材料已經(jīng)以非常高的速率固化和冷卻，從而產(chǎn)生亞穩(wěn)非平衡微觀結(jié)構(gòu) 。

它們可以是微晶的或無(wú)定形的。

該工藝只適用于某些合金，一個(gè)重要的特點(diǎn)是基體金屬在固溶體中能保持遠(yuǎn)高于合金元素的平衡百分比。

如果致密化和機(jī)械工作在足夠低的溫度下進(jìn)行以避免破壞非平衡結(jié)構(gòu)，則可以顯著增強(qiáng)機(jī)械性能。

鋁，鈦和鎂合金的一項(xiàng)重大開(kāi)發(fā)計(jì)劃正在進(jìn)行中，希望它們?cè)陲w機(jī)結(jié)構(gòu)中的使用將顯著減輕重量并增加有效載荷。

粉末冶金工藝步驟——粉末鍛造

粉末鍛造生產(chǎn)全致密的粉末冶金鋼零件，例如寶馬V8發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的汽車連桿。

傳統(tǒng)粉末冶金零件的生產(chǎn)以明顯快于工程生產(chǎn)的總體增長(zhǎng)速度增長(zhǎng)，當(dāng)它最初在20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)時(shí)，粉末鍛造或燒結(jié)鍛造預(yù)計(jì)將從根本上改變粉末冶金行業(yè)的規(guī)模。

工藝 在該工藝中，將粉末坯料壓制成鍛造坯料和所需成品零件之間的簡(jiǎn)單形狀。

這種緊湊型稱為預(yù)制棒，經(jīng)過(guò)燒結(jié)，然后在封閉的模具中熱鍛成成品尺寸和形狀。

所涉及的變形量足以使最終密度非常接近固體金屬的密度，因此，機(jī)械性能與鍛造棒材鍛造的材料相當(dāng)。

優(yōu)點(diǎn) 事實(shí)上，它們?cè)谀承┓矫婵赡芨鼉?yōu)越，因?yàn)闊Y(jié)鍛造部分沒(méi)有方向性，成分方面具有更大的均勻性，微觀結(jié)構(gòu)更精細(xì)，并且不存在由鑄鐵制成的鍛件中可能產(chǎn)生的鑄錠缺陷引起的內(nèi)部不連續(xù)性。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于對(duì)所用粉末量進(jìn)行精確計(jì)量，可以實(shí)現(xiàn)尺寸一致性。

限制 在商業(yè)規(guī)模上可以成功生產(chǎn)的鋼成分存在局限性。

粉末鍛造的生產(chǎn)成本通常高于常規(guī)鑄造或鍛造，這主要是由于原材料和模具的高價(jià)格。然而，粉末鍛造的高精度可顯著節(jié)省加工成本，從而節(jié)省加工操作的投資。

對(duì)于粉末鍛造連桿來(lái)說(shuō)，情況尤其如此，這些連桿由于其更高的尺寸精度，更高的動(dòng)態(tài)性能，更平穩(wěn)的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行以及顯著的成本節(jié)約而在世界各地越來(lái)越受歡迎。

北美，日本和歐洲的許多公司現(xiàn)在都有大型粉末鍛造裝置，主要用于為汽車行業(yè)生產(chǎn)零件。此類零件可以具有內(nèi)部和外部花鍵形式、凸輪形式以及其他需要大量加工的形式。除了眾所周知的連桿外，其他應(yīng)用還包括軸承座圈、扭矩轉(zhuǎn)換器輪轂和齒輪。

含有易氧化元素（如鉻和錳）的鋼 - 碰巧也是更便宜的強(qiáng)化元素 - 不能輕易使用，但是已經(jīng)開(kāi)發(fā)了特殊成分，通常含有合金元素，鎳和鉬，其氧化物在燒結(jié)氣氛中被還原。

粉末鍛造鋼部件可以像鍛鋼一樣進(jìn)行熱處理。

粉末冶金工藝步驟——粉末軋制

該術(shù)語(yǔ)適用于現(xiàn)在在工業(yè)規(guī)模上建立的工藝，其中金屬粉末連續(xù)地送入可以加熱的軋機(jī)中，并在輥?zhàn)又g壓實(shí)成帶材。

然后將該帶材通過(guò)燒結(jié)爐并重新軋制至成品尺寸。

一般來(lái)說(shuō)，與軋制鑄坯生產(chǎn)的帶鋼相比，該產(chǎn)品沒(méi)有任何優(yōu)勢(shì)，盡管在某些情況下可以證明優(yōu)越的均勻性，并且沒(méi)有由鑄錠缺陷引起的層壓。

主要優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)，并取決于以下特點(diǎn)：

粉末軋制是經(jīng)濟(jì)的，因此特別是在金屬在提取過(guò)程中直接作為粉末廉價(jià)生產(chǎn)的情況下，例如鎳，以及在快速加工硬化的材料的情況下，因此，在減少軋制板坯（例如不銹鋼）期間需要許多中間退火和酸洗操作。

通過(guò)粉末軋制生產(chǎn)少量特殊材料，用于以下應(yīng)用

作為鈷或鎳基合金帶材進(jìn)行焊接，

鎳鐵帶材，用于受控膨脹性能，

用于電子產(chǎn)品的特殊銅鎳錫合金，

用于堿性電池和燃料電池電極、復(fù)合軸承等的多孔鎳帶