上海粉末冶金及硬质合金展览会

以金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）为原料，经过压制成型及烧结，所制成的合金称为粉末合金，这种生产过程称为粉末冶金法。

5.4.1 粉末冶金工艺简介

粉末冶金工艺过程包括制粉、筛分与混合、压制成型、烧结及后处理等几个工序。

1.制粉

制粉通常用以下几种方法将原料破碎成粉末：机械破碎法，如用球磨机粉碎金属原料；熔融金属的气流粉碎法，如用压缩空气流、蒸汽流或其他气流将熔融金属粉碎；氧化物还原法，如用固体或气体还原剂把金属氧化物还原成粉末；电解法，在金属盐的水溶剂中电解沉积金属粉末。

2.筛分与混合

筛分与混合的目的是使粉料中的各组元均匀化。在各组元密度相差较大且均匀程度要求较高的情况下常用湿混，即在粉料中加入液体，以改善粉末的成型性和可塑性，如可在粉料中加汽油橡胶液或石蜡等增塑剂等，常用于硬质合金的生产。

3.压制成型

成型的目的是将松散的粉料通过压制或其他方法制成具有一定形状、尺寸的压坯。常用的成型方法为模压成型，它是将混合均匀的粉末装入压模中，然后在压力机上压制成型。

4.烧结

压坯只有通过烧结，使孔隙减少或消除，增大密度，才能成为“晶体结合体”，从而具有一定的物理性能和力学性能。烧结是在保护性气氛（煤气、氢等）的高温炉或真空炉中进行的。

5.后处理

烧结后的大部分制品即可直接使用，当要求密度、精度高时，可进行最后复压加工，称为精整；有的需经浸渍，如含油轴承；有的需要热处理和切削加工等。

5.4.2 粉末冶金的特点与应用

（1）粉末冶金法能生产多种具有特殊性能的金属材料。粉末冶金法能生产具有一定孔隙度的多孔材料产品，如过滤器、多孔含油轴承；耐磨的制动器与离合器；生产熔炼法不能生产的电接触材料；硬质合金、金刚石与金属组合材料；各种金属陶瓷磁性材料；生产钨、钼、钽、铌等难熔金属材料和高温金属陶瓷等。近年来，还用粉末冶金法生产高速钢，可以避免碳化物偏析，比熔炼高速钢性能好。

（2）用粉末冶金法制造机器零件是一种少切削、无切削的新工艺。过去，粉末冶金法主要用来制造各种衬套和轴套，现在逐渐发展到制造其他机械零件，如齿轮、凸轮、电视机零件、仪表零件及某些军械零件等。用粉末冶金法制造的机械零件，能大量减少切削工作量，节省机床，节约金属材料，并提高劳动生产率。

但是，应用粉末冶金法也有缺点，如制造原始粉末的成本高；压制时，所需单位压力很高，制品尺寸受到限制；压模的成本高；粉末的流动性差，不易制造形状十分复杂的零件；烧结后零件的韧度较差等。不过，这些问题随着粉末冶金技术的发展是不难解决的，随着粉末冶金锻造技术的发展，粉末冶金材料的韧度可以大大提高。

5.4.3 硬质合金

硬质合金是将难熔金属碳化物（碳化钨、碳化钛）粉末和黏结剂（主要是钴）混合，加压成型后烧结而成的一种粉末冶金材料。

1.硬质合金的特点

（1）硬度高、热硬性高、耐磨性好。常温下最高硬度可达93HRA，相当于81HRC左右，红硬性温度可达900℃～1 000℃（高速钢的红硬性温度为600℃～650℃），其切削速度比高速钢可提高4～7倍，刀具寿命可提高5～80倍，能够切削硬度高达50HRC左右的硬质材料，因此，在高速切削的情况下，通常采用硬质合金刀具。

（2）抗压强度高。常温下工作时，无明显的塑性变形，抗压强度可达6 000N／mm2，900℃时抗弯强度可达到1 000N／mm2左右。

（3）耐腐蚀性（抗大气、耐酸、耐碱）和抗氧化性好。

（4）线膨胀系数小，电导率和热导率与铁及铁合金相近。

由于硬质合金的硬度高、脆性大，不能进行机械加工，故常将其制成一定形状的刀片，镶焊在刀体上使用。

2.硬质合金的分类及牌号

硬质合金可分为切削用硬质合金、模具用硬质合金、地质、矿山用硬质合金、耐磨零件用硬质合金等。

（1）切削用硬质合金。它主要用于制造车刀、铣刀、钻头、铰刀、镗刀等。

（2）模具用硬质合金。它主要用于制造拉延、冷冲和冷挤模具等。

（3）地质、矿山用硬质合金。它主要用于制造凿岩用的钎头等。

（4）耐磨零件用硬质合金。它主要用于制造耐磨零件，如精轧辊、顶尖、精密磨床的精密轴承等。

GB／T 18376《硬质合金牌号》分为三个部分，第1部分为切削工具用硬质合金牌号；第2部分为地质、矿山工具用硬质合金牌号；第3部分为耐磨零件用硬质合金牌号。

切削工具用硬质合金牌号按使用领域的不同分为P、M、K、N、S、H六类，各个类别为满足不同的使用要求，以及根据切削工具用硬质合金材料的耐磨性和韧度的不同，分成若干个组，用01、10、20……两位数字表示组号。必要时，可在两个组号之间插入一个补充组号，用05、15、25……数字表示。其类别和使用领域见表5－3。

表5－3 切削工具用硬质合金类别和使用领域

切削工具用硬质合金牌号由类别代码、分组号、细分号（需要时使用）组成。牌号表示规则如下。

5.4.4 切削用硬质合金各组别的基本成分及力学性能要求

切削用硬质合金各组别的基本成分及力学性能要求见表5－4。

表5－4 切削用硬质合金各组别的基本成分及力学性能

续表

注：1.洛氏硬度和维氏硬度中任选一项。

2.以上数据为非涂层硬质合金要求，涂层产品可按对应的维氏硬度下降30～50。