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。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。中性氣氛：中性氣氛主要包括氮氣、氨氣和真空，真空燒結(jié)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。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。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。

　　③珠光體：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(shù)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。

　?、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%，熔點約為1227度，晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。

　　馬氏體轉(zhuǎn)變速度極快，轉(zhuǎn)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)引入粉末冶金領域而形成的一門新型粉末冶金近凈形成形技術(shù)。

其基本工藝過程是：首先將固體粉末與有機粘結(jié)劑均勻混練，經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(~150℃)用噴射成形機注入模腔內(nèi)固化成形，然后用化學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，其產(chǎn)品廣泛應用于電子信息工程、生物醫(yī)用器械、辦公設備、汽車、機械、五金、體育器械、鐘表業(yè)、兵工及航空航天等工業(yè)領域。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，國際上普遍認為該技術(shù)的發(fā)展將會導致零部件成形與加工技術(shù)的一場革命，被譽為“當今最熱門的零部件成形技術(shù)”和“21世紀的成形技術(shù)”。

AIM工藝簡介及AIM生產(chǎn)設備的發(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分支，被稱為21世界最熱門的零部件成形技術(shù)，它也的確沒有辜負這樣一個榮譽，其產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展和壯大，并擁有了專門的金屬注射成形生產(chǎn)設備。工藝流程：技術(shù)特點：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，同時也可消除光澤?，F(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，隨著金屬注射成形工藝的不斷成熟和普及，人們也越來越關注鋁合金這種具有優(yōu)異功能的特殊復合金屬，因鋁合金種類繁多，性質(zhì)差異較大，表面極易被氧化的特點，其在注射成形方面與普通金屬或合金要求是不同的，于是才會出現(xiàn)專門的AIM——鋁合金注射成形。

任何一個工藝要想發(fā)展，形成一種產(chǎn)業(yè)，必須要通過生產(chǎn)設備的改進和升級來為企業(yè)提高生產(chǎn)效率，AIM也不例外，zui初它是沒有專用的設備的，傳統(tǒng)粉末冶金和注塑行業(yè)通用生產(chǎn)設備以及金屬注射成形專用設備的都曾被用于該工藝中。☆表面粗糙度表面粗糙度反應了粉末顆粒的大小，然而不像其他競爭的工藝，可控的織構(gòu)可能對成本沒有什么影響。但是它有其獨特的原料特點，那些非專用生產(chǎn)設備都無法很好滿足其正常生產(chǎn)需要，即使勉強可以使用制品的質(zhì)量也大打折扣。

AIM生產(chǎn)設備(主要是混煉造粒設備和注射設備)的研究是近幾年才開始的，因為鋁合金注射成形技術(shù)是非常先進的一門技術(shù)，國內(nèi)對其研究也是剛剛開始，目前南京科技大學對此領域研究較早較多并已經(jīng)取得一定研究成果，在領域的水平可以達到世界前三。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)生化學反應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，因此就混煉設備和注射設備來講，原則上是可以與其共用的。

隨著AIM企業(yè)對生產(chǎn)效率和設備自動化，加工連續(xù)化程度以及設備性能等要求的提高，專業(yè)的鋁合金注射成形混煉機、造粒機及注射機的研究開始被眾多機械設備制造商提上日程。

目前國內(nèi)已有少數(shù)幾家機械設備制造商通過與高等院校合作的方式，在AIM專用生產(chǎn)設備的研發(fā)生產(chǎn)方面取得了初步的成效，并在一些企業(yè)開始試用，其功能和特性還有待在以后的生產(chǎn)實踐中不斷摸索和改進，相信隨著科技不斷進步，這些生產(chǎn)設備也會朝著智能化、環(huán)?；⒆詣踊l(fā)展。下表列出了幾種主要MIM粘結(jié)劑體系的優(yōu)缺點：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)劑等分類是根據(jù)低分子物質(zhì)來區(qū)分的）。

粉末微注射成形技術(shù)

近年來，微系統(tǒng)技術(shù)在各個領域的發(fā)展非常迅速，同時也對應用于微型工程中的三維微型復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足使用要求性能的同時，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速器上的微型機械結(jié)構(gòu)、生物傳感器、微型流體元件、微型反應器等。②、調(diào)整工件的機械性能，工件淬火后，硬度高，脆性大，為了滿足各種工件不同的性能要求，可以通過回火來調(diào)整，硬度，強度，塑性和韌性。這些元器件形狀復雜、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，無法開展大規(guī)模生產(chǎn)，而近年來在粉末注射成形基礎上發(fā)展起來的粉末微注射成形工藝為實現(xiàn)微型元器件規(guī)?；a(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)基礎上所開發(fā)的一種成形技術(shù)，主要應用于連續(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)量與孔隙度可通過選擇原始粉末與適宜的燒結(jié)條件來控制。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度的粘結(jié)劑，以利于微注射成形并避免生坯件脫模時損壞。這些強項，使其在電子數(shù)碼產(chǎn)品、手表、手工工具、牙齒矯正支架、汽車發(fā)動機零件、電子密封件、切削工具及運動器械中得到了大量的應用。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)對脫脂和燒結(jié)的工藝條件更加苛刻。

　　目前，國際上開展該技術(shù)研究的主要國家有德國、日本、新加坡、美國和英國。其中，德國開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)，一般在金屬復合材料和陶瓷材料的燒結(jié)制品中應用。國內(nèi)的北京科技大學、中南大學以及大連理工大學也在該領域進行了一系列研究工作。如北京科技大學研制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)、適用于傳統(tǒng)注射成形機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)注射成形機上成功實現(xiàn)了粉末微注射成形齒頂圓直徑小于1毫米的微型齒輪。