粉末冶金零件熱處理

在粉末冶金零件生產中，零件材料必須具有的許多性能與組織結構都是在燒結過程中形成的，但其中一些性能只有通過後續熱處理，才能得到改進與完善。因此，熱處理對於粉末冶金零件產業是極其重要的一項技術。

粉末冶金零件的熱處理原理，雖然和成分相同的鑄鍛零件相同，但由於粉末冶金零件具有一定量孔隙度與合金化元素的微觀分佈可能不均一，因此，粉末冶金零件的熱處理工藝可能有所不同。關於孔隙度對粉末冶金零件材料熱處理性能的影響，經幾十年的探索與實踐，已有較清楚地認識，摘要介紹如下。

1孔隙度對粉末冶金零件整體淬火的影響

大部分粉末冶金零件，為了增高強度，硬度及耐磨性，都需要進行整體淬火，即淬火與回火。需要進行整體淬火的粉末冶金零件，其化合碳含量應≥0.3％（質量分數），並且在圖 1中的± 3溫度以上呈奧氏體狀態。

粉末冶金零件的整體淬火由以下三道工序組成：

奧氏體化。在具有和化合碳含量相當碳勢的保護性氣氛下，將零件加熱到高於 ± 3溫度，通常為 850℃，並保溫一定時間，其長短視零件形狀及尺寸而定。諸如30分鐘，使之奧氏體化。

淬火。從奧氏體化溫度或稍低，但仍高於 ± 3的溫度，將零件淬於油或水中，使奧氏體轉變成硬且脆的馬氏體或貝氏體。對於粉末冶金零件，最好是淬於溫油（50℃）中，這是因為粉末冶金零件具有孔隙度，淬火冷卻速度太快時，零件可能開裂。另外，採用鹽水淬火時，淬火後，存留於孔隙中的鹽水會導致零件嚴重腐蝕。

回火。依據 GB/T19076-2003“燒結金屬材料 - 規範”粉末冶金零件通常是在180℃（燒結鎳鋼為 260℃）下回火，回火時間通常是依據零件斷面厚度，按每25.4毫米回火1小時。其目的是消除奧氏體轉變為馬氏體與貝氏體時產生的內應力。回火可減小馬氏體與貝氏體的脆性，提升零件材料的韌性。

1.1孔隙度對粉末冶金鐵碳材料淬透性的影響

淬透性的定義是，快速冷卻時，在一給定深度，材料試樣從奧氏體轉變為馬氏體的能力。淬透性通常是用頂端淬火法測定的。為測定燒結碳鋼的淬透性，由水霧化鐵粉與 0.9％（質量分數）石墨粉的混合粉，用壓制 - 燒結製成Φ80mm×高30毫米，密度為 6.0〜7.1g/cm3的坯料[化合碳0.8％（質量分數）]。再由坯料切削加工成頂端淬火試樣，於 870℃，在中性氣氛中，奧氏體化30分鐘後水淬。從淬火端每隔2.5mm的測定一次表觀硬度謳歌。同時，還和由的C - 1080鍛鋼切削加工的頂端淬火試樣進行了對比。

1.2粉末冶金材料的淬透性標準

在設計 - 粉末冶金零件時，要想使粉末金零件的橫截面經過淬火 - 回火轉變成馬氏體，就必須依據材料的淬透性來選擇適當的材料。

燒結鋼試棒是用霧化鐵粉混入0.90％石墨，經壓制，燒結而成，密度為 6.0〜7.1g/cm3。

於 870℃在中性氣氛中奧氏體化30分鐘後水淬。從淬火端每隔2.5mm的測量一點

就粉末冶金材料而言，除上述的孔隙度影響材料的淬透性外，添加於材料中的合金化元素，諸如銅，鎳，鉬等，也影響材料的淬透性。美國金屬粉末工業聯合會（MPIF）在1997年第一次發布了粉末冶金材料的淬透性標準，見表 1。這個標準是依據 ASTMA255頂端淬火試驗方法標準制定的。

硬度與深度的關係曲線是用謳歌硬度標尺作出的。端淬深度是指在試樣上從淬火端到硬度值低於 65HRA處的深度（每間隔 1.6毫米（1 / 16英寸）取一硬度讀數）。倘若試樣表面的硬度未達到 65HRA，則將其端淬深度（深度十）列為“1。J65若為 2，就表明端淬深度為 2 × 1.6毫米= 0.32。鑑於表二中列出的淬透數據都是用表觀硬度測定的，因此，測定的結果中也包括密度的影響。綜上所述，要想得到粉末冶金材料的精確淬透性，必須對材料在同一密度條件下進行比較。

二合金含量對粉末冶金材料淬透性的影響

美國評定 MPIF標準 35“粉末冶金結構零件材料標準”中的材料熱處理性能的粉末冶金技術中心（CPMT）最近的協調工作證實，燒結零件名義組成的含碳量（指化合碳）為 0.5％（質量分數）時，熱處理的材料性能最好，隨著燒結體密度與合金含量增高，其可進一步減小。含碳量較高的零件淬火時，變形，脆化及淬裂的機率增大。