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具有清潔的功能

发布:admin04-18分类: 环保

  粉末冶金生產流程:Flowchart PowderMetallurgy 一、粉末的製造方法: 離心法:利用水或氣體之動量將金屬熔液噴成粉末以外,亦可利用離心力之原理將金屬熔液滴滴甩 出。此法所製得之粉末雖然成本較高,但污染少、適合製作活性金屬如鈦等。 對於有些質脆的金屬若施以撞擊可使之粉碎,所以只要經過連續撞擊後即可得到較細且合乎規格之粉末。 化學分解法:最常見之粉末為羫基鐵粉和羫基鎳粉。其粉末外形有球形、針形、鏈狀等。球形鐵粉一般使 用於MIM、軟磁材料、微波吸收材料等。 二、粉末的特性和分析: 1、粒度分析:以篩分法說明: A、簡易記憶法:網目數*微米數=15000 B、傳統粉末冶金所使用之粉大多以: 網目:50、 60、 70 、80、 100、120、140、170、200、230、270、325、400 微米:300、250、212、180、150、125、106、90、 75、 63、 53、 45、38μm C、-230+270 代表粉末粒徑小於230 目大於270 D、400目代表的意義是每一英吋長度上有400 微米2、典型地粉末粒子外形: A:單面的空間: 化學分解機械粉碎 薄片狀機械粉碎 化學分解多孔性 氧化還原 5、當粉末太細,粉末間摩擦力太大,無法通過2.54mm之孔徑時,可改用Carney Funnel(卡尼漏斗),其孔徑為5.08mm。MPIF-28 6、為了類似工業界所使用成形機上填粉盒實際充填時之動作,在MPIF-48 說明中有Arnold Apparent density 在粉末冶金製程中,將粉末振實以提高密度。尤其在冷、熱均壓時,都希望粉末的敲擊密度越高越好。 由於粉末粒度太小無法使用於Hall流動計時,皆以此量測。 粉末冶金產品常含有孔隙且形狀複雜,不易由重量及體積直接量得其密度,由於密度直接影響了產品的特性,所以在成形後應即測量生胚之密度,以控制品質的穩定性。燒結後也同。 應遵循1、依ASTM、MPIF、JIS、CNS、中國國家標準中所述吸水性粉末生胚、燒結產品密度 測試標準操作法,以潤滑油滲入法做為防水處理、石蠟滲入法,其演算公式為: Db=Waρ/(Wb-Ww)。 演算公式為:Db=Wa{[(Wb-Ww)ρ]-[(Wb-Wa)Dp]}。4、安息角:又稱自由坡度角 3、粉末從漏斗自由落下在平台上後,取水平面與堆積粉末之斜面間之夾角。4、粉末之流動性越好、粉末形狀越接近於球形、粉末間的摩擦力越小時此安息角越小。 5、流動性:MPIF-04 粉末流動之難易影響粉末進入模穴之快慢,因而也影響成形速率和壓機的產能。2、流動性越好、視密度較高、安息角越小。 三、粉末成形前之處理:一般工廠中,在收到粉末後的第一個手續應該是粉末特性及規格的檢驗。為了讓成形步驟更 3、混合:將不同成份的粉末攪拌在一起,而一般所混合之材料有潤滑劑及裝配合金用的石墨粉或金屬 粉。添加潤滑劑的功能在於使粉末易於流動,提高視密度,及減少模具之磨耗。而添加石墨 為了改善此缺點,目前工廠都加入鉬Mo、鉻Cr等屬於bcc 為了減少預合金粉的各個成分的庫存壓力,也有使用混合粉,雖然混合粉易成形且添加量之多寡由業者自己自行調配,但其缺點為成分不均,石墨粉飛揚,造成各批次間之粉末特性有 剪斷模式:則多在接近筒壁、筒底處,此因粉末被壓縮而向下滑動。擴散模式:則為容器在水平方向的兩端之粉末逐漸互相滲透之混合模式。 型、雙錐型、滾筒型。在容器內粉末之充填量一般佔全部體積之20~30%,而且轉速不可太快,不然粉末將因離心力大於重力,使粉末貼住筒壁而無混合之效果。 為了達到最加混合效果,應使粉末在到達高處並在落下時能被甩到最遠處。 甚至結塊的現象,若要使這些粉末達到原有粉末之粒度或表面積之規格。,必須將這些已結塊或凝聚之粉打散。有時不良的生胚或造粒粉要回收時亦常需要將之打散才可再使用。 擊力將粉末打散,亦可添加一些有極性的高分子於液體中使各單一粉末間有排斥力,以防止再次凝聚。 當粉末粒徑微細時,由於粉末間之摩擦力大,使得其流動性相當差,不易填入模穴中,且因視密度非常低,不易壓成高密度的生胚,無法用於工業界的快速成形機,所以一般常須先經 造粒以改善粉末之特性。造粒的外觀則以實心,球形粉為佳。 噴霧造粒首先將細粉與水及黏結劑如聚乙烯醇、阿拉伯膠、甲基纖維素等混合攪拌成泥漿 型。但也有一些聚乙烯醇中之OH基被疏水性之醋酸基取代成為部分鹼化型。一般由於分子 求,選用不同的聚乙烯醇。此外也添加其他添加劑,以改變粉末之性質。若霧化後之粉若硬度太高,造成模具磨耗過快或成形密度太低的話,可以在攪拌過程中加入 微量的塑化劑。可使粉末稍為軟化,易於成形。所以粉末中殘留些微量水分是有其必要,但 其含量須謹慎控制。在磁性材料方面一般水份含量約<2%為主要的考量。 B:增加粉末之視密度,降低模穴之充填高度,減少模具之厚度,節省成本。C:改善粉末之壓縮性以提高生胚密度。 D:降低脫模力,減少模具之磨耗。 之選擇對成品均有相當大之影響。潤滑劑有白蠟、硬脂酸鋅、硬脂酸鋰之特性: 0%硬脂酸鋅 130 氧化鋅 14% 1975 硬脂酸鋰 220 氧化鋰 5%

  1700 殘留物之形成是由於原潤滑劑中所含的金屬原子,此潤滑劑再受熱而揮發或分解時,其中所 含的金屬原子有的將以細粉之方式隨氣體排出、有的將直接沉積在爐口或煙囪中溫度較低 處,而部分之金屬原子則在脫脂過程中與潤滑劑中之氧原子或與氣氛中的微量氧分子或水分 子反應而生成氧化物。其中硬脂酸鋅將產生氧化鋅殘留物。 硬脂酸鋰有搶氧之功能,使銅及不銹鋼中之其他元素不易與氧結合形成氧化物,也使氧不易 溶於金屬中,具有清潔的功能。 殘留物造成的缺失: 3、又白蠟無金屬原子可溶入鐵基地中,所以對不繡鋼等有污染顧慮的材料較適合。若以潤滑功能而言,硬脂酸鋅最佳、硬脂酸鋰次之、而白蠟最差。所以製作鐵系結構零件常 使用硬脂酸鋅。 硬脂酸鋰則常用於不繡鋼、軟磁材料、及黃銅、純銅等需要含氧量低的材料。 7、添加黏結劑:主要功能在於改善粉末的成形性。 1、由於有些細粉粉末間之摩擦力高,成形的壓力多被抵消,需使用高壓力,但高壓力造成 四、粉末的加壓成形:1、成形步驟: 成形模具可分為上沖、中模、下沖、芯棒四大部份。而依零件之複雜程度,其上、下沖之數 粉末成形後,中模向下移動,使胚體露出中模面,此步驟稱為脫模頂出。接著填粉盒向右方前進,利用其前端將胚體頂向右方的收料盤。接著中模向上移,而填粉盒則移至模穴正方, 使粉末落入模穴內,再此過程中填粉盒將左右振動使粉末較易落入。當充填結束後,填粉盒 粉以自由落體的方式掉入模穴中。利用此法填粉時,充填之速度及均勻性常取決於模穴的截面積之大小及粉末的速度。 B:吸入法:由於一般所使用粉末的粒徑多在40~200μm 用吸入法。亦即當填粉盒到達模穴上方時,中模才往上移,此動作造成真空吸粉之現象,可加快粉末進入模穴之速度,以及充填的完全性。對於形狀複雜有尖角 之零件,或小於1mm之薄壁軸承之充填均有很大之助益。 C:上充填法:粉末填入模穴後,芯棒才向上移至模面之高度,此對於薄壁零件亦有相當大 後續粉末之掉入,若芯棒先在下方,可增加模穴空間有利充填,待充填結束後,芯棒再往上移即可改善這些困擾。 D:下充填法:當充填結束後,下沖不動,中模和芯棒再向上移,使粉末相對下移低於模面, 此可防止上沖向下移動到達中模面時粉末向外噴,且可減少因中模有推拔角或圓 弧角而使一些粉末卡在上沖與中模間造成夾粉之現象。 粉末之充填量、深度以及胚體尺寸之關係: 粉末之視密度。公式為:(H1/H2)=( 若H2=3mm、ρg=6.8g/cm3、ρa=2.8g/cm3則H1=7.28mm 3、成形:粉末的充填有四種方法: 4、成形基本原理:當粉末進入模穴後,其密度相當低,需靠上、下沖之加壓才能使胚體之密度提高。一般而言, 為了維持傳統粉末冶金零件之穩定性,希望此生胚之尺寸及密度與燒結後之尺寸及密度一 造成一摩擦力Ff,此摩擦力Ff 將抵消部份的成形壓力,使傳到胚體下方之壓力Pb 值:壓力越高亦即生胚密度越大時其Z值越大,且較硬之粉末其Z 40%60% 80% 0.080.12 0.16 0.160.23 0.31 0.200.30 0.39 0.220.32 0.43 0.320.47 0.63 由公式可知:Px/P=exp(-4μZ 改善方法:可藉調整潤滑劑之添加量以及粉末之形狀、大小而改變。一般而言,將潤滑劑施於模壁時, 值而定。一般結構件,亦即生胚密度在80%以上時,添加潤滑劑將使μ值和Z 值下降,因而有助於 約為最大軸向壓力Pa的0.2~0.3 =μ(0.2~0.3)PaAside對於薄壁之小工件如自潤軸承,由於側面積大,其脫模力常超過成形所需之力量,使得頂出 時胚體底部因再受度受高壓而提高密度,有時下沖承受不住此頂出力將產生塑性變形甚至於 斷裂。為了降低脫模力,一般可在粉末中增加潤滑劑之量,以降低胚體與模壁間之摩擦係數, 且必須隨時維護模具之表面之光滑度,不然將產生嚴重之模具磨損,甚至有尖銳噪音之出現。 外徑為20mm內徑為10mm 高度為3mm 生胚密度為6.8g/cm3 之墊片,此墊片由上方投影之 面積為235.6mm2。若使用還原鐵粉(看廠商提供之生胚密度和成形壓力的曲線圖)其成形壓力 噸/cm2。所以成形的噸數為6噸/cm22.356=14.1 在段差小的零件時,可使用上下沖直接成形,亦可藉模具段差之上沖成形,以減少沖子的成本。若零件的段差明顯時,若採用具有段差之上沖成形,將造成較薄的部分密度太高,而該 沖子承受的應力太大,甚至於折斷或破裂。而較厚部分之密度太低,易在較薄不過交接處產 由於胚體成形及脫模時均是上下移動,所以前進路線上下不能有阻礙物。所以零件設計時應避免有清角(應將其轉90 之破損、磨耗。如模具未拋光至鏡面使得磨耗嚴重、間隙加大,甚至造成粉末卡入表面凹處,造成零件和模具表面的拉傷。 常發生在下列情形:1、長度/直徑之比值太大時,試片中間部份之密度低、強度弱,當成形結束上沖升起時,胚 體所受軸向壓力消失,產生向上之回彈因而產生裂痕。 2、亦可調整工件密度之分佈以改善之。B、在製作不同厚度之零件時,在厚度不同的部分之相接處產生裂縫,此由於因左右部分之 中性區亦即密度最低處相距過大所造成,一般之中性區之位置由下式決定: 如零件尺寸左側是20mm的厚度,右側是10mm 粉末之視密度之比值為2.4(公式為:(H1/H2)=( 則左側的充填深度為48mm,右側的充填深度為24mm。採用上下沖加壓方式成形時,上沖下移14mm 而左測下一沖上移14mm,右側之下二沖上移2mm。 對左測而言,其中性區(密度最低處)位置N1 為48mm(14/28)=24mm 對右測而言,其中性區(密度最低處)位置N2 為24mm(12/14)=20.6mm 由於中性區N1 和N2 之位置相差太多使得左右測之密度不連續,故有時會在左右部分 產生的原因:1、粉末間的摩擦力、結合力不夠。 2、粉的流動性不佳時,也會造成工件之某些部位充填不足,造成此處密度、強度偏低之現 2、若在粉末之選擇方面無法調整時,有時可使用上充填法或在填粉盒中加裝機械攪拌裝置或噴氣裝置,這些有助於粉末之充填,可改善粉末之均勻性。此外亦可添加黏結劑。 第一步驟,粉末粒子還保持分離情形下,頸部生長過程迅速。 第二步驟,大部份的緻密化存在結構再結晶而且粒子間 互相擴散。 在表面蒙上稀薄的氧化物薄膜。此在表面上蒙上氧化薄膜的金屬粉末,即時經過了壓實過程也無法消除。這些氧化薄膜不能從金屬粉末拋出去,其結果將妨礙燒結的過程。所以為了從 金屬粉末拋出去這些氧化膜,燒結中的氣體氣氛變為非常的重要。 氣體場合,如周圍是氫氣、氨分解氣體、一氧化碳等氣體時。則鐵粉粒子所吸收的氣體將慢慢地被排出、將使燒結溫度變成十分的高,分解氧化薄膜,而放出了氧化物。燒結氣氛必須 使用何種氣氛?何種溫度?何種設備?如何控制碳勢?若使用不同之材料時以上之參數又要如何改變?這些均有說明之必要。 前予以去除。常用之潤滑劑有硬脂竣鋅、硬脂酸鋰及白蠟(ethylenebis-stearamide, EBS,俗稱 之Acrawax 即此成分)三種。 一般之脫脂多在燒結爐之前段進行,溫度在500-600之間,所需之時間大約為15-30 A:一般認為起泡及破裂是因工件中之潤滑劑在400。C至500。C 間之分解速率過快而造成。 B:積碳是因脫脂區之氣氛流速太慢,使得潤滑劑分解時所產生之一氧化碳在試片中停留過 久,此CO 超過18%時易反應成碳及二氧化碳,使胚體及孔之表面產生積碳之現象,由外觀 看常有粗糙、隆起之現象。此積碳反應在500至600之間最明顯,加上工件中之鐵、鈷、 鎳、鋅有催化作用,而使用之氣氛為受熱型氣氛時因其中之CO 已有15 至20%,所以在此 A:可以讓工件在500。C以下有足夠之時間脫脂,使所有潤滑劑脫除,並快速跳過500。C 至600。C burnoff, 型氣氛之露點較高亦有助於將積碳反應成氧化碳。C:可將脫脂區使用之氣氛通過一水箱,使其離開水箱時含有水蒸氣,再將此氣體通入脫脂 區,亦可減少碳黑。 D:在胚體中減少鎳之含量或添加硫或硫化錳,並改用硬脂酸鋅以外之目潤滑劑,有助於爆 點、碳黑之減少。 一般較常使用之氣氛有氫氣、氮氫混合氣、裂解氨、吸熱型氣氛、放熱型氣氛及真空等。氣氛之控制: 上述各氣氛多由氣體產生器生產而得,這些方法需注意下列事項以免生產出來之氣氛成分不 空氣中水分及溫度之變化,原料如液氨或烷類等所含水氣量以及氣體產生器本身之操作溫度是否不穩定等。在燒結時氣氛中之水分及一氧化碳、二氧化碳皆能對碳鋼中之碳含量產生影 響,所以有必要對這些氣體之角色作進一步之說明。 水分: 在各型氣氛中一般多殘留沼水氣,這些水氣在某一溫度以下將凝結成水珠,此最早凝結之溫 度俗稱露點(dew point),圖7-4 以15。C至30。C 至30。C,亦即其含水量為1.7至4.1%。 (2)冷凍除溼法: 以冷凍機使氣氛之溫度降低,則過飽和之水氣將礙結,以此法一般可得到之露點為5。C (3)化學除溼法:以活性氧化鋁吸收氣氛中之水分,其露點可降至-40。C,若再以分子篩過濾則可降至一60。 狀,此時入射之光線經折射後之強度將不同,此強度可由感光電晶體(phototransistor)測得, 這些數據可解讀成氣氛中水分之多寡或露點之之高低。 (2)另一常用之方法乃利用電容之原理,當氣氛通過一含乾燥粒之容器時,水氣將改變此容器 之電容,故可藉以判斷氣氛中水分之多寡。 氣體急速膨脹,因而欲向爐口及爐尾流動,但因一般之爐尾常有外接之氮氣向下吹,形成氣簾(gas curtain)以阻隔燒結氣氛與外面之空氣接觸,此外,在爐尾亦常加上玻璃纖維簾布或鋼 由於不銹鋼中大多含有鉻(而鉻容易與氣氛中之水氣或氮氣產生反應生成Cr2O3或Cr2N,當 這些化合物生成時,其週邊之鉻含量將減少,使得這些區域之抗腐蝕性大幅降低。因此不銹 左右之冷卻速度需加快,每分鐘應在40。C 以上,以避免Cr2N 之生成。此外不銹鋼之脫脂必須非常完全,使 其潤滑劑完全分解逸出,使其中之碳及氧無法與鉻結合,所以不銹鋼燒結爐之脫脂區最好要 60。C之間。且儘量使用氫氣或真空,但真空度太好時,鉻易揮發,例如燒結溫度為1205。 時,鉻之蒸氣壓為10-2torr,若此時爐內之真空度優於此,則工件中之鉻將逐漸揮發造成 torr左右, 一般燒結黃銅時常將工件置入不銹鋼、石墨或陶瓷盒內,然後加蓋,此蓋不需密封,其功能只是使鋅之蒸氣保留於盒中,使工件中之鋅不再持續揮發。黃銅粉所用之潤滑劑多為硬脂酸 鋰,此乃因鋰較易活化粉末並攫取粉末之氧之故。由於黃銅色澤佳,.般常用於鎖件等重視外 觀之工件。 ,所以其中之潤滑劑不易逸出,在脫脂區之升溫速率應放慢,不然易有起泡、鼓脹且呈粉紅色之情形。 至20%之間,常用之粉末有兩種,一為混合元素粉,一為預合金粉。元素粉燒結時,常在錫粉原來之位置留下孔洞,適於作含油軸承,此外由於元素 青銅之燒結多在750。C至850。C 左右,視錫含量而定,燒結時閒杓30 Sinteringatmosphere Iron-Copper-Carboncomponents 1、精整:Sizing俗稱校正 將燒結完之胚體再放入模具中加壓以使某些尺寸更為精確之步驟。 以ISO 25mm之尺寸,其公差應為0.05%(12.5μm)~0.08%(20μm)在IT6~IT7 一般生產品皆為0.13%~0.20%,也即在ISO之IT8~IT9

  HRB85不適合,零件的長度最好小於精整機衝程的20%。 一般傳統粉末冶金成品只能達到約90%的密度,以鐵系而言,即7.1g/cm3左右,為了提高零 (400~800Mpa)/每平方公分,並需添加如四弗乙烯之潤滑油。而所壓高度變化量應為徑向變化量的兩倍以上才有實值的效果。二次加壓後的工件須在1120作二次燒結,燒結後可達95 %約7.47g/cm3 鐵系粉末冶金零件之熱處理方法有滲碳、氮化、滲碳氮化處理等。因粉末冶金零件有孔,熱處理所用之氣氛能通過這些孔隙使心部也達到與表面一樣的硬化性質。如滲碳處理時,粉末 冶金零件則幾乎表面和心部全體皆硬化。所以心部的韌性較差。若要避免此現象,可以提高 密度至7.1g/cm3 以上,如此可避免心部也硬化。所以熱處理時需視產品的需求,如硬度,耐

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