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一直被認(rèn)為是提供通過沉淀硬化產(chǎn)生的強(qiáng)化,，而沒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. 該過程稱為內(nèi)部氧化,，這是由于氧氣通過銀晶格擴(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)械合金是通過類似的銑削工藝制成的,，從鋁粉和石墨的混合物開始,，在銑削過程中將其作為碳化鋁摻入金屬中。

    
    

另一類開始產(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)于粉末鍛造連桿來說，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,。

然后將該帶材通過燒結(jié)爐并重新軋制至成品尺寸。

一般來說,，與軋制鑄坯生產(chǎn)的帶鋼相比,，該產(chǎn)品沒有任何優(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