摘  要  蒸汽處理在鐵基粉末冶金零件出產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。這篇文章論說(shuō)了鐵基粉末冶金零件蒸汽處理的利益、機(jī)理、技能流程以及零件在蒸汽處理后的檢查辦法和標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)多見(jiàn)的疑問(wèn)進(jìn)行分析和提出相應(yīng)的處理辦法。

要害詞  粉末冶金, 蒸汽處理, 鐵基零件

本論文已道破注銷(xiāo)，如需引用或參看，請(qǐng)注明出處：李其龍, 徐偉, 董吉寶, 段聰翀, 張東.鐵基粉末冶金零件的蒸汽處理.現(xiàn)代制造技能與配備專(zhuān)刊即2012第十四屆華東五省一市粉末冶金交流會(huì).

作者簡(jiǎn)介：李其龍，男，碩士學(xué)歷，首要從事材料科學(xué)與機(jī)械加工方面的研討。

1．導(dǎo)語(yǔ)

粉末冶金技能可以用來(lái)制造多種材料的零件[1-4]，而鐵基零件又是首要產(chǎn)品，在汽車(chē)、農(nóng)機(jī)、表面、家電等工作中均有運(yùn)用，既可以作為減摩零件運(yùn)用，比如含油軸承，也可以作為構(gòu)造零件運(yùn)用，比如齒輪、轉(zhuǎn)子等。粉末冶金出產(chǎn)工序通常包括制粉、混粉、綁縛、燒結(jié)等[5]，工業(yè)制造鐵基粉末冶金零件，此外，高溫水蒸汽處理，簡(jiǎn)稱(chēng)蒸汽處理，也是大多數(shù)零件中所必經(jīng)的工序，它是對(duì)粉末冶金件的后續(xù)表面熱處理，可以跋涉或改善零件的功用，比如硬度、氣密性、耐磨性和耐腐蝕性等。為了使蒸汽處理非常好的服務(wù)于出產(chǎn)，這篇文章根據(jù)作者對(duì)蒸汽處理的了解和在實(shí)習(xí)中的一些經(jīng)歷總結(jié)，就蒸汽處理的利益、機(jī)理、技能流程、質(zhì)量檢查以及多見(jiàn)疑問(wèn)和處理辦法進(jìn)行分析談?wù)摗?/p>

2．蒸汽處理技能的利益

在用粉末冶金技能開(kāi)發(fā)鐵基零件進(jìn)程中，傳統(tǒng)的綁縛-燒結(jié)技能制造的零件，一次綁縛密度通常在7.0g/cm3分配，即相對(duì)密度在90%分配，選用復(fù)壓-復(fù)燒技能和溫壓技能制造的零件，相對(duì)密度通常都在92%～94%之間，即粉末冶金零件不行避免的存在著空位，蒸汽處理一個(gè)很首要的目的就是封孔效果。對(duì)于制冷壓縮機(jī)用粉末冶金零件來(lái)說(shuō)，蒸汽處理現(xiàn)已變成對(duì)其封孔，增加其氣密性的最佳、最經(jīng)濟(jì)的技能，比如連桿式壓縮機(jī)中的活塞，懇求能接受1.5～3.0MPa的氣體壓力不發(fā)生走漏，蒸汽處理封孔僅是滲銅封孔處理的15%和氟塑料封孔處理的30%分配[6]。為進(jìn)行蒸汽處理的零件在運(yùn)用和放置進(jìn)程中，環(huán)境中的水汽和一些腐蝕介質(zhì)簡(jiǎn)略吸附在表面和入浸到內(nèi)部，在不均勻組織之間發(fā)生微電池腐蝕，致使零件較簡(jiǎn)略的生銹和被腐蝕，蒸汽處理防腐蝕的有效期比化學(xué)發(fā)藍(lán)處理明顯增加[7]。蒸汽處理，即把鐵基零件放置在加熱爐中，在一定溫度下，向爐中通入一定量的過(guò)飽和水蒸汽，在零件的周?chē)痛嬖谥芏嗨羝?，凡是接觸到蒸汽的表面鐵原子，包括表面面和連通空位的內(nèi)表面，就會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，生成一層氧化物膜，這層氧化物膜的首要成分是Fe3O4，F(xiàn)e3O4屬體心立方系，密度5.16g/cm3，故Fe3O4比鐵的容積比大，使零件的內(nèi)部連通空位關(guān)閉，抵達(dá)封孔的目的，增加零件的氣密性。由于該氧化物膜和掩蓋在零件的基體表面，非常細(xì)密健旺的黏附著，致使環(huán)境中的水汽和腐蝕介質(zhì)難以進(jìn)入零件內(nèi)部，抵達(dá)超卓的防銹功用。由于Fe3O4的硬度很高，純Fe3O4的洛氏硬度為50HRC分配，處理后的零件的表觀(guān)硬度抵達(dá)60HRB以上，有利于跋涉零件基體的表面硬度、耐磨性、抗磨損才調(diào)，抗拉強(qiáng)度也可以得到跋涉，文獻(xiàn)[8]閃現(xiàn)，蒸汽處理后，鐵基材料的抗拉強(qiáng)度跋涉40-50%。

蒸汽處理后的零件，上乘的處理效果是零件外觀(guān)顏色出現(xiàn)出非常光滑漂亮的藍(lán)黑色金屬光澤，這種顏色，人眼看上去是對(duì)比酣暢的，在分揀、包裝產(chǎn)品時(shí)，不簡(jiǎn)略發(fā)生視覺(jué)疲倦。蒸汽處理前后對(duì)零件標(biāo)準(zhǔn)影響不大，氧化物層深度或許在0.51～1.27mm[9]，標(biāo)準(zhǔn)通常增加約0.005～0.01mm[10]，在技能和設(shè)備都沒(méi)有嚴(yán)苛的懇求，公司較簡(jiǎn)略滿(mǎn)意其處理?xiàng)l件，處理時(shí)對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，能耗不高，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

3．蒸汽處理機(jī)理

Fe在不相同的條件下，或許會(huì)生成三種氧化物，即FeO、Fe2O3、Fe3O4，F(xiàn)eO不安穩(wěn)，且具有多孔構(gòu)造，F(xiàn)e2O3是非常疏松的氧化物，它們兩者與鐵基體的結(jié)合力都不強(qiáng)，不利于跋涉零件的硬度、氣密性等，蒸汽處理應(yīng)避免其生成，F(xiàn)e3O4是一種硬質(zhì)化合物，是蒸汽處理所期望得到的氧化物。影響蒸汽處理的要害參數(shù)有：蒸汽處理溫度即爐中的溫度、保溫時(shí)間和通入爐中的水蒸汽量，根據(jù)零件的技能懇求，經(jīng)過(guò)控制這三個(gè)參數(shù)來(lái)控制蒸汽處理的質(zhì)量。令H2O%/H2%=K，K就是水汽平衡常數(shù)，在570℃上下和不相同的蒸汽量或許會(huì)發(fā)生下面5個(gè)可逆反應(yīng)[6]：

570℃以下，         3Fe+4H2O?Fe3O4+4H2             反應(yīng)①

570℃以上，K值較低：Fe+H2O?FeO+H2                 反應(yīng)②

570℃以上，K值較高：3FeO+H2O?Fe3O4+H2             反應(yīng)③

570℃以下, ③未完成：4FeO→Fe3O4+Fe                  反應(yīng)④

K值很大時(shí)：2 Fe3O4+H2O?3Fe2O3+H2                   反應(yīng)⑤

若蒸汽處理按反應(yīng)①進(jìn)行，蒸汽與鐵基材料發(fā)生反應(yīng)生成一種粘附性的蘭黑色氧化物，即Fe3O4，此是蒸汽處理時(shí)的志趣反應(yīng)，是咱們想要得到的，例如在550℃，K=0.5時(shí)，即發(fā)生該反應(yīng)。反應(yīng)②是在溫度跨過(guò)570℃，在蒸汽量較低時(shí)發(fā)生，反應(yīng)③是在反應(yīng)②的基礎(chǔ)上發(fā)生的，咱們單從反應(yīng)效果上看，都生成了Fe3O4和H2，兩者沒(méi)有什么不相同，但實(shí)習(xí)是不相同的，由于FeO與鐵基體的結(jié)合力較弱，在此基礎(chǔ)上生成的Fe3O4難以健旺的黏附于基體上，若反應(yīng)②生成的FeO沒(méi)有進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)③生成Fe3O4，在降溫時(shí)570℃以下會(huì)發(fā)生反應(yīng)④，這種效果相同也達(dá)不到蒸汽處理的目的。當(dāng)K值很大時(shí)，比如500℃，K=19，或許會(huì)發(fā)生反應(yīng)⑤，生成的Fe3O4或許會(huì)進(jìn)一步反應(yīng)生成Fe2O3。

4．蒸汽處理技能流程

蒸汽處理的技能流程通常為：1)拋光-2) 除油污-3)清水洗-4)烘干-5)蒸汽處理-6)浸油-7)送檢。除油污包括超聲波清洗、除銹清洗等，有些零件還有煮油，煮油的目的是鏟除零件內(nèi)部的水分，避免有些零件生銹。有些流程根據(jù)實(shí)習(xí)狀況可以省去，1～4為前處理，前處理首要目的是除去零件的表面油污、鐵銹、切削液、拋光液等，增加表面活性，是為了確保蒸汽處理的質(zhì)量，6是后處理，首要目的是防銹，7是對(duì)效果進(jìn)行查驗(yàn)，確保零件蒸汽處理的效果符合懇求。

蒸汽處理的詳細(xì)進(jìn)程是：將恰當(dāng)工件放入夾具內(nèi)，在爐溫抵達(dá)350～370℃時(shí)裝入爐中，10～15min后（估計(jì)工件的溫度在150℃以上，以避免蒸汽凝集）通電加熱，隨即通入蒸汽，這時(shí)，應(yīng)完全翻開(kāi)排氣閥，進(jìn)氣壓堅(jiān)持在0.2～0.3MPa，以便清掃爐膛中的空氣，排氣10～15min，調(diào)度排氣閥，跋涉爐膛蒸汽壓力到0.3～0.5MPa，進(jìn)氣壓力相應(yīng)地跋涉到0.4～0.6MPa，然后直接升溫到540～570℃，保溫60～200min，保溫時(shí)間根據(jù)裝爐量的多少和經(jīng)歷判定。保溫時(shí)蒸汽壓力堅(jiān)持不變。保溫結(jié)束，應(yīng)立即翻開(kāi)排氣閥，進(jìn)氣壓力可恰當(dāng)加大，斷電，爐冷到300℃，連續(xù)輸入蒸汽，出爐空冷。假定裝爐量較大，一次處理出來(lái)的氧化膜顏色較淺，可采用兩次蒸汽處理，以加深顏色，跋涉表面質(zhì)量。要留心的操作事項(xiàng)有：首要裝料有必要合理，這是確保處理質(zhì)量的條件，然后是清洗去油污有必要潔凈，終究一道水清洗，水有必要呈中性水質(zhì)，接著是清洗后的入爐進(jìn)程，操作有必要活絡(luò)，通入蒸汽量要大，再次在通入蒸汽前，有必要先清掃管道中的污水，避免沾在零件上構(gòu)成缺陷，終究為了確保安全，出爐時(shí)，最佳將蒸汽，電源堵截，然后出爐。

5．蒸汽處理質(zhì)量檢查

蒸汽處理后的零件表面現(xiàn)已生成了一層氧化膜，為了確保膜的質(zhì)量，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢查，包括外觀(guān)檢查、耐磨性檢查、抗腐蝕性檢查等，檢查合格的零件依照技能懇求處理，不合格的零件，分析其發(fā)生的要素，再次進(jìn)行拋光等處理，從頭蒸汽處理。

外觀(guān)查驗(yàn)是在光線(xiàn)滿(mǎn)意的條件下，用雙眼查詢(xún)，零件表面呈均勻的黑色或微帶藍(lán)的黑色，但由于零件化學(xué)成分及蒸汽處理的時(shí)間溫度不相同，顏色也會(huì)略有不相同。全部零件表面不允許有未氧化的部位、花斑、銹斑、附著的沉淀物、赤色附著物，不允許零件表面上出現(xiàn)腐蝕，可以參照《電鍍手冊(cè)》、《黑色金屬化學(xué)保護(hù)層的外觀(guān)》等。

零件蒸汽處理后，檢查時(shí)應(yīng)按GB/T 12609 -2005《電堆積金屬掩蓋層和有關(guān)精飾計(jì)數(shù)查驗(yàn)抽樣程序》從檢查批中隨機(jī)抽取樣品，氧化膜質(zhì)量的檢查是根據(jù)零件的運(yùn)用條件及客戶(hù)的懇求，根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查的，均勻度及膜層厚度可以選用掃描電子顯微鏡查驗(yàn)；耐磨性可以運(yùn)用NOS-ISO壹型磨耗試驗(yàn)機(jī)，選用Q/OJS0001－1995標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)合力也稱(chēng)氧化膜疏松度，可以用5%中性硫酸銅滴在去油后的工件光滑表面，以在15min內(nèi)不閃現(xiàn)銅色為合格，粗糙面及邊沿鋒芒處則以5分鐘內(nèi)不閃現(xiàn)銅色為合格； 耐腐蝕性選用鹽霧試驗(yàn)[11]，在25℃下，用0.05%氯化鈉水溶液作為腐蝕劑，30 min噴一次鹽霧；可以參看的標(biāo)準(zhǔn)有： GB/T 15519-2002《化學(xué)轉(zhuǎn)化膜 鋼鐵黑色氧化膜 標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)辦法》、兵工民品工作標(biāo)準(zhǔn)WJ 535-2007 《炮彈、火箭彈、導(dǎo)彈、引信、火工品鋼零件堿性氧化膜層標(biāo)準(zhǔn)》和WJ 534-2007《 炮彈、火箭彈、導(dǎo)彈、引信、火工品鋼零件加熱氧化膜層標(biāo)準(zhǔn)》、航空工業(yè)工作標(biāo)準(zhǔn)HB 5062-1996《鋼鐵零件化學(xué)氧化(發(fā)藍(lán))膜層質(zhì)量查驗(yàn)》、GB5936-1986《輕工產(chǎn)品黑色金屬化學(xué)保護(hù)層的查驗(yàn)辦法》、美國(guó)國(guó)防部軍標(biāo)MID-DLT-13924D標(biāo)準(zhǔn)、德國(guó)DIN50938標(biāo)準(zhǔn)等。

6．多見(jiàn)疑問(wèn)和處理辦法

粉末冶金辦法出產(chǎn)零件，每一道工序都要對(duì)其進(jìn)行查驗(yàn)，不合格的產(chǎn)品絕不流入下道工序，蒸汽處理也不破例。查驗(yàn)處理后的零件，通常會(huì)出現(xiàn)一些質(zhì)量疑問(wèn)，下面對(duì)多見(jiàn)的質(zhì)量疑問(wèn)的要素進(jìn)行分析，并提出對(duì)應(yīng)的處理辦法，表1是對(duì)其進(jìn)行概括總結(jié)。

表1 蒸汽處理鐵基粉末冶金多見(jiàn)疑問(wèn)及處理辦法

蒸汽處理經(jīng)歷需要長(zhǎng)時(shí)間探求和累積，除了表1中列出的要素外，在蒸汽處理進(jìn)程中還要留心以下細(xì)節(jié)，才調(diào)確保零件的合格率。

比如蒸汽處理時(shí)，其它條件完全相同，產(chǎn)品堆積辦法不相同，蒸汽處理的效果就或許不相同。產(chǎn)品堆積有兩種狀況：擺放有序和隨意堆積。擺放有序就是要根據(jù)產(chǎn)品的大小和形狀方案相應(yīng)的裝料工裝，產(chǎn)品分層擺放、相互之間留有一定的空位，為蒸汽處理質(zhì)量的一致性和均勻性供給了確保，還可以避免產(chǎn)品相互間的磕碰。隨意堆積就是將產(chǎn)品裝入一個(gè)框籃內(nèi)，產(chǎn)品擺放方位、相互之間空位不判定，對(duì)爐內(nèi)蒸汽活動(dòng)辦法和溫度均勻性就會(huì)發(fā)生不相同，故對(duì)產(chǎn)品蒸汽處理的效果就會(huì)不相同。

其二，蒸汽壓力和流量的影響。在實(shí)習(xí)連續(xù)出產(chǎn)中，溫度基本上是設(shè)定不變的，通常在550℃-570℃方案，電器主動(dòng)控制，是相對(duì)安穩(wěn)的；蒸汽通常選用蒸汽發(fā)生器發(fā)生，進(jìn)氣壓力會(huì)有一定的不堅(jiān)決，比如設(shè)定的是0.40MPa，通常會(huì)在0.25～0.45MPa之間不堅(jiān)決，它是蒸汽發(fā)生器本身選擇的；控制蒸汽的進(jìn)氣流量，比如進(jìn)氣流量懇求是6m3/h，實(shí)習(xí)上會(huì)有一定的不堅(jiān)決和過(guò)失，減小進(jìn)氣流量的不堅(jiān)決過(guò)失，可選擇合恰當(dāng)程的表面、跋涉表面如壓力表、流量計(jì)的精度來(lái)處理；要想減小蒸汽壓力和流量的不堅(jiān)決方案，應(yīng)選用加大蒸汽發(fā)生器的功率和容量來(lái)確保。一起要確保爐體的密封，通常會(huì)由于爐蓋邊沿的翹曲、爐沿的不平坦影響爐蓋壓緊，構(gòu)成蒸汽從邊沿冒出，爐內(nèi)氣壓不安穩(wěn)。

還有就是裝爐量，這是需要很準(zhǔn)確控制的。由于通常出產(chǎn)進(jìn)程中擬定的蒸汽處理技能是不變的，假定每次裝爐量不相同，會(huì)致使蒸汽處理產(chǎn)品的質(zhì)量不相同。裝爐量過(guò)多和過(guò)少，都會(huì)使產(chǎn)品表面色澤不相同，甚至出現(xiàn)有有些產(chǎn)品表面發(fā)紅、標(biāo)準(zhǔn)不一致等質(zhì)量疑問(wèn)，這是由于裝爐量不相同致使蒸汽與產(chǎn)品接觸面積、加熱速度、爐內(nèi)空氣成分的改動(dòng)構(gòu)成的。

總的來(lái)說(shuō)，就是產(chǎn)品要擺放有序，減小蒸汽壓力和流量過(guò)失，準(zhǔn)確控制裝爐量，就能較好的控制產(chǎn)品不出現(xiàn)質(zhì)量疑問(wèn)。