烧结是粉末冶金中最重要的过程。在烧结过程中，由于温度的变化，粉末压坯的颗粒之间会发生粘结等物理和化学变化，从而提高烧结产品的电阻率、强度、硬度和密度，降低孔隙率，并使晶粒结构致密化。

一.定义

加热粉末或生坯以获得增强和致密产品的方法和技术。

二。烧结分类

根据致密化机理或烧结工艺条件，烧结可分为液相烧结、固相烧结、活化烧结、反应烧结、瞬时液相烧结、超固相烧结、疏松烧结、电阻烧结、电火花烧结、微波烧结和浸渍烧结。

1.固相烧结:按其组分的数量可分为单元体系固相烧结和多元体系固相烧结两种。

单位固相烧结是在低于熔点(一般为绝对熔点的2/3-4/5)的温度下，对纯金属、成分固定的化合物或均匀固溶体的松散粉末或压坯进行粉末烧结。

单位固态烧结过程大致可分为三个阶段:

(1)低温阶段(t烧毛0.25T熔化)。发生主要金属的回收、吸附的气体和水的挥发以及压坯中成型剂的分解和去除。由于压制时的弹性应力在回复时消除，粉末颗粒间的接触面积相对减少，随着挥发物的消除，烧结体没有明显收缩，甚至略有膨胀。在这个阶段，烧结体的密度基本保持不变。

(2)中温阶段(T烧(0.4~)。. 55t移动。再结晶开始，粉末颗粒表面的氧化物被完全还原，颗粒的接触界面形成烧结颈。烧结体的强度明显提高，但密度增加缓慢。

(3)高温阶段(T烧2 0.5 1)。. 85t熔体)。这是单位制固相烧结的主要阶段。扩散和流动充分进行并接近完成，使得烧结体中大量的闭孔逐渐收缩，气孔数量减少，烧结体的密度明显增加。保温一定时间后，各项性能稳定。

(2)多组分固相烧结:在低于低熔点组分熔点的温度下，由两种以上组分构成多组分固相烧结的粉末体系的粉末烧结。

多组分固相烧结除了单元体系的固相烧结现象外，由于组分之间的相互作用和作用，还存在一些其他的现象。对于组分互不相溶的多元体系，烧结行为主要由混合粉末中含量较多的粉末决定。比如铜石墨混合粉末的烧结主要是铜粉之间的烧结，石墨粉阻碍铜粉之间的接触，影响收缩，对烧结体的强度和韧性有一定的影响。对于可以形成固溶体或化合物的多组分体系的固态烧结，除了相同组分之间的烧结之外，还会发生不同组分之间的相互溶解或化学反应。由于不同的组分系统，一些烧结体收缩，一些膨胀。异质扩散对合金的形成和均匀化起着决定性的作用，一切有利于异质扩散的因素都能促进多元体系的固态烧结过程。例如使用更细的粉末，提高粉末的混合均匀性，使用部分预合金化的粉末，提高烧结温度，消除粉末颗粒表面的吸附气体和氧化膜等。

2.活化烧结:是指采用物理或化学手段降低烧结温度，缩短烧结时间，提高烧结体活化烧结性能的一种粉末冶金方法。活化烧结工艺可分为物理活化烧结工艺和化学活化烧结工艺。

物理活化烧结:物理活化烧结过程是依靠周期性地改变烧结温度，施加机械振动、超声波和外加应力来促进烧结过程。

化学活化烧结工艺:(1)预氧化烧结。(2)改变烧结气氛的成分和含量。(3)在粉末中加入微量元素。(4)用超细粉末和高能球磨粉末进行活化烧结。活化烧结主要用于烧结钨、钼、铼、铁、钽、钒、铝、钛和硬质化合物材料。

活化过程烧结过程是一个物理化学反应过程，其烧结反应速率常数K可用下式[1]表示:K=AexP(-Q/RT)，其中a为& ldquo频率因子& rdquo内在不变；q是烧结过程的活化能；t是烧结温度。从上式可以看出，提高烧结温度T，降低烧结活化能Q，提高A值，都可以提高烧结速度。活化是指降低烧结活化能Q的烧结方法。

实现活化烧结的途径主要从三个方面实现:(1)改变粉末的表面状态，提高粉末表面的原子活性和扩散能力。(2)改变粉末颗粒接触界面的特性，改善原子扩散路径。(3)改善烧结过程中材料的迁移方式。[2]

活化剂的选择标准(1)。活化剂在烧结过程中形成低熔点液相(2)。活化剂在基质中的溶解度应低，而基质组分在活化剂中的溶解度应高。(3)活化剂应该在烧结过程中在基质颗粒之间分离，为基质组分之间的材料迁移提供通道。

3.烧结气氛

为了控制周围环境对烧结产品的影响，调整烧结产品的成分，在烧结中使用了以下不同功能的烧结气氛:

1.氧化性气氛，包括纯氧、空气体、水蒸气等。用于贵金属烧结、氧化物弥散强化材料和一些含氧化物颗粒的电接触材料的内氧化烧结、预氧化活化烧结；

2.还原性气氛，包括氢气、分解氨、煤气、转化天然气等。用于还原被氧化的金属，保护金属在烧结过程中不被氧化，广泛用于铜、铁、钨、钼等合金制品的烧结；

3.惰性或中性气氛，包括氮气、氩气、氦气和真空空等。

4.渗碳气氛，即CO、CH4等烃类气体，能使铁和低碳钢渗碳；

5.氮化气氛，即NH。和一些合金系统的N2。对于不同的合金，上述分类可以不同。在烧结过程中，可以在不同阶段使用不同的气氛。

4.烧结和防氧化

如果气氛是烧结的，主要控制气氛的露点。露点过高，大气水分含量高，会导致氧化。如果是真空烧结，主要控制真空度，保证炉子的密封性能。

动词 （verb的缩写）烧结系统

烧结系统包括加热、高温烧结和冷却。在烧结过程中，根据需要，温度可以快速或缓慢升高。可以直接加热到最高烧结温度，也可以分阶段逐步加热。例如，在预烧结或去除成型体和润滑剂的情况下，烧结温度和保持时间由金属特性和产品尺寸决定。冷却还包括缓冷、急冷、淬火。

不及物动词粉末的变化

在烧结过程中，粉体发生以下一系列变化:表面吸附的水或气体挥发或分解；应力松弛；发生恢复和重结晶；原子在颗粒表面、晶界或晶内扩散，使颗粒间的结合由机械结合逐渐变为冶金结合，化学成分均匀化；液相存在时，发生颗粒重排，固相物质溶解沉淀，液相网络为物质输送提供了快速通道。在这些过程的综合作用下，可以获得满足一定物理、化学和几何特性的材料或零件。

七。烧结的影响因素

烧结过程受许多因素影响，这些因素可分为三类。

第一类与材料的温度特性有关，包括自由表面能、界面能和体积自由能，以及晶格、晶界和表面扩散系数。

第二类是粉体特性，包括有效接触面积、表面活性、体积活性、接触面取向等。

第三类是外部因素，包括烧结气氛、烧结温度、烧结保温时间、升温和降温速率、颗粒表层的附着层状态。

八。烧结装置

常用的烧结设备有箱式炉、管式炉、马弗炉、碳管炉、感应炉、推钢炉、带式炉、辊道炉、反射炉等。，可分为间歇式、半连续式和连续式。采用的加热方式为电阻加热，加热元件采用镍铬合金、铁铬铝合金、钨、钼、碳化硅、硅化钼。也可以用碳管通电加热，有时也可以利用煤饼本身的电阻。感应加热的应用也很普遍。除了电能，天然气、燃油和煤也可以用作热能。根据温度、升温和降温速率、气氛和连续生产的要求，选择烧结炉和加热方式。

九。烧结时间的确定

烧结的时间和温度要根据不同的材料来确定，温度是它们熔点的80%左右。

X.例子

粉末冶金高速钢，简称粉末冶金高速钢，或PM高速钢。采用粉末冶金(热状态下雾化粉末等静压)制成致密坯料，然后进行锻造、轧制等热变形，获得高速钢型材，简称粉末高速钢。高速钢的粉末组织均匀，晶粒细小，消除了熔铸高速钢不可避免的偏析，因此比同成分的熔铸高速钢具有更高的韧性和耐磨性，还具有热处理变形小、锻造和磨削性能好等优点。高速钢粉末中的碳化物含量大大超过铸造高速钢的允许范围，使硬度提高到HRC67，从而进一步提高耐磨性。如果直接用烧结致密化或粉末锻造的方法制造尺寸接近成品的工具、模具或零件的毛坯，可以达到节省人工、材料、降低生产成本的效果。虽然粉末高速钢的价格高于同成分的熔铸高速钢，但由于其性能优越，使用寿命长，用于制造拉刀、齿轮滚刀、铣刀等价格昂贵的多刃刀具时，仍具有显著的经济效益。

优势

与铸锻高速钢相比，粉末冶金高速工具钢因其独特的制造工艺而具有一系列优异的性能:

1)无偏析、细晶粒和细小碳化物；2)良好的热加工性能；3)良好的可磨性；4)热处理变形小；5)良好的机械性能(韧性、硬度、高温硬度)；6)扩大了高速钢的合金含量，创造了新的超硬高速钢；7)扩大了应用领域。

XI。粉末冶金材料及制品的未来发展方向；

1.典型铁基合金将向大批量精密产品和高质量结构件发展。

2.制造组织均匀、难加工、完全致密的高性能合金。

3.具有混合相成分的特殊合金通过增强致密化工艺制成。

4.制造异质材料、非晶、微晶或亚稳合金。

5.加工独特的和非通用的复合零部件。