在鐵基粉末冶金零件生產(chǎn)中，零件材料必須具有的許多性能與組織結(jié)構(gòu)都是在燒結(jié)過(guò)程中形成的，但其中一些性能只有通過(guò)后續(xù)熱處理，才能得到改進(jìn)與完善。因此，熱處理對(duì)于鐵基粉末冶金零件產(chǎn)業(yè)是極其重要的一項(xiàng)技術(shù)。
鐵基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，但由于粉末冶金零件具有一定量孔隙度與合金化元素的微觀分布可能不均一，因此，粉末冶金零件的熱處理工藝可能有所不同。關(guān)于孔隙度對(duì)汽車中網(wǎng)爆閃燈零件材料熱處理性能的影響，經(jīng)幾十年的探索與實(shí)踐，已有較清楚地認(rèn)識(shí)，摘要介紹如下。
1孔隙度對(duì)鐵基粉末冶金零件整體淬火的影響
大部分鐵基粉末冶金零件，為了增高強(qiáng)度、硬度及耐磨性，都需要進(jìn)行整體淬火，即淬火與回火。需要進(jìn)行整體淬火的鐵基粉末冶金零件，其化合碳含量應(yīng)≥0.3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），并且在圖1中的A3溫度以上呈奧氏體狀態(tài)。
圖1碳鋼的熱處理相圖
鐵基粉末冶金零件的整體淬火由以下3道工序組成：
奧氏體化。在具有和化合碳含量相當(dāng)碳勢(shì)的保護(hù)性氣氛下，將零件加熱到高于A3溫度，通常為850℃，并保溫一定時(shí)間，其長(zhǎng)短視零件形狀及尺寸而定。諸如30min，使之奧氏體化。
淬火。從奧氏體化溫度或稍低，但仍高于A3的溫度，將零件淬于油或水中，使奧氏體轉(zhuǎn)變成硬且脆的馬氏體或貝氏體。對(duì)于鐵基粉末冶金零件，最好是淬于溫油（50℃）中，這是因?yàn)榉勰┮苯鹆慵哂锌紫抖?，淬火冷卻速度太快時(shí)，零件可能開裂。另外，采用鹽水淬火時(shí)，淬火后，存留于孔隙中的鹽水會(huì)導(dǎo)致零件嚴(yán)重腐蝕。
回火。依據(jù)GB/T19076-2003“燒結(jié)金屬材料-規(guī)范”鐵基粉末冶金零件通常是在180℃（燒結(jié)鎳鋼為260℃）下回火，回火時(shí)間通常是依據(jù)零件斷面厚度，按每25.4mm回火1h。其目的是消除奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體與貝氏體時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力?；鼗鹂蓽p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(duì)粉末冶金Fe-C材料淬透性的影響
淬透性的定義是，快速冷卻時(shí)，在一給定深度，材料試樣從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的能力。淬透性通常是用頂端淬火法測(cè)定的。為測(cè)定燒結(jié)碳鋼的淬透性，由水霧化鐵粉與0.9%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）石墨粉的混合粉，用壓制-燒結(jié)制成Φ80mm×高30mm，密度為6.0～7.1g/cm3的坯料[化合碳0.8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）]。再由坯料切削加工成頂端淬火試樣，于870℃，在中性氣氛中，奧氏體化30min后水淬。從淬火端每隔2.5mm測(cè)定一次表觀硬度HRA。同時(shí)，還和由C-1080鍛鋼切削加工的頂端淬火試樣進(jìn)行了對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果示于圖2。
圖2燒結(jié)碳鋼與常規(guī)C-1080碳鋼的頂端淬火淬透性比較[2、3]
從圖2可看出，材料試樣的密度（即孔隙度）對(duì)淬透性有若干影響。首先，孔隙度減低材料的熱導(dǎo)率，這是因?yàn)榭紫吨谐錆M空氣，而空氣的熱導(dǎo)率比鋼小。另外，由于硬度壓痕和材料基體中的孔隙度相關(guān)，從而也影響測(cè)定的硬度值。圖2還表明，淬透性差不多隨著燒結(jié)鋼材料密度增大呈直線性增高。因此，在設(shè)計(jì)-具有給定材料密度的粉末冶金碳鋼零件時(shí)，對(duì)于選擇使零件橫截面能全部轉(zhuǎn)變成馬氏體的合適材料組成，圖2是有用的。
1.2鐵基粉末冶金材料的淬透性標(biāo)準(zhǔn)
在設(shè)計(jì)-鐵基粉末冶金零件時(shí)，要想使粉末金零件的橫截面經(jīng)過(guò)淬火-回火轉(zhuǎn)變成馬氏體，就必須依據(jù)材料的淬透性來(lái)選擇適當(dāng)?shù)牟牧稀?/div>
燒結(jié)鋼試棒是用霧化鐵粉混入0.90%石墨，經(jīng)壓制、燒結(jié)而成，密度為6.0～7.1g/cm3。
于870℃在中性氣氛中奧氏體化30min后水淬。從淬火端每隔2.5mm測(cè)量一點(diǎn)
就鐵基粉末冶金材料而言，除上述的孔隙度影響材料的淬透性外，添加于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(guó)金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會(huì)（MPIF）在1997年第一次發(fā)布了鐵基粉末冶金材料的淬透性標(biāo)準(zhǔn)，見表1。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)ASTMA255頂端淬火試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)制定的。
硬度與深度的關(guān)系曲線是用HRA硬度標(biāo)尺作出的。端淬深度是指在試樣上從淬火端到硬度值低于65HRA處的深度（每間隔1.6mm（1/16英寸）取一硬度讀數(shù)）。倘若試樣表面的硬度未達(dá)到65HRA，則將其端淬深度（深度J）列為<1。J65若為2，就表明端淬深度為2×1.6mm=3.2mm。鑒于表2中列出的淬透數(shù)據(jù)都是用表觀硬度測(cè)定的，因此，測(cè)定的結(jié)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(duì)材料在同一密度條件下進(jìn)行比較。
2合金含量對(duì)鐵基粉末冶金材料淬透性的影響
汽車中網(wǎng)廠評(píng)定MPIF標(biāo)準(zhǔn)35“粉末冶金結(jié)構(gòu)零件材料標(biāo)準(zhǔn)”中的材料熱處理性能的粉末冶金技術(shù)中心（CPMT）最近的協(xié)調(diào)工作證實(shí)，燒結(jié)零件名義組成的含碳量（指化合碳）為0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，熱處理的材料性能最好，隨著燒結(jié)體密度與合金含量增高，其可進(jìn)一步減小。含碳量較高的零件淬火時(shí)，變形、脆化及淬裂的幾率增大。圖3示二種預(yù)合金化粉末冶金鋼的這種效應(yīng)與化合碳含碳增高的關(guān)系。圖4示，由于添加銅與鎳，粉末冶金材料淬透性的改進(jìn)。圖4中所示4種組成的試樣都是在生產(chǎn)條件下燒結(jié)到密度為6.7g/cm3，淬火與回火的。
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