固相燒結(jié)按其組元多少可分為單元系固相燒結(jié)和多元系固相燒結(jié)兩類。單元系固相燒結(jié)純金屬、固定成分的化合物或均勻固溶體的松裝粉末或壓坯在熔點以下溫度(一般為絕對熔點溫度的2/3~4/5)進(jìn)行的粉末燒結(jié)。單元系固相燒結(jié)過程除發(fā)生粉末顆粒間粘結(jié)、致密化和純金屬的組織變化外,不存在組織間的溶解,也不出現(xiàn)新的組成物或新相。又稱為粉末單相燒結(jié)。
單元系燒結(jié)是指單一成分的粉末或者單一成分粉末壓坯的燒結(jié)。所謂單一成分有如下幾種情況:
①純金屬粉末,如純鐵、純銅、純鉬粉等;
②合金粉末,如不銹鋼粉、青銅粉、黃銅粉等;
③化合物粉末,如WC、MoSi2、Al2O3等。
單元系燒結(jié)的特點是在燒結(jié)中只發(fā)生顆粒之間的冶單元系燒結(jié)的特點是在燒結(jié)中只發(fā)生顆粒之間的冶金結(jié)合,沒有化學(xué)成分和相組織的變化,這類燒結(jié)通常是在其熔點的2/3~4/5溫度下進(jìn)行。
單元系固相燒結(jié)過程大致分3個階段:
1、低溫階段
T燒=0.25T熔,主要發(fā)生金屬的回復(fù)、吸附氣體和水分的揮發(fā)、壓坯內(nèi)成形劑的分解和排除。由于回復(fù)時消除了壓制時的彈性應(yīng)力,粉末顆粒間接觸面積反而相對減少,加上揮發(fā)物的排除,燒結(jié)體收縮不明顯,甚至略有膨脹。此階段內(nèi)燒結(jié)體密度基本保持不變。
2、中溫階段
T燒=(0.4~0.55)T熔,開始發(fā)生再結(jié)晶、粉末顆粒表面氧化物被完全還原,顆粒接觸界面形成燒結(jié)頸,燒結(jié)體強度明顯提高,而密度增加較慢。
3、高溫階段
T燒=(0.5~0.85)T熔,這是單元系固相燒結(jié)的主要階段。擴散和流動充分進(jìn)行并接近完成,燒結(jié)體內(nèi)的大量閉孔逐漸縮小,孔隙數(shù)量減少,燒結(jié)體密度明顯增加。保溫一定時間后,所有性能均達(dá)到穩(wěn)定不變。
粉末冶金零件生產(chǎn)中所指的燒結(jié)溫度一般是指高溫?zé)Y(jié)階段的溫度,其具體溫度的確定要根據(jù)燒結(jié)零件的熔點高低、密度和孔隙度的要求以及力學(xué)性能和物理性能的要求。燒結(jié)溫度越高,原子的擴散速度越大,結(jié)果對燒結(jié)頸的長大、燒結(jié)體的收縮、孔隙的球化越有利,燒結(jié)零件的性能也越高。