粉末冶金法的优缺点范文

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关键词：VC铁基复合材料 粉末冶金法 原位内生相法

随着机械制造业的迅速发展，对于耐磨性材料提出了更高的要求：首先要求耐磨性材料具有一定的韧性和较大的强度；其次要求在常温情况下具有较强的抗磨性和在高温工作条件下仍能保持较高的抗磨性。使用一种材质已经无法满足要求，急需一种介于硬质合金和高速钢的新型材料出现，兼有硬质合金的硬度、耐磨性和钢的强度、韧性。硬质合金虽然技术上比较成熟，但其价格较贵，限制了它在大众民用工业中的应用。此外，由于W，Co的资源缺乏，价格不要影响TiC颗粒的尺寸大小；微量的Cu、Ni合金有利于TiC颗粒的形成；在合金熔体中，Ti和C原子合成TiC颗粒，形核并长大直到TiC与熔体达到平衡。

目前，在研究铁基复合材料方面，国内外专家研究的主要是WC/Fe、TiC/Fe复合材料，另外也有以氮化物、硼化物及金属间化合物增强体来增强铁基材料，并不常见。目前应用最成熟最广的铁基复合材料是碳化钨钢结硬质合金、TiC钢结硬质合金，这两种合金各有优缺点。TiC和VC均具有高硬度、高模量、高熔点、热力学稳定性高等特点，因而被广泛用作复合材料的增强相。此外，钒在钢中常被用来细化钢的组织，提高晶粒粗化温度，降低钢的过热敏感性，增强钢的韧性、强度。国内应用最早，最广泛的碳化钛合金是GT35，在光学显微镜下，TiC粒子多是圆形的并且边缘整齐，而在电子显微镜下TiC的粒子的边缘不整齐，有很多细小的凸起，每个小的凸起的形状均呈现针尖。WC是金属碳化物间隙相，是具有简单六方点阵的过渡族，大晶粒棱边在电子显微镜下呈现形状比较锋锐，而小晶粒棱形状角比较钝。WC的尖角形态从钢基硬质相的粒子形态上看容易降低合金的摩擦系数，但克服冷焊现象不如TiC有利。但WC与TiC相比有较强的塑性，因此对与钢结硬质合金来说，WC型的韧性要比TiC型的韧性要强。根据硬质相在合金中的分布图来看，在TiC钢结硬质合金中，经常发现使合金变脆的碳化钛环形结构，有时候会占据合金结构的大部分面积。该结构是由于碳化钛烧结温度高，使得小的碳化钛晶粒在钢基体中溶解，然后在较大的碳化钛上析出，长大，最后在钢的基体周围形成一个环行结构。与碳化钛钢结硬质合金相比，WC钢结硬质合金的组织中有着较严重的碳化钨晶粒“桥接”现象，即把碳化物晶粒桥接起来的非钢基体组织，它会导致合金机械性能、加工性能变差。上面两种组织的缺陷都可以通过对合金锻打使其增强。从碳化钨的润湿性来看能完全被铁族金属润湿，在铁中的溶解程度远比TiC高，故而WC钢结硬质合金可以在真空的条件下或在氢气条件下烧结，降低生产成本、提高成品率、提高产品质量稳定性、断口的致密性，而碳化钛合金烧结仅能在真空条件下烧结。铁基复合材料现阶段的制备工艺主要用的方法有两种：粉末冶金法和铸造原位合成法。铸造原位合成法局限性：熔体的流动性随着增强体量的增加会降低，从而使增强相所占的体积比例增加；由于熔体的密度和增强相差距较大使增强相在铸造原位合成的过程中，造成不均匀的增强相分布，易偏析；而碳化物颗粒容易长大在高温熔体中；碳化物的形态容易恶化在铸造过程中，如生成些碳化物共晶等。

采用粉末冶金和原位内生相结合的方法，优点是：使其增强体分布更加均匀；增加了增强相体积分数。而缺点是：在产生过程中存在着界面污染，从而使得铁基体与增强体的润湿性变差；烧结致密化较差，形成较差碳化物的形态，并且存在长大现象或者桥接现象。

相对于其他材料VC与铁的润湿性较好，烧结温度低，同时对于V、Ti资源十分丰富的攀西地区。因而以铁为基体、VC颗粒为增强相的复合材料的研制和开发有着广阔的的前景。由于属于同一周期的过渡金属V和Ti，且其原子序数相差1，它们能产生的碳化物都具有熔点高、硬度高和稳定的化学性，因此VC可作为铁基复合材料的理想增强体，目前国内外专家学者对VC铁基复合材料的研究相对较少。世界上共生于钒钛磁铁矿的钒资源占己探明钒资源储量的98%，钒钛磁铁矿资源储量最多的在我国攀西地区，探明储量大约100亿吨，占我国储量90.54%的攀钢公司自投产以来，已累积了高钛型炉渣大约5000多万吨，钒钛资源如何合理利用是攀钢公司面临的一个非常重要的课题，因而开展利用粉末冶金原位合成法制备Fe—VC复合材料研究对我国攀西地区钒钛资源的合理发展，促进地区经济的腾飞发展具有重大意义。

参考文献：

[1]尤显卿，钢结硬质合金硬质相种类与含量选择[J]，硬质合金

[2]石建国，粉末冶金反应合成碳化钒颗粒增强铁基复合材料制备工艺基础研究

[3]游兴河，WC在WC/钢基复合材料中的溶解行为[J]，复合材料学报

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关键词:模具材料 热处理工艺 合理选择

中图分类号:TG76 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(b)-0097-01

当今社会,是个工业极大发展的社会,大批量的生产,使模具也孕育而生。在工业中的广泛使用,大大地提高了产量,更好地满足了人们的需求。随着经济与社会的发展,模具在我们的生活中越来越被人们关注,尤其在工业生产中得到了最大程度的应用。在被广泛应用的过程中,模具自身得到了极大的发展,并且为经济的进步加大筹码。谈及模具,我们不得不联想到模具材料,模具材料是模具制造的基础。

对于模具材料的分类,根据模具服役条件大致可分为冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢三类。我们以冷作模具钢为例,冷作模具包括冷冲压模,冷挤压模、冷镦模和冷冲裁模等,在分离过程中模具切削刃的发热温度偏高,达200摄氏度,在加工过程中常受到拉伸、压缩、弯曲、冲击和摩擦等机械力的作用,因此,会出现断裂、变形、磨损等难题。所以,冷模具材料必须具备抗断裂、抗变形、抗弱化、抗咬和以及耐疲劳等良好的使用性能。由此可见,冷作模具钢其有利也有弊,其他两大类—— 热作模具钢、塑料模具钢亦然。

而生活中和工业中常见的模具材料有哪些呢？

1 碳素工具钢

碳素工具钢在我国被大量生产和使用。碳素工具钢的的优点是:可锻性好、退火易软化、切削加工性好,价格又便宜。不足之处:淬透性低,需要用水作冷却介质,所以,碳素工具钢更容易变形和断裂。根据碳素工具钢自身的优缺点,我们可以知道,对于大型的模具它相当不适合,制作尺寸不大、受力较小、形状简单以及变行要求不高的模具显得更为恰当,这样提高了资源的利用率。

2 高碳高铬模具钢

高碳高铬模具钢具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性,不易变形,为高耐磨微变形模具钢,承载能力比高速钢稍低。但碳化物偏析严重,必须进行反复镦拔、改锻,改变碳化物的不均匀性,方能提高使用性能。

3 高速钢

钼系高速钢因其自身的热塑性高,强韧性高等优势,而得到更广泛的使用,在冷作模具大批量和精度生产中占据着重要地位。

4 超硬高速钢

超硬高速钢是为了适应难切削材料的需要而发展起来的。主要为了进一步提高硬度和热硬度。但另一方面的难题也随之而出现。它加工困难、韧性差、抗弯曲能力差。超硬高速钢之所以硬度大,是由于其碳含量高。而碳含量一旦高了,就容易出现过烧现象,韧性差等缺陷。

5 基体钢

何为基体钢？先看看它的定义:在高速钢的基本成分上添加少量的其它成分,适当增减含碳量,以改善钢的性能,这样的钢种统称为基体钢。它是一种强韧性冷作模具钢,具有以上几种钢的全部优点,与此同时,其生产成本也低于高速钢,基体钢的出现,堪称是模具材料的一重大发现。

6 硬质合金和钢结硬质合金

硬质合金的硬度和耐磨性比其它任何种类的模具钢都高,但它的抗弯强度和韧性都比较差。钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末做粘合剂以碳化钛或碳化钨为硬质相,用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢,可以切削、焊接、锻造和热处理。

以上六种均属冷作模具钢。热作模具钢主要用于制造使金属在高温下塑性成形的模具。

常见的塑料模具钢主要有渗碳钢、碳素结构钢、易切削顶硬钢、时效硬化钢、冷空微变形和耐腐蚀塑料模具钢。

7 热处理工艺

模具本身的制造成本高,尤其是一些精密复杂的冷冲模、塑料模、压铸模等。采用热处理技术提高模具的使用性能,能够大幅度提高模具寿命,有显著的经济效益,我国常用的模具热处理工艺有以下几种。

7.1 真空热处理

模具钢经过真空热处理后有良好的表面状态,变形小。主要原因是在真空加热时,模具钢表面呈活性状态,不脱碳,不产生阻碍冷却的氧化膜。在真空下加热,使钢的表面有脱气效果,因而具有较高的力学性能,炉内真空度越高,抗弯强度越高。真空淬火后,钢的断裂韧性有一定的提高,模具寿命比常规工艺提高40%以上,冷作模具真空淬火技术已在实际中得到较为广泛的使用。

7.2 深冷处理

模具钢经深冷处理后,可以提高其力学性能,从而提高了使用寿命。模具钢的深冷可以在淬火和回火工序之间进行,也可在淬火回火之后进行深冷处理。深冷处理能提高钢的耐磨性和抗回火稳定性。深冷处理不仅用于冷作模具,也可用于热作模具以及硬质合金。

7.3 模具的高温淬火和降温淬火

有些热作模具钢采用了高于常规淬火的温度加热淬火,可以减少钢中碳化物的数量、改善其形态等,淬火后,延长了模具使用寿命。

7.4 化学热处理

化学热处理能提高模具表面的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性等性能。大多数的化学热处理工艺均可用于模具钢的表面处理。采用高温回火的合金钢模具,均可在回火的同时进行表面渗氮或氮碳共渗。渗氮工艺目前多采用离子渗氮、高频渗氮等工艺。离子渗氮可缩短渗氮时间,并可获得高质量的渗层。离子渗氮可提高压铸模的抗蚀性、耐磨性、抗热疲劳性等性能。压铸模、热挤压模经氮碳共渗后可提高其热疲劳性能。氮碳共渗对冷镦模、冷挤压模、冷冲模等均有较好的应用效果。

7.5 渗硼和渗金属

渗硼,应用最多的是固体渗硼,固体渗硼后,表层的硬度很大,耐磨性高,耐腐蚀性和抗氧化性能都较好。渗硼工艺常用于各种冷作模具上,由于耐磨性的提高,模具寿命可提高数倍或十余倍。采用中碳钢渗硼有时可取代高合金钢制作模具。渗硼也可应用于热作模具,如热挤压模等。

7.6 高能束热处理

高能束热处理的热源通常是指激光、电子束等。它们的共同特点是:加热速度快,加热面积可根据需要选择,工件变形小,不需要冷却介质,处理环境清洁,可控性能好,便于实现自动化处理。在提高模具寿命方面获得了广泛应用。

8 结语

我国模具热处理的研究开发,使一些新的模具热处理技术在不同程度上得到推广和应用。随着科学技术的进步,我国的模具热处理工艺也将会越来越精湛。

参考文献

[1] 赵昌盛,居建村．模具材料的选用与使用寿命[J]．模具制造,2003(7):52～5.

[2] 蔡美良,丁惠麟．孟沪龙,等．新编工模具钢金相热处理[M]．北京:机械工业出版社,2000,2:75．

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论文摘 要 分析机械制造技术基础课程的教学现状，针对教学中存在的问题和该课程的教学特点，探讨机械制造技术基础的教学改革方法，以期促进机械制造技术基础课程教学质量的提高。

机械制造技术基础是高等本科教育中机械类及近机类专业的一门重要专业基础课程，是一门讲述有关机械产品制造过程的综合性技术课程。在本校的相关专业教学大纲中规定该课程的教学内容由工程材料及成形技术和机械制造技术两大部分构成：工程材料及成形技术部分讲述现代工业常用材料（金属、高聚物、陶瓷、复合材料等）和热加工工艺基础（铸造、锻造、焊接、粉末冶金、热处理等）的相关知识；机械制造技术部分讲述机械加工工艺基础的相关知识。课程的教学目的是通过本课程的学习，要求学生能总体地了解和把握机械制造活动，掌握金属切削过程基本规律和机械加工的基本知识，能合理选择材料、毛坯制备、机械加工方法，具有产品质量、公差与配合的基本知识，初步具有解决生产现场工艺问题，决策制造模式方面的能力。

1 机械制造技术基础的教学现状

机械制造技术基础是一门传统的课程，多年来人们积累了许多宝贵的教学经验和教学方法，教学质量也得到一定的提高和改善，但由于其教学内容比较抽象、复杂且涉及实际生产经验等特点，还存在一些问题。

1.1 教学手段的不正确使用

随着科学技术的发展，许多先进的教学手段进入课堂教学，如幻灯片、投影仪、语音设备、多媒体等。最初将这些手段引入教学的目的是使教学内容化繁为简，化难为易，由抽象变为直观，便于观察和认识，有利于学习和掌握教材，提高教学速度和质量。目前，教学过程中存在两种极端情况：一种是有些教师，特别是经验较少的青年教师，在教学过程中把这些设备当做减轻备课任务的一种工具，如把所有内容都打进PPT，上课过分依赖PPT，以此减少备课时间；另一种是有些教师对这些教学手段过于排斥，认为他们的应用会分散学生的注意力，仍然采用传统的教学方式，即讲授+板书，这样一来教学过程显得过分呆板，课堂气氛不活跃，很多抽象的东西如机床的结构、加工过程等使学生难以理解，渐渐失去学习的热情。

1.2 实验与金工实习时间安排不合理，不足以理论联系实践

机械制造技术基础这门课是一门与实践密切相关的专业基础课，材料在不同工作环境中的各种特性、设备的各种结构、工艺的各种优缺点及在生产中可能会造成的后果等，学生必须结合大量实践经验才能更好地理解，很多操作步骤和原理听起来很费解，但只要到车间或现场看一眼就不难明白。已有的教学模式将理论和实践在时空上分离，先将理论全部学完再实践，或先实践完再进行理论学习。缺少工程实践的理论教学，由于学生缺少感性认识而变得十分难解，处于云里雾里的迷糊状态；没有理论支撑的工程实践必然只能停滞在获得一些感性知识和操作技能的较低的层次上[1]。

1.3 考核方式欠合理

目前机械制造技术基础这门课程的学习效果评价方式绝大多数仍然以书面答卷的方式进行，如此一来，学生在学习过程中单纯地追求卷面分数，与考试相关的内容就重视，与考试无关的内容就不重视。有的甚至平时根本不听课，连书本都不翻，凭考前“临时抱佛脚”来死记硬背书中的一些概念、术语和简单理论来达到修完这门课程的目的。这样一来，学生考完这门课后，什么也没学到，什么也没得到。

1.4 教学内容相对陈旧

机械制造技术基础的教学内容主要涉及传统知识的介绍，缺乏先进性和时代感，导致一些学生主观上认为该课程无用而对它产生排斥思想[2]。尽管有些负责任的教师在教学中采用各种不同挂图、实物模型、动画等方法以适应不同章节的教学需要，仍难以取得较好的教学效果。 转贴于

2 机械制造技术基础的教学改革方案

针对机械制造技术基础课程教学中存在的问题，为了激发学生对本课程的学习兴趣，提高教学质量，提出教改措施。

2.1 有效地选用灵活多变的教学方法

为了保证课程教学质量，宜采用灵活多变的教学方法和手段。例如，讲解一些机床结构、刀具夹具结构等知识时，仅靠教师的理论讲述无法使学生完全理解，通过采用直观教学、现场教学和电化教学等手段，利用实验室的机械装备，可在短时间解决黑板上难讲透的问题[3]。此外，还可以通过交互式、讨论式、研究式和启发式教学方法，营造师生互动的教学环境，增强学生的学习积极性和学习热情[4]。

2.2 充分发挥实践在教学过程中的作用

机械制造技术基础不同于纯粹的理论课，它具有很强的实践性和应用性。实践效果对教学质量的好坏起到重要的作用。根据学校已有或周边生产工厂的条件，将理论教学和生产实践结合起来，通过实践与学习相互穿插的方式，或者理论教学与现场教学并行的方式，使学生的参与意识和工程能力大为增强，不仅能很好地消化所学的理论知识，而且能提高解决工程实际问题的能力。

2.3 采用合理考核方式

高等教育应为国家培养对社会有用的人才。卷面考试成绩的好坏很难全面说明一个人能力的高低。宜采用合理的考核方式，使学生在学习过程中不再单纯为了通过考试而功利地受迫学习，而是自觉、勤奋、紧张地学习，真正在知识、能力和素质等多方面得到全面的提高。为此可以对学生在实践环节、设计环节、课堂环节、答辩环节、操作环节等分别进行考核，从而较全面地考核学生对该门课程的学习情况。

2.4 强化教学内容和专业发展的动态结合

科学技术日新月异，新的机械制造方法不断涌现。要提高学生的学习兴趣，在备课时教师宜结合具体教学内容，及时收集学科最新的发展态势，介绍一些与之相关的最新的材料、成形、制造等方面的相关知识，使学生在感受到现代先进制造技术的同时理解学习传统知识的重要性，增加对这门课的学习兴趣。此外，还可以让学生在课后自己收集感兴趣的前沿科技，培养自学能力。

2.5 加强师资队伍建设

要实现良好的教学目标，过硬的师资队伍是关键。机械制造技术基础的课程性决定了该课程的教师不仅要具有扎实的专业理论功底，也要具有较熟练的实践技能，更要具有理论与生产结合的综合能力。许多教师，虽然理论知识丰富，但实际生产经验不足，动手操作能力有所欠缺，呈现出“纸上谈兵”的局面。因此，在建设师资队伍过程中，通过合理安排培训内容和时间、参加项目开发等方式，加强他们综合能力的提高[5]。

3 结束语

提高机械制造技术基础的教学质量是现代社会和经济发展的要求，是培养合格人才不可缺少的一部分。机械制造技术基础教学应围绕教学目的，针对教学特点，从教学内容、教学模式、教学手段及考核方式等多方面努力实施改革，才能增强教学效果，使学生满足社会对他们的要求。

参考文献

[1]周建中，汤宁荷.面向学生职业生涯的《机械制造技术》教学改革探讨[J].黑龙江科技信息，2009(34):197.

[2]罗小林，包家福.《机械设计基础》课程教学内容改革的探讨[J].广西大学学报:自然科学版，2002(6):93-97.

[3]王书元，王克明.《机械制造工艺学》教学改革的思考[J].黑龙江科技信息，2009(18):171.