粉末冶金顆粒容易自動粘合或結塊,特別是非常細的粉末,即使在室溫下經過相當長的時間也能逐漸結塊。粉末毛坯在高溫下,顆粒之間發生粘合,是我們常說的燒結現象,粉末燒結后,燒結體強度增加。首先,顆粒之間的連接強度提高,即連接面的原子之間的重力增大。在粉末或粉末壓坯內,粒子之間接觸面上能達到原子重力范圍的原子數量是有限的。但是在高溫下,原子振動的振幅會增大,擴散,接觸面上有更多的原子進入原子作用力的范圍,形成粘合面,隨著粘合面的增大,燒結體的強度也會提高。
燒結體強度的增加也反映在孔隙體積和孔總數的減少和孔洞形狀的變化上,使用球形粒子表示孔形狀的變化??椎拇笮『蛿盗恳苍谧兓?。也就是說,孔的數量減少,平均孔大小增加,小孔比大孔更容易縮小和消失。
粒子粘結面的形成一般不會導致燒結體收縮,因此致密化并不意味著燒結過程的開始,只有燒結體強度提高,這才是發生燒結的明顯標志。隨著燒結礦的生長,總孔隙體積減少,粒子之間的距離縮短,燒結礦的致密化過程實際上開始了。因此,粉末的等溫燒結過程可以根據時間分為三個界限不明顯的階段。
(1)結合階段——燒結初期,粒子之間的原始接觸點或面會轉換成晶體結合,通過成核、晶體生長等原子過程形成燒結木。在這個階段,粒子內的粒子保持不變,粒子形狀也幾乎不變,整個燒結體不收縮,密度增加也很小,但燒結體的強度和導電性因粒子結合面的增加而明顯增加。
(2)燒結生長階段——原子大量移動到粒子結合面,使燒結木變大,粒子之間的距離變窄,形成連續的孔網。同時,隨著晶界的成長,晶界將越過空位移動,被晶界掃平的地方,空穴將大量消失。燒結體收縮、密度和強度增加是現階段的主要特征。
(3)封閉孔縮小階段——燒結體密度達到90%時,大部分孔完全分離,封閉孔數大幅增加,孔形狀接近球形,繼續縮小。在這個階段,整個燒結體仍然可以緩慢收縮,但主要是小孔的消失和孔數的減少。這個階段可以持續很長時間,但仍然有少量隔離的小孔,不能清除。等溫燒結三階段的相對長度主要由燒結溫度決定。溫度低,只能出現一個階段。在生產條件下,至少要保證第二階段接近完成。溫度越高,出現的第二階段或第三階段越早。
連云港配備4條履帶式燒結爐,履帶式燒結爐是需要帶有燒結保護氣氛的爐,爐子有三個溫度帶。分為預熱帶、高溫帶、冷卻帶。
1. 預熱帶
這里的設定溫度高于壓坯中潤滑劑的分解溫度,于是在該溫度帶,潤滑劑分解成為氣相產物,被燒結氣氛帶出爐體。
2. 溫度帶
完成壓坯的燒結,包括升溫至燒結溫度并保溫一段時間。高溫帶的狀態對確保壓坯性能至關重要,因為正是在高溫帶內。金屬與燒結氣氛發生必要的反應,壓坯內部發生固結,只有足夠的高溫,才能加速完成這些反應。
3. 冷卻帶
燒結好的零件通過冷卻帶逐漸由高溫狀態降低到室溫。無論爐子的加熱方式如何,傳輸零件的方式如何,連續燒結爐都有這三個基本的溫度帶。許多爐子的預熱帶與高溫燒結帶被一個火簾隔開。
壓坯在進入高溫燒結帶之前,一定要將潤滑劑燒除干凈,否則殘留的分解產物(如由硬脂酸鋅分解出來的鋅)會污染爐體并降低產品質量。如果在預熱帶不能完全燒除潤滑劑,壓坯在很純的氣氛或真空中燒結之前,可用另外一臺預燒結爐將潤滑劑燒除掉。
有個不可預見的問題,就是停電,不少廠區設立在比較偏遠的郊區,偶爾面臨停電,那么燒結的零部件則在燒結爐中時間過久導致報廢。