3.4.3.1. Vật liệu trên cơ sởFe, thép bột
Có thểkhẳng định rằng một sốchi tiết máy đã được sản xuất bằng phương pháp luyện kim bột có cơ tính không thua kém gì so với chi tiết bằng thép sản xuất theo phương pháp nấu chảy truyền thống.
Hai yếu tố quyết định chất lượng của chi tiết làm từ bột ép và thiêu kết, đó là khối lượng riêng và thành phần hóa học.
Khối lượng riêng, ta thấy rằng giới hạn bền kéo, giới hạn giãn dài, độ cứng, độ bền mỏi, môđun đàn hồi sẽ tăng lên khi khối lượng riêng tăng. Đối với sắt, thép bột ép và thiêu kết, khối lượng riêng vào khoảng 6,2-7,0 g/cm3 (hoặc độsít chặt tương đối là 80- 90%, cơ tính vào khoảng 50-75% so với sắt, thép nấu chảy tương ứng. Muốn khối lượng riêng vượt quá 7g/cm3(có thểtới 7,6 g/cm3), phải chếtạo bằng cách ép và thiêu kết nhiều lần, giá thành cao hơn, nhưng cơ tính tốt hơn (gần bằng phương pháp nấu chảy). Lực ép thường từ400-800Mpa và nhiệt độthiêu kết từ1100-13000C, thường là 11250C đối với lò liên tục và 1180-12000C đối với lò chu kỳ.
Thành phần hóa học và tính chất của sắt, thép bột, phụ thuộc chủ yếu vào độsít chặt (thể hiện qua khối lượng riêng cao, hay độ xốp nhỏ), nhưng thành phần hóa học của chúng cũng đóng vai trò không kém phần quan trọng.
Các nguyên tố hợp kim trong sắt, thép bột có tác dụng tương tự như đối với sắt, thép thường, ví dụcho thêm một lượng nhỏNi, Cr, Mo, Mn, Cu, ...có tác dụng tăng cơ tính, thêm C tăng khả năng nhiệt luyện (tôi thành tổchức mactenxit), thêm một lượng đủlớn Cr, Ni, Mo thành thép không gỉ,...
Nhiệt luyện thể tích, cách tôi thép từ bột ép và thiêu kết cũng tương t ự như cách tôi thép thường. Ví dụ,đối với thép có lượng cacbon 0,5% và thêm một vài nguyên tốhợp kim với lượng không lớn, có thểtôiở8500C trong dầu, rồi ramở 180-2500C trong thời gian 0,5-1h, sẽcó tác dụng nâng cao cơ tính lên rõ rệt nhưng cũng làm giảm mạnh độ dẻo dai, do vậy ít được áp dụng. Trong thực tế thường chỉ áp dụng các phương pháp nhiệt luyện bềmặt.
Nhiệt luyện bề mặt, các phương pháp thường dùng như tôi bề mặt, tôi bộ phận, thấm cacbon, thấm cacbon-nitơ thểkhí. Ngoài ra còn dùng các phương pháp nhưthấm Zn (ở 375-4000C, tạo ra lớp phủ Zn với chiều dày 30-50µm và bám dính tốt), có tác dụng bảo vệchi tiết khỏi bị ăn mòn trong khí quyển công nghiệp. Các phương pháp mạ điện (Ni, Cd, Zn) cũng được sử dụng với mục đích tương tự. Ngoài ra còn dùng phương
pháp oxy hóa trong hơi nước, được tiến hành ở 5800C trong buồng lò kín chứa hơi nước, sẽ tạo ra lớp Fe3O4mỏng 5-10µm sít chặt, bám dính tốt vào bề mặt chi tiết, có tác dụng tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn,được ứng dụng ví dụ để chế tạo pistông của bộphận giảm xóc thủy lực, đĩa xích, bánh cóc,…Đây cũng là phương pháp rẻtiền đểbịt kín các rỗxốp hởtrên bềmặt chi tiết bột ép và thiêu kết.
3.4.3.2.Vật liệu trên cơ sởbột Cu và hợp kim Cu
Trong số các kim loại màu thì Cu và hợp kim của nó chiếm vị trí quan trọng trong ngành luyện kim bột, trước hết đểchếtạo bạc xốp tự bôi trơn và các tấm lọc (sẽ nói kỹsau), khoảng 25% sản lượng dùng trong kỹ nghệ sản xuất sơn (chất tạo màu). Trong lĩnh vực chếtạo máy nó chỉ đóng vai trò rất khiêm tốn, chủ yếu để chếtạo một số chi tiết máy nhỏ trong các lĩnh vực như điện thoại, máy chụpảnh, máy quay phim, đồng hồ, vũ khí, thiết bịvà dụng cụ điện, điện tử,…
Bột Cu nguyên chất các chi tiết chế tạo từ bột Cu nguyên chất được dùng trong lĩnh vực kỹ thuật điện, đòi hỏi có độ dẫn điện cao bằng 85-90% độ dẫn điện của Cu nguyên chất chế tạo bằng phương pháp nấu chảy (có điện trở suất chuẩn ρ = 1,7241µΩ.cmở 200C). Muốn vậy bột phải có độ sạch cao và lực ép lớn, đảm bảo bột ép có độsít chặt 90-95%.
Bột brông thiếc thường dùng loại có 10%Sn. Nếu ép và thiêu kết bình thường rất khó đạt được độ sít chặt cao do có hiện tượng rộp phồng. Muốn có khối lượng riêng cao (γ= 8,2 g/cm3) và độdẻo cao (δ> 15%) phải dùng cách ép và thiêu kết hai lần.
Bột brông thiếc – niken cho thêm 5% Ni vào brông thiếc có thể tiến hành nhiệt luyện sau thiêu kết (tôi và hóa già) để có được sựhóa cứng tiết pha, nhờnhiệt luyện có thểtạo được cơ tính dao động trong phạm vi rộng. Nói chung muốn chi tiết có độ sít chặt cao (khối lượng riêng lớn) phải áp dụng phương pháp ép và thiêu kết hai lần.
Bột latông, việc thiêu kết latông rất khó vì Zn có khuynh hướng bay hơi mạnh, dễbị mất đi khi thiêu kết trong khí quyển hydro. Phải đềphòng bằng cách đặt chi tiết trong hộp kín, giảm lưu lượng khí H2hoặc tốt nhất là thiêu kết trong khí quyển giàu hơi Zn.
3.4.3.3. Vật liệu trên cơ sởbột nhôm và hợp kim nhôm
Bột nhôm và hợp kim của nó được sửdụng làm chất tạo màu trong kỹ nghệ sơn là chủyếu. Việc dùng chúngở dạng bột ép và thiêu kết rất muộn, do bột Al quá dẻo và bám dính vào thành khuôn, việc thiêu kết cũng khó do Al rất dễbị oxy hóa,…
Các hợp kim Al có ưu điểm là nhẹ va chống ăn mòn tốt trong không khí, nó có thểthay thếcho hợp kim Cu và thép thiêu kết khi chịu tải trung bình (<300 MPa), hoặc thay thếcho một sốchi tiết bằng nhựa khi phải làm việc với chi tiết bằng thép.
3.4.3.4. Vật liệu trên cơ sởbột Titan và hợp kim Titan
Đôi khi xuất phát từ bột Ti nguyên chất, nhưng thường từ hợp kim titan quen biết, ví dụ, loại Ti-6Al-4V tạo hình bằng áp lực ép 700MPa, đạt độ sít chặt không nhỏ
hơn 95%, thiêu kếtở 1200-13000C trong chân không 10-2Pa, rèn với áp lực 200MPaở 9500C,ủlại ở7000C trong 2h.Sau khi làm như vậy có thể đạt độ sít chặt gần 100% và cơ tính cao xấp xỉ bằng hợp kim nấu chảy:σb = 1000-1050 MPa, δ = 10-15%. Những ứng dụng đầu tiên trong chế tạo máy bay (ốc vít, đinh tán,…), trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm đểthay thếthép không gỉ, một sốchi tiết trong tàu ngầm, v.v.