浅析锰在粉末冶金材料中的应用

摘要：锰是重要的工业原料，在粉末冶金材料中有广泛应用。该文概述锰在烧结钢、阻尼合
金、铝合金、钛铝合金、钨基重合金、硬质合金等材料中的应用情况。可以预期，在提高粉末冶
金材料性能与开发粉末冶金新材料的领域中，锰将具有广阔的应用前景

 

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　　关键词

 ：锰粉末冶金应用前景 

　　引言：

 元素锰早在 1774 年就被发现，但是，在钢铁工业中的重要作用直到 1856 年发

明底吹酸性转炉，以及

1864 年发明平炉炼钢法之后，才为人们所认识。现在，锰作为有效

而廉价的合金化元素，已成为钢铁工业中不可缺少的重要原料。约

90%锰消耗于钢铁工业，

用量仅次于铁，其余

10%消耗于有色金属冶金、化工、电子、电池、农业等部门[4，5]。 

　　锰及其化合物是生产粉末冶金材料的常用原料。于

1950 年便已经被人们认识到锰在粉

末冶金材料中的重要性。此后，锰在粉末冶金工业中的应用逐渐扩大。通过开发母合金技术
和预合金技术，开发了含锰系列的高强度烧结钢。并且，在其它粉末冶金材料中作为主要组
元或添加组元，发挥了重要作用。本文就锰在粉末冶金材料中的应用情况进行综述。

 

　　

 

　　一

 锰在高强度烧结钢中的作用 

　　将锰和硅作为合金元素同时添加的低合金烧结钢，表现出良好的强化效果和烧结尺寸
稳定性，价格便宜，具有很强的竞争优势

[7，8]。据相关报道，1250

℃保温 60 min 烧结的

Fe-3.2%Mn-1.4%Si-0.4% C 合金，拉伸强度达 800~1000 MPa。烧结铁和烧结钢主要用于制造
机械零件，在选择合金元素时，必须注意到其对尺寸稳定性的影响。在一般情况下，加入硅
会引起压坯在烧结时收缩，而加入锰则会引起压坯膨胀。同时加入锰和硅，能够较好控制烧
结体的外观形状和尺寸

[9]。在测定的 5 种成分试样的尺寸变化 ΔL/L0 中，发现 Fe-2.0%Si-

2.0%Mn 和 Fe-2.0%Si-4.0%Mn 基本与纯铁相同，尺寸变化为 1.2%~1.4%；而 Fe-4.0%Mn 较
高，约为

1.7%；Fe-2.0%Si 较低，约为 0.7%[10]。其中列举了几种含镍、钼、铜、锰、硅烧结钢

的力学性能，如表

1。可以看出，同时添加锰和硅合金元素的烧结钢具有很高的性能。 

　　

 

　　

 同时，烧结时锰升华并形成蒸气。图 1 给出了 Fe-45%Mn-20%Si 合金在 600~1200

℃条

件下的锰蒸气压。在添加的锰足够多的情况下，锰蒸气填充到压坯空隙中有效防止其它元素
发生氧化

[12，13]，并在铁颗粒表面沉积，通过表面扩散、体积扩散等均匀渗入铁颗粒，甚

至颗粒中心，加快合金化速率

[14]。在对 Fe-2.0%Si-4.0%Mn 试样进行观察，发现有瞬时液

相形成。液相促使合金元素快速扩散，并可能克服母合金颗粒表面氧化物层的抑制作用，使
合金元素达到高度均匀化

[10]。 

　　二

 改善铁基烧结材料的切削加工性能 

　　烧结钢中添加硫化锰（

MnS）后能有效减小切削力，改善其切削加工性能[22~26]。在

铁基材料中，硫化锰是一种脆性的而又有润滑作用的金属夹杂物，其强度远低于铁基体。硫
化锰在材料中的作用相当于孔隙，它破坏铁基体的连续性，降低强度，从而使切削力减小。
韩蕴秋等研究发现

[27]，烧结钢中含有锰、硫元素之后切削性能得到有效的提高，锰和硫含

量分别为

0.318%和 0.21%的 600MS 牌号铁粉，烧结制得样品的平均切削力仅为 295MPa，

远远低于锰、硫含量较低的牌号

SC-100.26 的 688 MPa。尹平玉等的实验结果表明[28]，往

Fe-2%Cu-0.5%Mo-0.6%C 烧结体系中添加硫化锰粉末后，材料的切削性能大大改善。而且，
添加剂对材料的烧结温度、硬度以及尺寸精度均无明显影响。