粉末压制_材料成型技术基础PPT教案
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4.1.3 压制成形
压制成形的基本工序：称粉、装粉、 压制、保压及脱模等。 （1）钢模压制 常温下，用机械式压力机 或液压机，以一定的比压将钢模内的松 装粉末成形为压坯的方法。 （2）流体等静压制 利用高压液体同时从 各个方向对粉末第2材0页/共料60施页 加压力的成形方
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制品 其他处理加工
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4.1.1 金属粉末的制取及其特性
(1)金属粉末的制取 1）矿物还原法：金属矿石在一定冶金条
件下被还原后，得到一定形状和大小的 金属料，然后将金属料经粉碎等处理以 获得粉末。 2）电解法：采用金属盐的水溶液电解析 出或熔融的金第属11页盐/共6电0页解析出金属颗粒或
2）钨钴钛类（TY）：主要组成为碳化钨、 碳化钛（TiC）和钴。
此类硬质合金含有比碳化钨更硬的碳 化钛，硬度高，热硬性也较好，切削加工 时刀具表面形成氧化钛薄膜，切屑不易粘 附，适宜制作切削高韧度钢材的刀具。
常用牌号：第Y42页T/共56、0页YT10、YT15
3) 钨钽类（YW）：主要组成为碳化钨、碳 化钛、碳化钽（TaC）和钴。 特点：抗弯强度高。制作的刀具用于加工 不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工的材料。 常用牌号：YW1、YW2
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2000年亚洲粉末冶金零件应用市场分布%
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粉末压制的特点
1）能生产其他方法不能或很难制造的制品 2）材料利用率很高 3）经济效益高 4）适合大批量零件生产，原材料价格昂
贵，设备投资大
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粉末压制生产技术流程
原材料粉末 添加剂
配混 压制成形 烧结
这些金属常用还原法或从其他冶金方法 得到金属粉末。
第46页/共60页
（2） 耐热合金材料 以钴镍铁等为基的耐热合金材料由于
机加工比较困难，金属消耗量大，也常采 用粉末冶金法制造。
组织细致均匀，高温蠕变强度与抗拉 强度比铸造材料高。
第47页/共60页
（3）其他材料 通过粉末冶金还能获得在特殊条件
或核能工业中所使用的材料。 如弥散强化型材料（金属陶瓷材料、
其产品有刹车片、离合器片等，用于制动与传递扭 矩。
粉末摩擦材第料39页主/共6要0页 分为铜基与铁基两
4.2.4 硬质合金
硬质合金 将难熔的金属碳化物（碳 化钨、碳化钛等）和金属粘结剂（钴、镍 等）粉末混合，压制成形，并经烧结而成 的一类粉末压制制品。
硬质合金硬度高、热硬性好，耐磨性好，用硬质合金制作刀 具，寿命可提高5－8倍，切削速度比高速钢高十几倍。
（2）复压 复压 将烧结后的粉末压制件放入模具中压 一次。起一定的校形作用。
第30页/共60页
（3）粉末金属锻造
利用粉末冶金提供坯料，然后将其进 行模锻加工。
（4） 精压
精压 烧结后进行锻造和冲压整形的工序。
精压后空隙度接近为零，提高制品的性能 和使用寿命。
（5）其他处理
浸油、机械加工、喷砂、
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弥散型合金材料）。
第48页/共60页
4.3 粉末压制零件的结构特征
第49页/共60页
粉末压制零件结构设计原则
（1） 压制坯件应能顺利从模具中取出 （2）避免压制件出现窄尖部分 （3）零件壁厚尽量均匀，台肩尽可能少，
高宽比不超过2.5（保证压坯密度均匀） （4） 制品尺寸精度及表面精度
第50页/共60页
广泛用于工模具和结构零件。
第44页/共60页
（2）粉末压制高速钢 没有偏 析，制品寿命提高一倍，并具有一定加 工性能。
第45页/共60页
4.2.6 耐热材料及其它材料
（1）难熔金属耐热材料 难熔金属：熔点越过2000度以上的金属。
如钨（3380℃）、钽（2600℃）、铌 （2468℃）
3）粒度分布 不同大小颗粒的相对含量。分布广制品密 度愈高，性能愈好，尤其是边角强度。
4）技术特征 松装密度（松装比）单位容积自由松装粉末的质量。 流动性 50g粉末在流动仪中自由流完所需的时间。 压制性 压缩性和成形性
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4.1.2 粉末配混
根据产品配料计算并按特定的粒度分 布把各种金属粉末及添加物进行充分地混 合，此工序通过混粉机完成。
烧结含油轴承工作原理示意图
第36页/共60页
（2）金属塑料减磨材料 粉末压制多孔制品与聚四氟乙烯、二硫化 钼或二硫化钨等固体润滑剂复合制成，是 一种具有良好综合性能的无油润滑减磨材 料。 特点：工作时不需润滑油，工作温度范围 较宽，能在真空、水和其他液体中工作。
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4.2.3 多孔性材料及摩擦材料
第23页/共60页
第24页/共60页
4.1.4 压坯烧结
压坯通过高温加热，粉粒间原子发生 扩散等过程，使压坯粉粒接触面结合起来， 成为一体。
烧结过程在专用的烧结炉中进行，主 要技术因素为烧结温度、保温时间、与炉 内气氛。
第25页/共60页
烧结的基本过程
接触点
烧结开始
中间阶段
最终阶段
第26页/共60页
固相烧结与液相烧结
固相烧结 粉粒在高温下仍然保持固态。 烧结温度 T烧结=（2/3～3/4）T熔点
液相烧结 烧结温度超过其中某组成粉粒的 熔点，高温下出现固、液共存状态，烧结 体将更为致密坚实，进一步保证了烧结体 品质。
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液相烧结过程
第28页/共60页
烧结过程生产的缺陷
1）翘曲：由于烧结时没有支撑好压坯，或压 坯体中的密度分布不均所致。
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美国金属粉末工业联合会（MPIF）将粉末冶金定义为：
制造金属（或无机非金属）粉末和利用金 属（或无机非金属）粉末生产大块材料和 一定形状零件的方法。 （The arts Of producing metal powders and Of the utilization Of metal powders for the production of massive materials and shaped objects）。
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典型的粉末冶金技术包括粉末制备和 粉末材料成形两大类。 粉末制备 雾化技术、化学还原技术、溶 胶凝胶技术等； 成形 烧结技术、热等静压、粉末注射成 形、激光快速成形等。
第4页/共60页
粉末冶金在零部件制造和材料合成方面 具有近形成形（少、无切削）、材料显 微组织细小、成分均匀等优点，而且能 够制造传统铸造方法无法制备的材料， 如多孔材料、复合材料、难熔金属材料 和陶瓷材料。因此粉末冶金零部件由于 原材料利用率高（达95%），制造成本 低，材料综合性能好。
2）过烧：温度过高或保温时间过长，导致翘 曲、压坯胀大或压坯内部晶粒成长过大。
3）分解反应及多晶转变 4）粘接剂残留物
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4.1.5 烧结后的其他处理及加工
(1) 渗透（熔渗） 渗透 将低熔点金属或合金渗入到多孔烧结 制品的孔隙中去的方法。制品密度高，组 织均匀细致，塑性和韧性有较大提高，但 费用较贵。
（3）三向压制 综合单向钢模压制和等静 压制的特点。其压坯的密度和强度超过用 其他成形方法，适用于成形规则零件，如 圆柱形、正方形、长方形等。
另外，可利用挤压与轧制直接从粉末
状态生产挤压制品或轧制新产品，如杆件、
棒料等。
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压制质量可由压制密度、强度、精 度来衡量。 密 度 一般 压力↑；松装比↑；粉末的硬度和强 度↓；成形速度↓；→ 密度↑。 强 度 压力↑，强度↑。
粉末压制_材料成型技术基础
会计学
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1
4.1 粉末压制成形过程
粉末压制(粉末冶金) 金属粉末(金属 和非金属粉末的混合物)做原料，经压制 成形后烧结，制造各种类型零件和产品的 加工方法。
颗粒材料兼有液体和固体的双重特性， 即整体具有一定流动性和每个颗粒本身的 塑性，利用此性质实现粉末成形，获得所
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在汽车工业中广泛采用粉末压制制造 零件。
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4.2.2 粉末压制轴承材料
(1) 含油轴承材料 利用粉末压制材料制作的多孔性浸渗
润滑油的减磨材料，用作轴承、衬套等。
空隙度高含油多润滑好，强度低，适宜于低载、中 速条件工作；空隙度低含油少，强度高，适宜于中高载 荷，低速条件工作。
第35页/共60页
(1) 多孔性材料 多孔性材料制品有过滤器、热交换器、 触媒及灭火装置等。
过滤器是最典型的制品，主要用来过滤燃料油、 交换空气、以及化学工业上过滤液体与气体等。常 使用的粉料有青铜、镍、不锈钢等。
第38页/共60页
(2) 摩擦材料 烧结材料结构上的多孔性和复合材料
特点，可制成摩擦系数大，耐磨性、耐热 性及导热性好摩擦材料
3）雾化法：将熔化的金属液通过喷射气流、 水蒸气或水的机械力和急冷作用使金属熔 液雾化，而得到的金属粉末。
4）机械粉碎法：钢球或硬质合金球对金属块 或粒原料进行球磨，适宜于制备一些脆性 的金属粉末，或者经过脆性化处理的金属 粉末。
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第14页/共60页
（2）金属粉末的特性
根据要求选择不同成形过程
1）压制+烧结 2）压制+烧结+复压 3）压制+预烧结+精压+烧结 4）压制+预烧结+精压+烧结+复压
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4.2 粉末压制产品及应用
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4.2.1 粉末压制机械结构零件
粉末压制机械结构零件又称烧结结构 件，这类制品在粉末冶金工业中产量最大、 应用面最广。
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4.2.5 粉末压制钢结硬质合金及高速钢
（1）钢结硬质合金
钢结硬质合金是通过钢胶结碳化物，在钢的基体 上分布大量的一次碳化钨的金属基复合材料，碳化钨 30～50%，其余为钢。
具有一定的锻造、焊接、热处理及机械加工等技术 性能；力学性能保持了合金钢和硬质合金的基本特性， 且有所发展。
1）化学成分 粉末的组分、杂质和气体含 量
2）颗粒形状和大小 形状影响技术特征， 通常粉粒以球状或粒状为好；大小以粒度 表示。 颗粒直径表示粒度：
150μm以上 粗粉第15页/共4060～页 150 μm 中等粉
筛分法粒度表示
目=每英寸长度上的筛 孔数
M 25.4 ad
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第17页/共60页
硬质合金还广泛用于制作模具、量具和耐磨零件等。
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硬质合金分类
1）钨钴类（YG）：主要组成为碳化钨（WC） 和钴Co），有较好的强度和韧度，适宜制 作切削脆性材料的刀具。含钴越高，强度和 韧度越好，而硬度、耐磨性降低，一般多用 作粗加工。 常用牌号： YG3、YG6、YG8等
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4.1.3 压制成形
压制成形的基本工序：称粉、装粉、 压制、保压及脱模等。 （1）钢模压制 常温下，用机械式压力机 或液压机，以一定的比压将钢模内的松 装粉末成形为压坯的方法。 （2）流体等静压制 利用高压液体同时从 各个方向对粉末第2材0页/共料60施页 加压力的成形方
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制品 其他处理加工
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4.1.1 金属粉末的制取及其特性
(1)金属粉末的制取 1）矿物还原法：金属矿石在一定冶金条
件下被还原后，得到一定形状和大小的 金属料，然后将金属料经粉碎等处理以 获得粉末。 2）电解法：采用金属盐的水溶液电解析 出或熔融的金第属11页盐/共6电0页解析出金属颗粒或
2）钨钴钛类（TY）：主要组成为碳化钨、 碳化钛（TiC）和钴。
此类硬质合金含有比碳化钨更硬的碳 化钛，硬度高，热硬性也较好，切削加工 时刀具表面形成氧化钛薄膜，切屑不易粘 附，适宜制作切削高韧度钢材的刀具。
常用牌号：第Y42页T/共56、0页YT10、YT15
3) 钨钽类（YW）：主要组成为碳化钨、碳 化钛、碳化钽（TaC）和钴。 特点：抗弯强度高。制作的刀具用于加工 不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工的材料。 常用牌号：YW1、YW2
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2000年亚洲粉末冶金零件应用市场分布%
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粉末压制的特点
1）能生产其他方法不能或很难制造的制品 2）材料利用率很高 3）经济效益高 4）适合大批量零件生产，原材料价格昂
贵，设备投资大
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粉末压制生产技术流程
原材料粉末 添加剂
配混 压制成形 烧结
这些金属常用还原法或从其他冶金方法 得到金属粉末。
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（2） 耐热合金材料 以钴镍铁等为基的耐热合金材料由于
机加工比较困难，金属消耗量大，也常采 用粉末冶金法制造。
组织细致均匀，高温蠕变强度与抗拉 强度比铸造材料高。
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（3）其他材料 通过粉末冶金还能获得在特殊条件
或核能工业中所使用的材料。 如弥散强化型材料（金属陶瓷材料、
其产品有刹车片、离合器片等，用于制动与传递扭 矩。
粉末摩擦材第料39页主/共6要0页 分为铜基与铁基两
4.2.4 硬质合金
硬质合金 将难熔的金属碳化物（碳 化钨、碳化钛等）和金属粘结剂（钴、镍 等）粉末混合，压制成形，并经烧结而成 的一类粉末压制制品。
硬质合金硬度高、热硬性好，耐磨性好，用硬质合金制作刀 具，寿命可提高5－8倍，切削速度比高速钢高十几倍。
（2）复压 复压 将烧结后的粉末压制件放入模具中压 一次。起一定的校形作用。
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（3）粉末金属锻造
利用粉末冶金提供坯料，然后将其进 行模锻加工。
（4） 精压
精压 烧结后进行锻造和冲压整形的工序。
精压后空隙度接近为零，提高制品的性能 和使用寿命。
（5）其他处理
浸油、机械加工、喷砂、
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弥散型合金材料）。
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4.3 粉末压制零件的结构特征
第49页/共60页
粉末压制零件结构设计原则
（1） 压制坯件应能顺利从模具中取出 （2）避免压制件出现窄尖部分 （3）零件壁厚尽量均匀，台肩尽可能少，
高宽比不超过2.5（保证压坯密度均匀） （4） 制品尺寸精度及表面精度
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广泛用于工模具和结构零件。
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（2）粉末压制高速钢 没有偏 析，制品寿命提高一倍，并具有一定加 工性能。
第45页/共60页
4.2.6 耐热材料及其它材料
（1）难熔金属耐热材料 难熔金属：熔点越过2000度以上的金属。
如钨（3380℃）、钽（2600℃）、铌 （2468℃）
3）粒度分布 不同大小颗粒的相对含量。分布广制品密 度愈高，性能愈好，尤其是边角强度。
4）技术特征 松装密度（松装比）单位容积自由松装粉末的质量。 流动性 50g粉末在流动仪中自由流完所需的时间。 压制性 压缩性和成形性
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4.1.2 粉末配混
根据产品配料计算并按特定的粒度分 布把各种金属粉末及添加物进行充分地混 合，此工序通过混粉机完成。
烧结含油轴承工作原理示意图
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（2）金属塑料减磨材料 粉末压制多孔制品与聚四氟乙烯、二硫化 钼或二硫化钨等固体润滑剂复合制成，是 一种具有良好综合性能的无油润滑减磨材 料。 特点：工作时不需润滑油，工作温度范围 较宽，能在真空、水和其他液体中工作。
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4.2.3 多孔性材料及摩擦材料
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4.1.4 压坯烧结
压坯通过高温加热，粉粒间原子发生 扩散等过程，使压坯粉粒接触面结合起来， 成为一体。
烧结过程在专用的烧结炉中进行，主 要技术因素为烧结温度、保温时间、与炉 内气氛。
第25页/共60页
烧结的基本过程
接触点
烧结开始
中间阶段
最终阶段
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固相烧结与液相烧结
固相烧结 粉粒在高温下仍然保持固态。 烧结温度 T烧结=（2/3～3/4）T熔点
液相烧结 烧结温度超过其中某组成粉粒的 熔点，高温下出现固、液共存状态，烧结 体将更为致密坚实，进一步保证了烧结体 品质。
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液相烧结过程
第28页/共60页
烧结过程生产的缺陷
1）翘曲：由于烧结时没有支撑好压坯，或压 坯体中的密度分布不均所致。
第2页/共60页
美国金属粉末工业联合会（MPIF）将粉末冶金定义为：
制造金属（或无机非金属）粉末和利用金 属（或无机非金属）粉末生产大块材料和 一定形状零件的方法。 （The arts Of producing metal powders and Of the utilization Of metal powders for the production of massive materials and shaped objects）。
第3页/共60页
典型的粉末冶金技术包括粉末制备和 粉末材料成形两大类。 粉末制备 雾化技术、化学还原技术、溶 胶凝胶技术等； 成形 烧结技术、热等静压、粉末注射成 形、激光快速成形等。
第4页/共60页
粉末冶金在零部件制造和材料合成方面 具有近形成形（少、无切削）、材料显 微组织细小、成分均匀等优点，而且能 够制造传统铸造方法无法制备的材料， 如多孔材料、复合材料、难熔金属材料 和陶瓷材料。因此粉末冶金零部件由于 原材料利用率高（达95%），制造成本 低，材料综合性能好。
2）过烧：温度过高或保温时间过长，导致翘 曲、压坯胀大或压坯内部晶粒成长过大。
3）分解反应及多晶转变 4）粘接剂残留物
第29页/共60页
4.1.5 烧结后的其他处理及加工
(1) 渗透（熔渗） 渗透 将低熔点金属或合金渗入到多孔烧结 制品的孔隙中去的方法。制品密度高，组 织均匀细致，塑性和韧性有较大提高，但 费用较贵。
（3）三向压制 综合单向钢模压制和等静 压制的特点。其压坯的密度和强度超过用 其他成形方法，适用于成形规则零件，如 圆柱形、正方形、长方形等。
另外，可利用挤压与轧制直接从粉末
状态生产挤压制品或轧制新产品，如杆件、
棒料等。
第22页/共60页
压制质量可由压制密度、强度、精 度来衡量。 密 度 一般 压力↑；松装比↑；粉末的硬度和强 度↓；成形速度↓；→ 密度↑。 强 度 压力↑，强度↑。
粉末压制_材料成型技术基础
会计学
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1
4.1 粉末压制成形过程
粉末压制(粉末冶金) 金属粉末(金属 和非金属粉末的混合物)做原料，经压制 成形后烧结，制造各种类型零件和产品的 加工方法。
颗粒材料兼有液体和固体的双重特性， 即整体具有一定流动性和每个颗粒本身的 塑性，利用此性质实现粉末成形，获得所
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在汽车工业中广泛采用粉末压制制造 零件。
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4.2.2 粉末压制轴承材料
(1) 含油轴承材料 利用粉末压制材料制作的多孔性浸渗
润滑油的减磨材料，用作轴承、衬套等。
空隙度高含油多润滑好，强度低，适宜于低载、中 速条件工作；空隙度低含油少，强度高，适宜于中高载 荷，低速条件工作。
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(1) 多孔性材料 多孔性材料制品有过滤器、热交换器、 触媒及灭火装置等。
过滤器是最典型的制品，主要用来过滤燃料油、 交换空气、以及化学工业上过滤液体与气体等。常 使用的粉料有青铜、镍、不锈钢等。
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(2) 摩擦材料 烧结材料结构上的多孔性和复合材料
特点，可制成摩擦系数大，耐磨性、耐热 性及导热性好摩擦材料
3）雾化法：将熔化的金属液通过喷射气流、 水蒸气或水的机械力和急冷作用使金属熔 液雾化，而得到的金属粉末。
4）机械粉碎法：钢球或硬质合金球对金属块 或粒原料进行球磨，适宜于制备一些脆性 的金属粉末，或者经过脆性化处理的金属 粉末。
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（2）金属粉末的特性
根据要求选择不同成形过程
1）压制+烧结 2）压制+烧结+复压 3）压制+预烧结+精压+烧结 4）压制+预烧结+精压+烧结+复压
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4.2 粉末压制产品及应用
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4.2.1 粉末压制机械结构零件
粉末压制机械结构零件又称烧结结构 件，这类制品在粉末冶金工业中产量最大、 应用面最广。
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4.2.5 粉末压制钢结硬质合金及高速钢
（1）钢结硬质合金
钢结硬质合金是通过钢胶结碳化物，在钢的基体 上分布大量的一次碳化钨的金属基复合材料，碳化钨 30～50%，其余为钢。
具有一定的锻造、焊接、热处理及机械加工等技术 性能；力学性能保持了合金钢和硬质合金的基本特性， 且有所发展。
1）化学成分 粉末的组分、杂质和气体含 量
2）颗粒形状和大小 形状影响技术特征， 通常粉粒以球状或粒状为好；大小以粒度 表示。 颗粒直径表示粒度：
150μm以上 粗粉第15页/共4060～页 150 μm 中等粉
筛分法粒度表示
目=每英寸长度上的筛 孔数
M 25.4 ad
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硬质合金还广泛用于制作模具、量具和耐磨零件等。
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硬质合金分类
1）钨钴类（YG）：主要组成为碳化钨（WC） 和钴Co），有较好的强度和韧度，适宜制 作切削脆性材料的刀具。含钴越高，强度和 韧度越好，而硬度、耐磨性降低，一般多用 作粗加工。 常用牌号： YG3、YG6、YG8等
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