3.金属粉末的压制

• • • •
粉末颗粒之间 模冲与模壁之间 粉末颗粒与模冲之间 粉末颗粒与模壁之间
压制方式－密度分布
密度分布示意图
类双向压制
浮动阴模
阴模下拉
压制密度经验曲线
• 在较高密度，密度的进 一步增加需要非常大的 压制载荷/压力的增加。 在可行的压制压力下， 铁粉不可能达到全密度 (7.86g/cm3) 。 海绵铁粉和雾化铁粉因 颗粒结构不同，压制行 为各异。
• 圆柱状试样
外径 高度 重量 25 mm 15 mm 50g
• 125吨压机
不同基粉的生坯密度
D. AE Distaloy AE
7,6 7,5 7,4
7,6 7,5 7,4 7,3 7,2 7,1 7 6,9
550 40 700 50 830 60 1000 70 550 40 80 700 50 830 60 1000 70
内径研磨 成品锥环
烧结
1120 C, 20 分钟, 吸热性气氛
车内径 高频淬火 涂Mo
180 mm Weight 466 g
同步器锥环
温压பைடு நூலகம்成本
加热器系统
阴模加热
上模冲加热
送粉靴加热
实景
• 温压是提高产品密度的有效手段，在北 美，欧洲，日本及台湾得到了广泛应用 ，作为发展成熟的一项成型工艺，在中 国大陆有较大的发展潜力。
生坯密度
Distaloy AE + 0,6% graphite
生坯密度
生坯强度
拉伸强度
冲击能
疲劳强度
密度，7,38 Distaloy AE + 0.8% graphite
金相对比
2P2S Cold, 7,39 g/cc
1P1S Warm, 7,37 g/cc
案例－温压斜齿轮
Densmix TM
40 38 Ejection energy (J/cm2 ) 36 34 32 30 28 26 24 22 20 40 550 50 700 60 830 70 1000 Compacting MPa 压制压力 pressure (tsi)
Astaloy 85Mo Astaloy Mo
40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20
润滑好
脱模时的潜在问题
波状裂纹
从阴模脱出时 的弹性后效会 形成波状水平 裂纹
波状裂纹解决措施
补偿压力
边缘倒角
阴模出口锥角
卸载时的潜在问题
• 模冲的不同弹性回 复会导致裂纹形成
•
解决办法： 施加补偿压力，直 到压坯脱出。
成型常见缺陷
粉末与成型过程 粉末流动性 粉末松装密度 粉末压缩性 润滑效果 粉末抗偏析能力 粉末形貌
压制压力 (MPa) 条件: Kenolube 成分 = 0.45% T = 60°C
结论
降低润滑剂含量 提高模具温度 提高压制压力 生坯密度提高
脱模力
50 50 50
40
40
40
脱模能 (J/cm²)
30
30
30
20
20
20
0.30
0.40
0.50
0.60
30
40
50
60
70
80
600
800
1000
结论
• 在阴模温度为60℃时，生坯密度由于以下两个因素而提高： – 阴模温度的提高使粉末润滑性提高（脱模力降低） – 脱模力降低后，就可以通过提高压制压力来提高压制密度 在特定阴模温度下，不同基粉的润滑剂含量需优化设计
•
提高密度
密度的影响
提高压制密度是成型永恒的话题
原料
工艺
温压的理论依据
温压
温压工艺
Densmix
基粉 添加剂 润滑剂
生坯加工
粉末加热
130ºC/266ºF
压制 130ºC/266ºF
烧结
成品
密度 & 力学性能 增加
温度对屈服点的影响
Fe + 1.5% Mo 250 Fe
Yield Point (MPa)
Distaloy AB + 0,3 % C
温压
600 MPa > 7,25 g/cm3 6 件 / 分钟
烧结
1220 C, 60 分钟, 90/10 N2/H2
密度分布 常规压制 温压
表面硬化 成品
案例－同步器锥环
Densmix TM
Distaloy AB + 0,5 % C
温压
640 MPa > 7,20 g/cm3 4 件 / 分钟
550 40 700 50 830 60 1000 70
Astaloy CrM A staloy C rM
40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20
550 40 700 50 830 60 1000 70
压制压力 MPa Compacting pressure (tsi)
压制压力 MPa C p om acting p ressure (tsi)
成型工艺的基本步骤
装粉 压制 脱模 结束
成型过程解析－装粉
• 装粉
装粉计算
上冲进入量H1
装粉高度/产品高度 ＝压制密度/装粉密度 装粉高度－产品高度 ＝上冲进入量
产品高度H2
阴模下拉量H3
装粉计算
UP UP H1 t1 t2 Die LIP LOP H2 Die FD= 3.2g/cm3 GD= 7.2g/cm3 H1=GD/FD*t1 H2=GD/FD*t2 UPentry=H2-t2 范例: t1=10mm t2=25mm H1=22.5mm H2=56 mm UPentry= 31mm
LOP LIP
CR
装粉
• 模腔内各部位粉料充填均匀 • 避免充填起尘引起偏析
• 粉末流动性良好，松比稳定 • 合理的充填方式
装粉常见问题
充填方式
振动
单边过盈
欠充填
过充填
吸入充填
重力充填
粉末移送
粉末移送
成型过程解析－压制
• 压制
压制过程示意图
压制前 搭桥破坏 颗粒重排 弹塑性变形
压制存在的摩擦力
温模压制的理论依据
降低润滑剂含量 保证润滑性能
试验1
圆柱状试样
外径 高度 重量 25 mm 15 mm 50g
参数: Kenolube 含量 0.3 - 0.6% 压制压力 600 – 1000 MPa 阴模温度 30 – 80°C 测试: 生坯密度 脱模力
生坯密度
7.50 7.50 7.50
•
•
成型过程解析－脱模
• 脱模
脱模阻力的来源
理想液体 σ r = 1 σ a
绝对刚体 σ r = 0 σ a
σ 0 > σ
粉体
r a
<1
轴向压力与径向压力的关系
模型
实际
脱模力
• 因为残余径向 应力的存在， 粉末压坯的脱 模需要很大的 力。
良好润滑状况下的脱模力
润滑好
润滑不好时的脱模力
润滑不好 • 模壁磨损或润滑不 够，导致压坯与模 壁间产生冷焊作用 ，脱模力增大。
Kenolube 成分 (%) 条件: T = 60°C 压制压力 = 800MPa
阴模温度 (°C) 条件: Kenolube 成分 = 0.45% 压制压力 = 800MPa
压制压力 (MPa) 条件: T = 60°C Kenolube 成分= 0.45%
结论
• 加热阴模提高能润滑效果（同时提高密度） • Kenolube 在阴模温度为60℃ 时润滑效果最好。 • 提高的润滑性能允许降低润滑剂含量，同时允许施加更高的 压制压力。
试验设计－试验2
阴模温度一定时，基粉种类的影响 • 粉末成分
D. AE + 0.3% C + x% KenolubeTM Astaloy Mo + 0.3% C + x% KenolubeTM Astaloy CrM + 0.3% C + x% KenolubeTM X = 0.4, 0.5 and 0.6
Astaloy 85Mo Astaloy 85Mo
7,6 7,5 7,4 7,3 7,2 7,1 7 6,9
80 550 40
A staloyCCrM Astaloy rM
GD (g/cm3 )
7,3 7,2 7,1 7 6,9 Com pacting pressure 压制压力 MPa (tsi)
粉末压制成型
何为成型
待压粉末
能保持形状的坯体
压制成型
成型的重要性
• 成型件的精度 • 成型件的密度 • 成型件的缺陷
产品的精度 产品的力学性能 废品率
成型技术推动粉末冶金的发展
成型技术推动粉末冶金的发展
成型的基本要求 设备/控制
生产原料
• • • •
实现要求密度/分布 生坯强度良好 产品尺寸稳定 避免生坯缺陷
条件:
0.4% Kenolube 0.5% Kenolube 0.6% Kenolube
结论－试验2
保证脱模能 < 30 J/cm²，为实现最高密度 压制压力800～1000MPa 阴模温度 60℃ 成分:
– Distaloy.AE + 0.3% C + 0.45% KenolubeTM – Astaloy Mo + 0.3% C + 0.55% KenolubeTM – Astaloy CrM + 0.3% C + 0.65% KenolubeTM
生坯密度 (g/cm³)
7.40
7.40
7.40
7.30
7.30
7.30
7.20 0.30 0.40 0.50 0.60
7.20 30 40 50 60 70 80
7.20 600 800 1000
Kenolube 含量 (%) 条件: T = 60°C 压制压力 = 800MPa
阴模温度 (°C) 条件: Kenolube 成分 = 0.45% 压制压力 = 800MPa
200
150
100
50 25 50 75 100 125 150 175 200 Temperature (°C)
粉末温度对生坯密度的影响
粉末温度对松装密度的影响
粉末温度对质量稳定性的影响
温压优点
提高 生坯和烧结件 密度
提高 生坯强度
提高 力学性能
提高 疲劳强度
改善 孔隙和密度 分布
节约成本
700 50
830 60
1000 70
Compacting pressure (tsi) 压制压力 MPa
压制压力 MPa(tsi) C p omacting p ressure
条件:
0.4% Kenolube 0.5% Kenolube 0.6% Kenolube
基粉压缩性
不同基粉的脱模能
Distaloy AE D.AE