第二章 粉末压制成形原理
粉末冶金材料的成型
粉末冶金材料的成型一、压制成型基本规律压模压制是指松散的粉末在压模内经受一定的压制压力后，成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。
当对压模中粉末施加压力后，粉末颗粒间将发生相对移动，粉末颗粒将填充孔隙，使粉末体的体积减小，粉末颗粒迅速达到最紧密的堆积。
粉末压制时出现的过程有：颗粒的整体运动和重排；颗粒的变形和断裂；相邻颗粒表面间的冷焊。
颗粒主要沿压力的作用方向运动。
颗粒之间以及颗粒与模壁之间的摩擦力阻止颗粒的整体运动，并且有些颗粒也阻止其他颗粒的运动。
最终颗粒变形，首先是弹性变形，接着是塑性变形；塑性变形导致加工硬化，削弱了在适当压力下颗粒进一步变形的能力。
与被压制粉末对应的金属或合金的力学性能决定塑性变形和加工硬化的开始。
例如，压制软的铝粉时颗粒变形明显早于压制硬的钨粉时的颗粒变形，最后颗粒断裂形成较小的碎片。
而压制陶瓷粉时通常发生断裂而不是塑性变形。
随着压力的增大，压坯密度提高。
不同粉末压制压力与压坯密度之间存在一定的关系。
然而，至今没有得到令人满意的压坯密度与压制压力之间的关系。
建立在实际物理模型基础上的一些关系，仍然是经验性的，因为其中使用了与粉末性能无关的调节参数。
更准确地应当使用给定粉末的压制压力与压坯密度之间关系的图形或表格数据。
二、粉末的位移粉末体的变形不仅依靠颗粒本身形状的变化，而且主要依赖于粉末颗粒的位移和孔隙体积的变化。
粉末体在自由堆积的情况下，其排列是杂乱无章的。
当粉末体受到外力作用时，外力只能通过颗粒间的接触部分来传递。
根据力的分解可知，不同连接处受到外力作用的大小和方向都不一样。
所以颗粒的变形和位移也是多种多样的。
当施加压力时，粉末体内的拱桥效应遭到破坏，粉末颗粒便彼此填充孔隙，重新排列位置，增加接触。
可用图4.9所示的两颗粉末5种状态来近似地说明粉末的位移情况。
图4.9 粉末位移的形式三、粉末的变形粉末体在受压后体积明显减小，这是由于粉末体在压制时不但发生了位移，而且还发生了变形。
(完整word版)粉末压制成型
(完整word版)粉末压制成型粉末压制成形（powder pressing）在压模中利用外加压力的粉末成形方法.又称粉末模压成形。
压制成形过程由装粉、压制和脱模组成。
粉末压制成形的内容包括粉末压制理论、粉末压坯、粉末压制模具和粉末压制压力机4个方面.压制成形过程中，颗粒间以及颗粒与模壁间存在的内、外摩擦引起压力损失使压坯各部位受力不均，因此压坯密度分布不均匀。
不均匀的程度与选用的压制方式有关。
基本的压制方式有单向压制、双向压制、浮动压制、拉下式压制和摩擦芯杆压制5种。
(1）单向压制。
阴模与芯杆不动,上模冲单向加压。
此时，外摩擦使压坯上端密度较下端高，且压坯直径越小，高度越大，则密度差也越大。
故单向压制一般适用于高径比H/D≤1的制品或高度与壁厚之比H/T≤3的套类零件。
(2）双向压制。
阴模固定不动,上、下模冲从两端同时加压，又称同时双向压制。
若先单向加压,然后再在密度较低端进行一次反向单向压制，则称为非同时双向压制，又称后压。
这种方式可以在单向加压的压力机上实现双向压制。
双向压制时，若两向压力相等则低密度层位于压坯中部；反之，低密度层向低压端移动。
双向压制的压坯密度分布较单向压制的均匀,密度差减小,适用于H/D≥2或H/T≤6的零件。
（3)浮动压制。
下模冲固定不动，阴模由弹簧、汽缸或油缸支撑可上下浮动。
压制时对上模冲加压，随着粉末被压缩,阴模壁与粉末间的摩擦逐渐增大。
当摩擦力大于弹簧等的支承力(浮动力）时，阴模与上模冲一同下降，相当于下模冲上升反向压制而起双向压制的作用。
浮动压制中除阴模浮动外，芯杆也可浮动，这时的密度分布同双向压制。
若阴模浮动，芯杆不动,则压坯靠近阴模处近似双向压制，中部密度最低；压坯靠近芯杆处类似上模冲下移的单向压制，最下端密度最低。
浮动压制适用于H/T≤6或H/D≥2的零件.（4)拉下式压制。
又称引下式压制、强动压制。
压制开始时,上模冲被压下一定距离，然后与阴模一同下降（阴模被强制拉下)。
粉料压制成型
7
流动性
• 粉料流动性好，颗粒间的内摩擦力小，重排致密化时也容 易滑移。
• 喷雾干燥 后的颗粒是圆形，流动性好。 • 烘干泥饼打碎 后的颗粒是多角形的，流动性差，很难致密
化。
8
含水率
粉料的含水率控制合适，可以获得极小的孔隙率。 粉料含水率 影响坯体的密度和收缩率 粉料水分分布的均匀程度 对坯体质量也有一定的影响，局 部过干或过湿都会使压制过程出现困难，随后的干燥和烧成 中容易产生开裂或变形。
5
压制成型对粉料的要求
• ①体积密度 • ②流动性 • ③含水率 • ④易碎性
6
体积密度
• 应尽量提高粉料的体积密度，以降低其压缩比。从两个方面进 行：
• ①造粒 • 轮碾造粒：体积密度 0.90~1.10g/cm • 喷雾干燥：体积密度 0.75~0.90g/cm • ②调整颗粒级配 • 单一粒度的粉料堆积时最低孔隙率为40% • 三级颗粒配合，可降低孔隙率，获得更大的堆积密度。（如粗
• 压制成型中坯体的密度变化和强度变化是两个核心问题。
2
密度的变化
3
强度的变化
4
压制成型只要问题是坯体中压力分布不均匀
产生的原因 颗粒移动重新排列时，颗粒之间产生内摩擦力， 颗粒与模壁之间产生外摩擦力，摩擦力妨碍着压力的传递。
（最均匀的加压方式） 等静压成型 粉料的各个方面同时均匀受压的一种加压方式。 压制出的坯体密度大且均匀。
9
压制设备
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等静压设备
11
12
将粉状的坯料在钢模中压成致密坯体（具有一 定形状、尺寸）的一种成型方法。
• 优点 压制成型工艺简单，生产效率高，缺陷少，便于连续 化、机械化和自动化生产。
第二章粉末压制成形原理
模压成形 是将金属粉末或粉末混合料装入 钢制压模（阴模）中，通过模冲对粉末加压，卸 压后，压坯从阴模内脱出，完成成形过程。
▪ Loose powder is compacted and densified into a shape, known as green compact
▪ Most compacting is done with mechanical presses and rigid tools ▪ Hydraulic and pneumatic presses are also used
x
推导
zP y
压坯受力示意图
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p侧
1
p p
p侧 — 单位侧压力（MPa）；p — 单位压制压力（MPa）； ξ = γ /（1-γ ）—侧压系数；γ—泊桑比
（二）侧压系数
● 定义： ξ = γ /（1-γ ）= p侧 /p ：单位侧压力与单位正压力之比 ● 影响因素
▪ 颗粒间可用于相互填充的空间（孔隙） ▪ 粉末颗粒间摩擦 ▪ 颗粒表面粗糙度 ▪ 润滑条件 ▪ 颗粒的显微硬度 ▪ 颗粒形状 ▪ 加压速度
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2. 粉末颗粒的变形
● 弹性变形 颗粒所受实际应力超过其弹性极限，发生弹性变形。 ● 塑性变形
● 净压力（有效压力）：p，，P1
● 压力损失：∆p，P2—克服内外摩擦力，
单向压制各种力的示意图
P = P1 + P2 ∆p = p-p，
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压制成型的工艺原理
1、粉料的工艺性质干压法或半干压法都是采用压力将陶瓷粉料压制烦忧一定形状的坯体。
通常将粒径小于1的固体颗粒级成的物料称为粉料，它属于粗分散物系，有一些特殊物理性能。
粒度及粒度分布粒度是指粉料的颗粒大小，通常经r表示其半径，d表示其直径.实际上并非所有粉料颗粒都为球状，一般将非球状颗粒的大小用等效半径来表示。
即将不规则的颗粒换算成和它同体积的球体,以相当的球体半径作为其粒度的量度.粒度分布是指各种不同大小颗粒所占的百分比。
从生产实践中得知:一定压力下，很细或很粗的粉料被压紧成型的能力较差,亦即在相同压力下坯体的密度和强度相差很大.此外，细粉加压成型时,颗粒间分布着大量空气会沿着加压方向垂直的平面逸出，产生坯体分层.而含有不同粒度的粉料成型后密度和强度均高，这可用粉料的堆积性质来说明。
. b粉料的堆积特性由于粉料的形状不规则，表面粗糙，使堆积起来的粉料颗粒间存在大量空隙。
若采用不同大小的球体堆积，则小球可填充在等径球体的空隙中。
因此，采用一定粒度分布的粉粒可减少其孔隙，提高自由堆积的密度。
例如，单一粒度的粉料堆积时的最低孔隙率为40%，若用两种粒度（平均粒径比为10:1配合,则其堆积密度增大，如图5-26所示。
AB线表示粗细颗粒混合物的真实体积。
CD线表示粗细颗粒未混合前的外观体积（即真实体积与气孔体积之和）。
单一颗粒（即纯粗或纯细颗粒）的总体积为1。
4，即孔隙率约40%。
若将粗细颗粒混合则其外观体积按照COD线变化，即粗颗粒约占70%、细颗粒约占30%的混合粉料其总体积约1。
25，孔隙率最低约25%。
若采用三级颗粒配合，则可得到更大的堆积密度，图5-27所示为粗颗粒50%、中颗粒10%、细颗粒40%的粉料的孔隙率仅23%.然而，压制成型粉料的粒度是经过造粒”工序得到的，由许多小固体组成的粒团，即假颗粒”这些粒团比真实固体颗粒大得多。
如半干压法生产墙地砖时，泥浆细度为万孔筛筛余1%〜2%,即固体颗粒大部分小于60pm实际压砖时粉料的假颗粒度通过的为0。
高等粉末冶金原理课件：粉末模压成形原理(合肥工业大学研究生课件)
本讲内容§3.1 粉末模压成形原理§3.2 成形技术-1§3.3 成形技术-2程继贵材料科学与工程学院本讲内容-成形技术部分一、成形前的粉末冶金二、模压成形技术三、等静压成形四、粉末连续成形五、浆料成形专题-粉末注射成形四、粉末连续成形定义：粉末在压力作用下由松散状态经过连续变化而成 为具有一定密度、强度以及所需尺寸形状压坯或 制品的过程。
主要包括：粉末轧制、挤压、喷射成形、楔形压制等基本特征：● 是模压成形方法的重要补充，可以生产 普通模压成形无法生产的多孔或致密的 板、带、棒、及管材等；● 比钢模压制需要较少的设备、容器。
（一）金属粉末轧制（Powder rolling）概述1.1. 概述粉末轧制的概念：粉末在一对轧棍之间在轧辊力的作用下压实成具有一定强度的连续带坯的过程。
粉末轧制的特点：● 与熔铸轧制相比：11）基本原理相同，要实现轧制：μ+ξ>α2）可轧制出熔铸轧制无法生产或难以生产的板、带材等（尤多层复合板、带）33）工艺流程短、节能、成本较低44）压坯或产品成分精确可控、轧制产品各向同性55）成材率较高● 与模压成形相比：1）轧制能耗比压制低22）可以生产模压成形无法生产的板、带材3）压坯密度更均匀，压坯长度原则上不限44）板带材宽度、厚度有限：δ=（1/100 ~1/300）D，一般≤10mm 粉末轧制适用于生产宽度几百mm，厚度10mm 以下，长度原则不限的板带材，或D/D/δδ很大的衬套等粉末轧制的分类：● 粉末直接轧制（direct powder rolling ）应用较广泛：对塑性好的粉末 ● 粉末粘结轧制 (bonded powder rolling)加入粘结剂改善粉末体的成形性● 包套粉末热轧（canned powder hot rolling ） 对活性粉末以及要求高致密度的材料粉末冷轧粉末热轧按进料方式分为：水平、垂直和倾斜轧制轧制过程的定量关系（轧制带坯厚度、密度与粉末特性及轧辊尺寸之间的定量关系）基本概念及符号： 咬入层、咬入角α（α1） H α— 咬入宽度δR — 轧制带坯厚度D 、r r —— 轧辊直径、半径 ρ松、ρ压—粉末松装密度及轧坯密度V 进、V 轧— 粉末进料速度和轧制速度粉末料柱宽度 B ≈轧坯宽度 b H α图4-26 粉末轧制时的咬入区和变形区H αδ几何关系：质量关系：1cos 1cos 11−−=⎥⎦⎤⎢⎣⎡−+=z D D R R ηαδδαηρρ）（）（松压进轧v v /=η松压ρρ/=z ——延伸系数————压紧系数 定量关系式：影响轧制过程的因素1）粉末性能● 松装密度： ρ松↑，ρ压↑，δ↑（保证轧制条件下）● 流动性： 流动性↑，V进↑，η↓， ρ压↑，δ↑（保证轧制条件下）● 粉末硬度：低的粉末硬度便于变形和形成高的机械啮 合，↑成形性，↑压坯强度2）轧辊直径↑D, ρ（δR固定）；δR ↑（ρ一定）3）给料方式水平与垂直：垂直 V V进↑，ρ↑、δR↑4）轧制速度↑ω,ρ、δR↓（m不变）5）辊缝t↑t，轧制压力降低，ρ↓，δR↑粉末轧制工艺：粉末准备→ 喂料（水平、垂直方式）→轧制（冷轧、热轧） → 轧坯→烧结（直接烧结、成卷烧结）粉末冷轧工艺● 室温下轧制● 轧制速度较低：0.6-30m/s● 轧坯可卷成卷后烧结，也可烧结后卷成卷，还可烧结后再热轧冷轧冷轧+ 热轧粉末热轧工艺● 可以对粉末、预成形坯等进行轧制● 防氧化—包套（真空）轧制或气氛保护粉末轧制的应用�多孔板材，如过滤板、催化剂板材�层状复合材料带、板材�多层钢背支撑轴承�纤维增强复合材料粉末、粉末压坯或粉末烧结坯在外力作用下，通过挤压筒的挤压嘴挤成坯料或制品的成形方法（二）粉末挤压1. 概述●粉末挤压的定义Powder Extrusion挤● 挤压的分类�粉末直接挤压（冷挤压）：适应于塑性好的金属粉末�粉末增塑挤压：粉末加入一定量的成形剂或粘结剂后挤压，适应于硬质粉末如硬质合金粉末�粉末包套热挤：适应于弥散强化合金等�烧结坯或粉末压坯的热挤压：适应于塑性较好的有色金属材料。
粉末压制成形详解
School of Materials Scienቤተ መጻሕፍቲ ባይዱe and Engineering
3. 随粉末体密实，压坯密度增加，压坯强度也增加。 压坯强度是如何形成的
三、 粉末体在压制过程中的变形
（一） 粉末体受压力后的变形特点（与致密材料受力变形比 较）
1. 致密材料受力变形遵从质量不变和体积不变，粉末体压制 变形仅服从质量不变。
粉末体变形较致密材料复杂。 2.致密材料受力变形时，仅通过固体质点本身变形，粉末体
变形包括粉末颗粒的变形，还包括颗粒之间孔隙形态的改 变，即颗粒发生位移。
4. 由于粉末颗粒之间摩擦，压力传递不均匀，压坯中不同部位密 度存在不均匀。 压坯密度不均匀对压坯乃至产品性能有十分重要的影响。
5. 卸压脱模后，压坯尺寸发生膨胀—产生弹性后效 弹性后效是压坯发生变形、开裂的最主要原因之一。
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本章内容
§2.1 概述 §2.2 压制过程中力的分析 §2.3 压制压力与压坯密度的关系 §2.4 粉末压坯密度的分布 §2.5 粉末压坯的强度
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第一节 概述
一、基本概念
● 成形（Forming）的定义： 将粉末密实（densify）成具有一定形状、尺
寸、孔隙度和强度的坯体（green compacts）的工 艺过程。
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压制成型技术及其理论
颗粒承受的应力达到了颗粒的屈服极限时，颗粒发生塑性变形。外力卸 掉后，颗粒的变形仍然保存。 断裂
颗粒承受的应力达到了颗粒的断裂强度时，颗粒发生破裂。但压制应力 一般没有达到使颗粒破裂的程度。
孔隙率/%
粉末的韧性对压制性能的影响
60
50
40
1
30
20
2
10
50 100 150 200 250 300
1
排列（颗粒重排）, 使拱桥效应破坏，
填充密度提高。
4
3
干压成型示意图（单向压） 1，阴模；2，上模冲； 3，下模冲；4，粉料
颗粒位移的几种形式
第3步：粉末变形
压力增大到一定程度时，颗粒产生变形。随压力增大，颗 粒依次以三种机制变形：
弹性变形 颗粒承受的应力达到了颗粒的弹性极限时，颗粒发生弹性变形。外力卸
压力/MPa
不同粉料的压缩性能 1，二氧化钍粉；2，镁粉
随着压力的增加， 粉体成型坯的孔隙率降 低；在同样压力下，镁 粉压坯中的孔隙率明显 低于二氧化钍粉压坯， 即镁坯料更容易压制。
粉末的压制理论简介
（一）基本定义
➢ 密度
= 质量/体积（g/cm3)
➢ 比容
= 1/ (cm3/g)
➢ 相对密度
（2）理想均匀压缩条件下粉末颗粒的位移规律
实际粉末颗粒层数取决于粉末体的高度H 和粉末的平
均粒度。设粉末的平均粒度为φ，粉末体高度为H，则粉
末体内颗粒层数的极限值为：。
n H
又 因为 n >> 1, 所以 n - 1 ≈ n，则
d
(dn
dn' )
H h n 1
H h n
粉末压制成型
粉末压制成形(powder pressing)在压模中利用外加压力的粉末成形方法。
又称粉末模压成形。
压制成形过程由装粉、压制和脱模组成。
粉末压制成形的内容包括粉末压制理论、粉末压坯、粉末压制模具和粉末压制压力机4个方面。
压制成形过程中，颗粒间以及颗粒与模壁间存在的内、外摩擦引起压力损失使压坯各部位受力不均，因此压坯密度分布不均匀。
不均匀的程度与选用的压制方式有关。
基本的压制方式有单向压制、双向压制、浮动压制、拉下式压制和摩擦芯杆压制5种。
(1)单向压制。
阴模与芯杆不动，上模冲单向加压。
此时，外摩擦使压坯上端密度较下端高，且压坯直径越小，高度越大，则密度差也越大。
故单向压制一般适用于高径比H/D≤1的制品或高度与壁厚之比H/T≤3的套类零件。
(2)双向压制。
阴模固定不动，上、下模冲从两端同时加压，又称同时双向压制。
若先单向加压，然后再在密度较低端进行一次反向单向压制，则称为非同时双向压制，又称后压。
这种方式可以在单向加压的压力机上实现双向压制。
双向压制时，若两向压力相等则低密度层位于压坯中部；反之，低密度层向低压端移动。
双向压制的压坯密度分布较单向压制的均匀，密度差减小，适用于H/D≥2或H/T≤6的零件。
(3)浮动压制。
下模冲固定不动，阴模由弹簧、汽缸或油缸支撑可上下浮动。
压制时对上模冲加压，随着粉末被压缩，阴模壁与粉末间的摩擦逐渐增大。
当摩擦力大于弹簧等的支承力(浮动力)时，阴模与上模冲一同下降，相当于下模冲上升反向压制而起双向压制的作用。
浮动压制中除阴模浮动外，芯杆也可浮动，这时的密度分布同双向压制。
若阴模浮动，芯杆不动，则压坯靠近阴模处近似双向压制，中部密度最低；压坯靠近芯杆处类似上模冲下移的单向压制，最下端密度最低。
浮动压制适用于H/T≤6或H/D≥2的零件。
(4)拉下式压制。
又称引下式压制、强动压制。
压制开始时，上模冲被压下一定距离，然后与阴模一同下降(阴模被强制拉下)。
阴模下降的速度可调整，其拉下的距离相当于浮动的距离。
粉末成形机的压制行程
粉末成形机的压制行程一、单向压制粉末成型液压机压制过程中阴模不动、下冲不动，仅公国上冲施加压制压力到粉体上。
单向压制一般适用于高径比H/D≤1的制品或高度与壁厚之比H/T≤3的套类零件。
特点：1、密度分布不均；2、中性轴位置靠近压坯下端；3、H或H/D增大，密度差增大；4、模具结构简单，生产效率高；5、适应高度小、壁厚大的压坯。
二、双向压制粉末成型液压机双向压制时，凹模（阴模）固定不动，上下冲头（凸模）以一定大小方向相反的压力加压。
根据加压是否同时又可分为同时双向压制和非同时双向压制（后压）。
前者上下冲同时向粉末体施加相等的压力，后者完成一次单向压制后，再在低密度端进行一次单向压制。
特点：1、相当于两个单向压制的叠加；2、中性轴不在压坯端部；3、同样压制条件下，密度差较单向压制小；4、可用与H/D较大压坯的压制。
三、浮动压制粉末成型液压机压制过程中上冲向粉末加压，下冲不动、阴模通过弹簧或气缸、油缸等适当支撑可上下浮动。
压制时对上模冲加压，随着粉末被压缩，阴模壁与粉末间的摩擦逐渐增大。
当摩擦力大于弹簧等的支承力(浮动力)时，阴模与上模冲一同下降，相当于下模冲上升反向压制而起双向压制的作用。
浮动压制中除阴模浮动外，芯杆也可浮动，这时的密度分布同双向压制。
若阴模浮动，芯杆不动，则压坯靠近阴模处近似双向压制，中部密度最低；压坯靠近芯杆处类似上模冲下移的单向压制，最下端密度最低。
浮动压制适用于H/T≤6或H/D≥2的零件。
特点：1、压制效果与双向压制类似；2、压坯密度分布与双向压制相同；3、中性轴的位置与支撑力有关；4、便于装粉；5、粉末成型液压机下部只需较小的压制和脱模压力。
四、拉下式压制又称引下式压制、强动压制。
压制开始时，上模冲被压下一定距离，然后与阴模一同下降(阴模被强制拉下)。
阴模下降的速度可调整，其拉下的距离相当于浮动的距离。
压制终了时，上模冲回升，阴模则进一步被拉下以便压坯脱出。
特点与工程与浮动压制类似，有些粉末的摩擦力小，无法实现浮动压制，也可采用这种压制方式。
粉末冶金成型
（2）生坯强度高
常规工艺的生坯强度约为10~20MPa，温压压坯的强度则为 25~30MPa，提高了1.25-2倍。生坯强度的提高可以大大降 低产品在转移过程中出现的掉边、掉角等缺陷，有利于制备 形状复杂的零件；同时，还有望对生坯直接进行机加工，免 去烧结后的机加工工序，降低了生产成本。这一点在温压烧结连杆制备中表现得尤为明显。
微注射成型
传统粉末注射成形技术, 可制得0 1～1ｍｍ尺寸的 部件, 已制得最小20mg的零件。但随着微型系统的发展, 包括微观光学, 最小侵害外科及微观射流技术等, 需要形 状复杂、尺寸在微米范围内的金属与陶瓷零件。微注射 成形适用于大规模制造微型结构件。
德国在10年前就开始研究微注射成形技术, 不过所用的原 料为热塑性塑料,最小件尺寸已达0.2μｍ。德国在此研究的 基础上, 现正研究微金属注射成形与微陶恣注射成形技术。 所用粉末为平均粒度1 5μｍ的羰基铁粉, 4～5μｍ的不锈钢 粉和0.6μｍ的氧化铝粉。所用粘结剂有自混聚烯烃/蜡化合 物与常态聚醛基化合物。研究中的脱粘结剂方法有加热去除 有机物法, 聚醛基化合物催化脱粘结剂法及超临界二氧化碳 脱粘结剂法。
第二种方法是:比传统粉末冶金工艺加入更多的粘结剂和润 滑剂,但其加入量要比粉末注射成形少得多。粘结剂或润滑剂的 加入量达到最优化后,混合粉末在压制中就转变成一种填充性很 高的液流体。
流动温压工艺主要特点: (1)可成形零件的复杂几何形状。国外已利用
常规温压工艺成功制备出了一些形状较复杂的粉 末冶金零件,如汽车传动转矩变换器涡轮毂、连杆 和齿轮类零件等。
这一工艺是利用调节粉末的填充密度与润滑 剂含量来提高粉末材料的成形性。它是介于金属 注射成形与传统模压之间的一种成形工艺。
4.流动温压技术
粉末压制和常用复合材料成形过程材料成型技术基础讲课稿
3—高压容器； 4—高压泵
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3）三向压制
这种方法得到的
压坯密度和强度超过
用其他成形方法得到 的压坯。但它适用于 成形形状规则的零件， 如圆柱形、正方形、 长方形、套筒等。
综合了单 向钢模压 制与等静 压制的特 点
1—侧向压力；2—轴向冲头；3—放气孔
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在现今汽车工业中广泛采用粉末压制制造零件。烧 结结构件总产量的60%~70%用于汽车工业，如发动 机、变速箱、转向器、启动马达、刮雨器、减震 器、车门锁中都使用有烧结零件。
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汽车变速箱中粉末压制件
零件名称 材料及处理 零件名称 材料及处理
离合器导向轴 Fe-C-Pb， Fe-
承
Cu-C
B 烧结分类
① 固相烧结 ：烧结过程中各组元均不形成液相。
② 液相烧结：烧结时部分组元形成液相。在液相表面张力的作用 下，粉粒相互靠紧，故烧结速度快，制品强度高。
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4.1.4 压坯烧结
粉末压坯一般因孔隙度大，表面积大，在烧结 中高温长时间加热下，粉粒表面容易发生氧化，造 成废品。因此，烧结必须在真空或保护气氛中进行， 若采用还原性气体作保护气氛则更为有利。
（2）颗粒形状和大小
颗粒形状是影响粉末技术特征（如松装密度、流动 性等）的因素之一。通常，粉粒以球状或粒状为好。
颗粒大小常用粒度表示。粉末粒度通常在0.1~50 0μm，150μm以上的定为粗粉，40~150μm定为中等 粉，10~40μm的定为细粉，0.5~10μm为极细粉，0.5 μm以下的为超细粉。粉末颗粒大小通常用筛号表示 其范围，各种筛号表示每平方英寸（1 in2=6.45×104 m2）筛网上的网孔数。
粉末模压成型的原理是什么意思
粉末模压成型的原理是什么意思粉末模压成型是一种常用的粉末冶金加工工艺，通过将金属粉末预先压制成所需形状的模子，然后在高温高压条件下对其进行加压，使粉末颗粒之间发生固态扩散结合，最终形成致密坚固的成品零件。
这种加工方法广泛应用于各种行业，在汽车制造、航空航天、机械制造等领域都有着重要的地位。
粉末模压成型的原理实质上是利用了金属粉末在高温高压条件下的固态扩散反应。
首先，选取适当的金属粉末作为原料，这些粉末具有良好的可压性和可烧结性，经过混合、制备和筛选之后，填充到模具中。
模具的设计需要考虑到成品零件的形状、尺寸和内部结构，确保粉末在模具内充分填充，并能在加工过程中保持形状稳定。
随后，将填充好粉末的模具放入高温高压的加工设备中，施加足够的压力和温度。
在高压下，粉末颗粒之间发生塑性变形和扩散，边界清晰的粒子相互结合在一起，从而形成了连续致密的结构。
同时，由于高温的作用，粉末颗粒表面发生烧结，使得颗粒间产生了颈缩效应，加强了粒子之间的相互作用力，有利于形成坚固的结合。
经过一定时间的保温处理，使得粉末颗粒之间的结合更加牢固和致密。
随后，将成型后的零件进行冷却固化，待其冷却到室温后，取出模具，进行清理和表面处理，最终得到符合设计要求的成品零件。
粉末模压成型的优点在于可以加工复杂形状的零件，在保证工件尺寸精度的同时，还能减少材料浪费，提高材料利用率。
此外，由于是在固态条件下进行成形，因此避免了材料的氧化和变质，可以获得高质量、无气孔的成品。
同时，粉末模压成型还可以一次性成形多个零件，提高生产效率，适用于批量生产。
在实际应用中，粉末模压成型除了用于金属制品制造，还被广泛应用于陶瓷、石墨、塑料等材料的加工。
其灵活性强，适用性广，是一种高效、节能、环保的加工工艺，为各行业生产制造提供了方便和可靠的技术支持。
1。
金属粉末温压成形原理与技术
金属粉末温压成形原理与技术
•目录：
•第一章绪论
•1.1金属粉末温压成形技术的特点
•1.2金属粉末温压成形技术的发展历程
•1.3金属粉末温压成形技术的发展展望
•1.4小结
•第二章金属粉末温压成形混合粉料的制备•2.1温压粉末制备
•2.2温压粉末的润滑剂类型、配比、加入方式•2.3小结
•第三章金属粉末温压成形过程及其影响因素•3.1温压成形过程
•3.2温压成形的影响因素及其规律
•3.3温压成形中的模壁润滑
•3.4小结
•第四章金属粉末温压成形的致密化机理•4.1温压成形中粉末的摩擦行为
•4.2温压成形中粉末的塑性变形
•4.3温压致密化的几种主导机制
•4.4温压致密化的唯象分析和功效分析
•4.5小结
•第五章金属粉末温压过程的数值模拟
•5.1热弹塑性力学问题的基本方程
•5.2椭球形屈服曲面的热弹塑性本构关系•5.3热弹塑性增量有限元方法
•5.4粉末材料的温压特性
•5.5温压数值模拟的流动应力模型
•5.6温压典型零件的数值模拟
•5.7小结
•第六章金属粉末温压成形坯的烧结
•6.1不同烧结工艺参数对温压烧结体的影响•6.2温压成形坯的烧结硬化技术
•6.3小结
•第七章金属粉末温压成形坯和烧结体的机械加工•7.1温压成形坯的机械加工
•……
•第八章金属粉末温压成形精密制造系统。
粉末成型原理
粉末成型原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊粉末成型原理这档子事儿。
你说这粉末成型啊，就好像是搭积木一样。
一堆小小的粉末颗粒，它们单个看起来没啥特别的，但一旦把它们放在一起，经过一些奇妙的操作，嘿，就能变成各种各样有用的东西啦！想象一下，这些粉末就像是一群调皮的小精灵，它们本来在那儿自由自在地玩耍。
然后呢，我们给它们施加一些压力，就好像给这些小精灵套上了一个小小的“紧箍咒”，让它们紧紧地靠在一起。
这一靠可不得了，它们之间就产生了奇妙的联系，慢慢地就形成了一个整体。
这压力就像是一双神奇的大手，把这些粉末从一盘散沙变成了一个有形状、有结构的东西。
这不是很神奇吗？就像我们揉面团一样，刚开始那面团稀稀拉拉的，可经过我们的揉捏按压，它就变得有模有样了。
而且啊，粉末成型可不只是靠压力这么简单哦！还有温度这个小调皮呢。
有时候我们需要给这些粉末加热，让它们变得更听话，更容易成型。
这就好比是给小精灵们洗了个热水澡，让它们变得更活泼，更愿意配合我们。
再比如说，我们要做一个特别复杂的形状，那可就得费点心思啦。
就像雕刻一件艺术品一样，得精心设计、仔细琢磨。
要选择合适的粉末材料，要控制好压力和温度的大小，稍有不慎，可能就会前功尽弃。
粉末成型在我们的生活中可太重要啦！你看看那些精美的陶瓷制品、那些坚固的金属零件，哪个不是通过粉末成型得来的呀？没有粉末成型，我们的生活可就少了很多有趣又实用的东西呢！咱再想想，如果没有粉末成型，那些高科技的产品怎么能制造出来呢？那些飞机、汽车上的关键部件，不都是通过这种神奇的技术打造出来的吗？所以说呀，粉末成型原理可真是个了不起的东西。
它就像是一个隐藏在幕后的魔术师，默默地为我们的生活创造着各种各样的惊喜。
总之呢，粉末成型原理虽然看起来有点复杂，但只要我们用心去理解、去探索，就会发现它其实充满了乐趣和奥秘。
让我们一起好好感受这个神奇的粉末世界吧！。
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上模冲 粉末 阴模
下模冲 成形压模的基本结构
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模压成形是将金属粉末或粉末混合料装入
钢制压模（阴模）中，通过模冲对粉末加压，卸
压后，压坯从阴模内脱出，完成成形过程。 Loose powder is compacted and densified into a shape, known as green compact Most compacting is done with mechanical presses and rigid tools Hydraulic and pneumatic presses are also used
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模压成形PM产品实例—汽车发动机用粉末烧结钢零件
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模压成形PM产品实例—汽车变速箱粉末烧结钢零件
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5. 卸压脱模后，压坯尺寸发生膨胀—产生弹性后效 弹性后效是压坯发生变形、开裂的最主要原因之一。
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三、 粉末体在压制过程中的变形
（一） 粉末体受压力后的变形特点（与致密材料受力变形 比较） 1. 致密材料受力变形遵从质量不变和体积不变，粉末体压制 变形仅服从质量不变。
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● 成形方法的一般分类
粉末压制成形（钢模压制）compacting，briquetting，pressing ————普通成形 等静压成形 isostatic（hydrostatic） pressing 热法（热压注法）：钢模 注浆成形法 冷法
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Making Powder-Metallurgy Parts
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第一节 概述
一、基本概念
● 成形（Forming）的定义： 将粉末密实（densify）成具有一定形状、尺
影响压制时粉末位移的因素
颗粒间可用于相互填充的空间（孔隙） 粉末颗粒间摩擦
颗粒表面粗糙度
润滑条件 颗粒的显微硬度
颗粒形状
加压速度
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2. 粉末颗粒的变形
● 弹性变形 颗粒所受实际应力超过其弹性极限，发生弹性变形。 ● 塑性变形
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3. 随粉末体密实，压坯密度增加，压坯强度也增加。
Q: 压坯强度是如何形成的？（后述）
4. 由于粉末颗粒之间摩擦，压力传递不均匀，压坯中不同部 位密度存在不均匀。
压坯密度不均匀对压坯乃至产品性能有十分重要的影响。
粉末体变形较致密材料复杂。
2.致密材料受力变形时，仅通过固体质点本身变形，粉末体 变形包括粉末颗粒的变形，还包括颗粒之间孔隙形态的改 变，即颗粒发生位移。
！粉末体的变形是广义变形：颗粒位移 + 颗粒变形
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3. 致密材料变形时，各微观区域的变形规律与宏观变 形规律基本一致，粉末体变形时，各颗粒的变形基 本独立，不同颗粒变形程度可能存在较大差异。 4. 粉末体受力变形时，局部区域的实际应力远高于 粉末体受到的表观应力（表观压制压力）。 局部区域的高应力可能超过粉末颗粒的强度极限。 5. 粉末体受力压制，颗粒之间的接触面积随压制压力 增大而增大，两者间存在一定的定量关系。
a）松装粉末； b）拱桥破坏颗粒位移； c）、d）颗粒变形； e）压制成形后
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第二节 压制过程中力的分析
一、正压力、净压力、压力损失
( 压制压力的分配）
● 正压力: p，P（单位压制压力、总压力）
● 净压力（有效压力）：p，，P1
寸、孔隙度和强度的坯体（green compacts）的工
艺过程。
Consolidation
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● 成形的重要性
1）是重要性仅次于烧结的一个基本的粉末冶金工艺过程。
2）比其他工序更限制和决定粉末冶金整个生产过程。
a）成形方法的合理与否直接决定其能否顺利进行。 b）影响随后各工序（包括辅助工序）及最终产品质量。 c）影响生产的自动化、生产率和生产成本。
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二、模压成形时的侧压力
● 定义：压制过程中由垂直压力所引起的模壁施加于压坯 的侧面压力称为侧压力 （一）侧压力与压制压力的关系 园柱型压模中取小立方体压坯为分析对象（径向受力均 匀）， 假定： ● 阴模不发生变形 ● 不考虑粉末体的塑性变形
常压冷法注浆 加压冷法注浆 抽真空冷法注浆
石膏模
特殊成形
粉末连续成形
粉末轧制 粉末挤压（可塑成形） 喷射成形
热成形及高能率成形—— 成形烧结同时进行
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● 成形方法的其他分类
☻ 按成形过程中有无压力：
有压（压力）成形、无压成形
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粉末体高的孔隙率使其受力后易于发生重排
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2.
粉末颗粒良好的弹塑性 制粉过程中，粉末一般都经过专门处理 还原、退火→ 消除加工硬化、表面杂质等
颗粒所受实际应力超过其屈服极限，发生塑性变形。
● 脆性断裂 颗粒所受实际应力超过其强度极限，发生脆性断裂。 粉末的位移和变形，促使了压坯密度和强度的增高
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3. 实际粉末位移变形的复杂性
● 粉末的位移和变形与粉末本身性能有关； 不同粉末位移、变形规律不同 ● 粉末受力后，首先发生颗粒位移，位移方式多种多样；
3. 粉末体较高的比表面积 主要作为烧结动力，对压制也有影响。 实例：几种商品粉末的比表面积（cm2/g）：
还原Fe粉（79%-325目）：5160 还原Fe粉（1%-325目）： 516 电解Fe粉（-200目）：400 羰基Fe粉（7µ m）：3460 还原W粉（0.6µ m）：5000
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（三） 粉末体在压制过程中的（位移）变形规律
1. 较低压力下首先发生位移，位移形式多样
（a）
（b）
（c）
（d）
（e）
压制时粉末位移的形式 （a）颗粒接近；（b）颗粒分离；（c）颗粒相对滑动； （d）颗粒相对转动；（e）颗粒因粉碎产生移动
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☻ 按成形过程中粉末的温度：
冷压（常温）成形、温压成形、热成形
☻ 按成形过程的连续性：
间歇成形、粉末连续成形
☻ 按成形料的干湿程度：
干粉压制、可塑成形、浆料成形
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模压成形是最重要、应用最广的成形方法！ 本章有关成形原理的讨论以模压成形为基础！
● 压力损失：∆p，P2—克服内外摩擦力，
单向压制各种力的示意图
P = P1 + P2
∆p = p-p，
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Blended powders are pressed into shapes in dies. Pressure distribution:
模压成形
，pressing
模压成形的主要功用是： 将粉末成形成所要求的形状； 赋予压坯以精确的几何尺寸； 赋予压坯所要求的孔隙度和孔隙模型； 赋予压坯以适当的强度以便于搬运。
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模压成形PM产品实例—电动工具零件
推导
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图1-2 压坯受力示意图 P侧——侧压强MPa p——单位压力MPa ζ ——侧压系数，
1
υ ——泊松比
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p侧
● 粉末颗粒位移至一定程度，发生颗粒变形，变形方式多样；
● 位移和变形不能截然分开，有重叠； 位移总是伴随着变形而发生 ● 粉末变形必然产生加工硬化 模压成形不能得到完全致密压坯
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a）
b）
c）
d）
e）
压制过程中粉末运动示意图
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