粉末成形资料
粉末成形技术
2.1.6 制粒
喷雾干燥制粒 在密封系统 中完成，包括四个阶段 ① 料浆雾化 ② 液滴群与加热介质接触 ③ 液滴群干燥
④ 料粒与加热介质分离
喷雾干燥制粒的优点 制备的料粒形状规则、 粒度均匀、流动性好，可 降低压坯的废品率。
§2.2 压制成形技术
压制成形
先将粉末混合料装入阴模中，通过模冲对粉末加压，然后卸 压脱模，得到具有一定形状、尺寸压坯的过程。
(4) 成形剂、润滑剂的添加方式
混料过程中加入 如硬脂酸可与粉末一起混合
混料后以溶液形式加入 如石蜡或合成橡胶，先溶于汽油或酒精 中，再掺入料浆或干混合料中，压制前需使汽油或酒精挥发
(5) 成形剂、润滑剂的添加量 与粉末的种类、粒度大小、压制压力、形状因素、摩擦表面积等因 素有关。 一般来说，细粉所需的成形剂、润滑剂添加量大于粗粉。
2.1.3 混料（混合）
(1) 机械法混料
机械混合装置
混合方式
球磨机、V形混料机、锥形混料机、螺旋混料机等
干混、湿混
混合均匀程度取决于以下因素 混合组元的颗粒大小及形状、组元 的相对密度、混合时所用介质特性、混合设备及混合工艺参数（如装 料量、球料比、转速和时间等） 应用 广泛用于硬质合金、结构粉末材料和其它粉末材料的制备
容量法：适合自动压制（对粉末相关性能要求高）
工序二：装料（手工装料、自动装料） 装料的基本要求
① 保证粉料重量在允许 误差范围内 ② 装料均匀，各处装填 系数相同
③ 多台阶压坯需严格控 制各料腔的装填高度
（手工装料时，不能过分振动阴模， 防止比重轻的组元上浮产生偏析， 并需注意边角处的填充）
常用自动装料方式
下顶出式脱模：手动压制中常用 上顶出式脱模：自动压制中常用
粉末冶金的主要成形方法
模压成形
热压成形
温粉料在常温下、在封闭的钢模中、按规定的压力 下(一般为150～600MPa)、在普通机械式压力机或自动液压机 上将粉料制成压坯的方法。当对压模中的粉末施加压力后，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。
温压成形
温压成形的基本工艺过程是将专用金属或合金粉末与聚合 物润滑剂混合后，采用特制的粉末加热系统、粉末输送系
统和模具加热系统，升温到75～150℃，压制成压坯，再
经预烧、烧结、整形等工序，可获得密度高至7.2～ 7.5g/cm3的铁基粉末冶金件。
温压成形的工艺流程
温压装置及其温度分布系统示意图
模压成形
模压成形工装设备简单、成本低，但由于压力分布不均匀， 会使压坯各个部分的密度分布不均匀而影响制品零件的性 能，适用于简单零件、小尺寸零件的成形。但普通模压成 形仍然是粉末冶金行业中最常见的一种工艺方法，通常经 历称粉、装粉、压制、保压、脱模等工序。
模压成形的基本步骤
A-装粉；b-压制；c-脱模
粉末冶金的主要成形方法
粉末成形是将松散的粉末体加工成具有一定尺寸、形状、 密度和强度的压坯的工艺过程，它可分为普通模压成形和 非模压成形两大类。普通模压成形是将金属粉末或混合粉 末装在压模内，通过压力机加压成形，这种传统的成形方 法在粉末冶金生产中占主导地位；非模压成形主要有等静 压成形、连续轧制成形、喷射成形、注射成形等。
热压模可选用高速钢及其他耐热合金，但使用温度应在 800℃以下。当温度更高(1500～2000℃)时，应采用石墨 材料制作模具，但承压能力要降低到70MPa以下。热压成 形加热的方式分为电阻间接加热式、电阻直接加热式、感 应加热式三种。为了减少空气中氧的危害，真空热压机已 得到广泛应用。
粉末成形与烧结讲义-第二部分
烧结为什么会发生？烧结是怎么样进行的？
一、烧结的基本过程
5. 1938年，Price、Smithells相Williams首先研究了液相烧结的溶解析出现 象，提出相烧结过程是以小颗粒溶解和溶质在大颗粒上析出沉积而实现致 密化的。
6. 1945年费仑克尔发表粘性流动烧结理论的著名论文，这标志着烧结 理论进入一个新的发展时期。
7. 1949年，Kucsynskl（库钦斯基）发表了题为“金属颗粒烧结过程 中的自扩散”的论文，运用球—板模型，建立了烧结初期烧结颈长 大过程中体积扩散、表面扩散、晶界扩散、蒸发凝聚的微观物质迁 移机制，奠定了第一个层面上的烧结扩散理论的基础。
(2)烧结体内孔隙的总体积和总表面积减小；
•表面能比晶格畸变能小，如极细粉末的表面能为几百J／mol，而晶格畸变能 高达几千J／mol，但是，实际上烧结体总是具有更多热平衡缺陷的多晶体， 因此，烧结过程中品格畸变能减少的绝对值，相对于表面能的降低仍然是次要 的，烧结体内总保留一定数量的热平衡空位、空位团相位错网。
2. 孔隙体积和空隙总数的减少以及孔隙的形状变化。由于烧结颈，颗粒 间原来相互连通的孔隙逐渐收缩成闭孔，然后逐渐变圆。在孔隙性质 和形状发生变化的同时，孔隙的大小和数量也在改变，即孔隙个数减 少，而平均孔隙尺寸增大，此时小孔隙比大孔隙更容易缩小和消失。
(1)粘结阶段——烧结初期，颗粒间的原始接触点或面转变成晶体结合，即通 过成核、结晶长大等原子过程形成烧结颈；
11.粉末体塑性成形理论
第十一章粉末体塑性成形理论粉末锻造、挤压、摆辗、轧制等是金属粉末塑性加工的形式，在工业生产中得到了应用粉末体塑性成形理论包括致密和塑性变形一、基本假设金属粉末体是由大量颗粒材料组成的。
每一个颗粒均可视为致密体，其变形行为可以用传统的塑性力学来描述。
大量颗粒组成的粉末体，其中含有一定的空隙，是一个非连续体。
需要从各个颗粒的变形颗粒之间的协调关系研究其整体变形，即塑性变形和塑性致密问题，对粉末体塑性变形的研究，是将粉末体视为“可压缩的连续体”。
颗粒变形遵循体积不变原则，整体变形遵循质量不变定律。
质量不变定律不仅适合于连续体的变形，也适合于非连续体的变形，是粉末体变形的基本方程之一。
令V0、d0、V、d 分别为粉末体的初始体积、初始密度、塑性变形中的体积和密度，质量不变可用公式表示为0d V Vd =或 10=d V Vd（a ）对上式取对数得ln ln 00=+d d V V 简记 0=∈+∈ρV (b)V ∈为体积应变，0ln VVV =∈； ρ∈为密度应变，00lnln ρρρ==∈d d ，其中f d d /00=ρ 粉末体初始相对密度，fd d =ρ 塑性变形中的相对密度，f d 粉末体全致密时的密度。
二、粉末体变形的屈服准则由于粉末体变形的有下列特殊性， （1）粉末体在变形时的体积变化；（2）粉末体的流动应力与相对密度关系，相对密度越大，变形所需的应力就越大； （3）静水压力对粉末体屈服的影响。
对于致密金属，根据Mises 屈服准则可写出屈服函数，0=-=Y F σ。
由于粉末体塑性变形时，同时发生形状变化和体积变化，因此屈服应力不仅与应力偏张量有关，还与静水压力有关，因而其屈服函数F 常用下列通式表示)(02121'2=-=-+=Y Y J J F δσβα (c)式中，'2J——应力偏张量第二不变量；1J ——是应力张量第一不变量；α、β、δ是与相对密度或泊松比有关的系数；0Y 是基体材料的流动应力（全致密，即ρ=1）；Y 是粉末体的流动应力（ρ<1）；σ是粉末体的等效应力。
18粉体成型的基本方法和过程
过程特点： ①随着压制力的继续增大，当压力达到和超过粉末颗粒的强度极限，粉末颗粒 将发生塑形变形（对于脆性粉末来说，不发生碎塑性变形而出现脆性断裂）， 直到达到具有一定密度的坯块。 ②由于接近加压端面的部分压力最大，远离加压端面压力逐渐降低，这种压 力分布的不均匀性造成了压坯各个部分粉末致密化不均匀。
3、去除压力，施加脱模压力
现象： ①去除压力后，压坯仍会紧紧的固定在钢压膜内
②压坯中聚集的内应力使压坯产生弹性后效现象
三、影响粉体压制成形的因素
1、粉末本身的特性起关键性作用
压制成形是一个十 分复杂的过程 Nhomakorabea2、 压制力起着决定性的作用
金属材料工程基础知识 一、粉体成型的原理 二、粉体成型的过程 三、影响粉体压制成形的因素
的预成形坯中，底部和顶部的密度有很大差异，这种密 度差随预成形高度的增加而增加，随直径的增大而减小。
解决方法：若使用润滑剂可以减少粉粉末批量与莫蒂之间的摩
擦力，也可以降低沿高度方向的密度不均匀程度
双向压制
浮动凹模压制
轧制成形
二、粉体成型的过程
1、将松散的粉末装在钢压膜内 2、对钢压模中粉末施加压力
金属材料工程第十八讲
胡燕燕
一、粉体成型的原理
粉体成型是指将粉末状的材料制成具有一定形状，尺寸，孔隙 率以及强度的预成形坯体的加工过程。
成型方法
不同材料因其物 理化学特性不同， 所采用的成型方 法与技术并不完 全相同
模压成形 钢模压制成形
等静压成形
单向压制 是指压力施加在粉末配料的上顶部
特点：粉末批料与凹模之间的摩擦，使得在经单向压制所得到
粉末的成形
凝胶铸模成型工艺
陶瓷粉料
烧结助剂
反絮凝剂 分散良好 高固相体积 分散的浆料
分散剂
注入模型
脱模
直接凝固成型
烧结
最终制品
序号 1 2 提出时间 1923 1930 著者姓名 汪克尔 L. F. Athy 艾西 M. Balshin 巴尔申 公 β=k1-k2lgP θ=θ0e-βP 式 注 解 k1， k2—系数 P—压制压力，β—相对密度 θ—压力 P 时的空隙率 θ0—无压力时的空隙率 β—压缩系数 Pmax—相应于压至最紧密状态(β=1)时的单位压力 L—压制因素 m—系数 β—相对体积 d 压—压坯密度 d 松—粉末松装密度 C—粉末体积减少率 a、b—系数 A、κ—系数 σs—金属粉末的屈服强度 C—系数 Pk—金属最大压制密度时的临界压力；κ、n—系数 dmax—压力无限大时的极限密度 a、κ0—系数 f—外力，ε—应变 φ、β、K—系数 dm—致密金属密度 d0—压坯原始密度 d—压坯密度, P—压制压力 M—相当于压制模树 n—相当于硬化指数的倒数 m—相当于硬化指数 P0—初始接触应力 ρ—相对密度 θ0—(1-ρ) a=[ρ2(ρ-ρ0)]/θ0
压坯密度与压制压力的关系
在压制过程中，随着压力的增加，粉 体的密度增加、气孔率降低。人们对压 力与密度或气孔率的关系进行了大量的 研究，试图在压力与相对密度之间推导 出定量的数学公式。目前已经提出的压 制压力与压坯密度的定量公式（包括理 论公式和经验公式）有几十种之多，表 中所示为其中一部分。
表 粉末压制理论的一些理论公式和经验公式
粉末的成形
成型是将松散的粉体加工成具有一定尺 寸、形状以及一定密度和强度的坯块。传统的 成型方法有模压成型、等静压成型、挤压成型、 扎制成型、注浆成型和热压铸成型等。近年 来，由于各学科的交叉渗透以及胶体化学、表 面活性剂化学的发展，出现了许多新的成型方 法，如压滤成型、注射成型、流延成型、凝胶 铸模成型和直接凝固成型等。
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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粉末技术-成形
22
4.2摩擦力 4.2.1摩擦力与压制压力的关系
摩擦力又叫摩擦压力损失。可用下式来表达： 4.2.2摩擦压力损失与压坯尺寸的关系
侧压力＝压制压强X侧压系数X侧面积 摩擦力＝侧压力X摩擦系数 压坯的侧压面积影响摩擦压力损失 ，即影响有效压制压力
曲面压坯的压制方法
33
6.3成形剂的用量及效果 成形剂的加入量与粉末种类、颗粒大小、压制压力以及
摩擦表面有关，并与成形剂本身的性质有关。一般说来，细 颗粒粉末所需的成形剂加入量比粗粒度粉末的量要多一些。 成形剂的加入随压坯形状因素的不同而不同。由图可知，成 形剂的加入量与形状因素成正比。
形状因素对成形剂加入量的影响
19
（2）川北公夫压制理论 日本的川北公夫研究了多种粉末（大部分是金属氧化物）在压制
过程中的行为。采用钢压模，粉末装入压模后在压机上逐步加压，然 后测定粉末体的体积变化，作出各种粉末的压力-体积曲线，并得出 有关经验公式：
（3）黄培云压制理论方程 黄培云对粉末压制成形提出一种新的压制理论公式： 比较上述各压制方程可以看出：在多数情况下，黄培云的双对数
电 解 铜 粉压坯的抗 弯强度与 成形压力的 关系
还 原 铁 粉 压坯的抗 弯强度与成 形压力的关系
18
2
3.1金属粉末压制时压坯密度的变化规律 粉末体在压模中受压后发生位移和
变形，随着压力的增加，压坯的相对 密度出现有规律的变化，通常将这种 变化规律假设为如图所示的三个阶段。
压坯密度与成形压力的关系
4.1侧压力 粉末体在压模内受压时，压坯会向周围膨胀，模壁就会
粉末冶金成形
通过烧结过程中的物质迁移和相变，使烧结体内部孔隙减小或消失， 提高其密度和性能。
致密化程度
与烧结温度、时间、气氛等因素有关，需根据产品要求进行控制。
03 粉末冶金成形的关键技术
粉末注射成形技术
定义
粉末注射成形是一种将金属粉末与有机粘结 剂混合，通过注射机注入模具中成形，然后 脱脂和烧结的工艺。
能源领域
粉末冶金技术在风力发电、核能等领 域中用于制造高性能的零部件。
粉末冶金成形的优缺点
材料利用率高，减少材料 浪费；
可生产出形状复杂、精度 高的制品；
优点
01
03 02
粉末冶金成形的优缺点
01
可通过控制成分和工艺参数制备高性能材料；
02
适用于大规模生产。
缺点
03
粉末冶金成形的优缺点
生产过程中易产生粉尘污染； 制品内部可能存在孔隙和缺陷； 部分材料制备成本较高。
等静压成形技术
定义
等静压成形技术是一种利用液体介质传递压力，使金属粉末在各 个方向上均匀受压而成形的工艺。
优点
可生产高精度、高密度、高性能的产品，适用于大规模生产。
应用领域
广泛应用于陶瓷、粉末冶金等领域。
04 粉末冶金成形的材料性能
材料力学性能
硬度
抗拉强度
粉末冶金制品的硬度通常较高，可达到 HRC60以上，这主要得益于其致密的结构 和合金元素的固溶强化作用。
粉末冶金制品具有较高的抗拉强度，通常 在1000MPa以上，这与其致密的结构和晶 粒细化有关。
疲劳性能
韧性
由于其良好的力学性能，粉末冶金制品在 循环载荷下表现出良好的疲劳性能。
粉末冶金制品的韧性与其成分、显微组织 和热处理状态有关，通过合理的工艺控制 可以提高其韧性。
粉末冶金的工艺流程-粉末成形
简介 粉末冶金生产中的基本工序之一，目的是将松散的粉末制成具有预定几何形
状、尺寸、密度和强度的半成品或成品。模压（钢模）成形是粉末冶金生产中采 用最广的成形方法。18世纪下半叶和19世纪上半叶，西班牙、俄国和英国为制造 铂制品，都曾采用了相似的粉末冶金工艺。当时俄国索博列夫斯基 (П.Г.Соболевсκий)使用 的是 钢模 和螺 旋压 机。 英 国的 沃拉 斯顿 (W.H.Wol laston )使 用 压 力 更 大 的 拉 杆 式 压 机 和 纯 度 更 高 的 铂 粉 ，制 得 了 几 乎 没 有 残余孔隙的致密铂材。后来，模压成形方法逐渐完善，并用来制造各种形状的铜 基 含 油 轴 承 等 产 品 。 20世 纪 30年 代 以 来 ， 在 粉 末 冶 金 零 件 的 工 业 化 生 产 过 程 中 , 压 机 设 备 、模 具 设 计 等 方 面 不 断 改 进 , 模 压 成 形 方 法 得 到 了 更 大 的 发 展 ，机 械 化 和 自动化已达到较高的程度。为了扩大制品的尺寸和形状范围，特别是为了提高制 品密度和改善密度的均匀性相继出现和发展了多种成形方法。早期出现的有粉末 轧制、冷等静压制、挤压、热压等；50年代以来又出现了热等静压制、热挤压、 热锻等热成形方法。这些方法推动了全致密、高性能粉末金属材料的生产。 主要功能
料 为 金 属（ 低 碳 钢 、不 锈 钢 、钛 ），还 可 用 玻 璃 和 陶 瓷 。由 于 温 度 和 等 静 压 力 的 同 时作用，可使许多种难以成形的材料达到或接近理论密度，并且晶粒细小，结构 均匀，各向同性和具有优异的性能。热等静压法最适宜于生产硬质合金、粉末高 温合金、粉末高速钢和金属铍等材料和制品；也可对熔铸制品进行二次处理，消 除气孔和微裂纹；还可用来制造不同材质紧密粘接的多层或复合材料与制品。 粉末锻造
粉末材料的主要成型方法
粉末材料的主要成型方法
粉末材料的主要成型方法包括：
1. 烧结成型：将粉末材料加压成形后，在高温下进行烧结，使粉末颗粒粘结和合并，形成坚固的固体。
2. 注射成型：将粉末和粘结剂混合后注射到模具中，然后通过加热或固化使粉末颗粒固化成形。
3. 挤出成型：将粉末和粘结剂混合后挤出成型，通过加热或固化使粉末颗粒固化成形。
4. 粉末冶金成型：通过压制、烧结或热压等方式，将粉末材料制成金属产品或零件。
5. 粘结剂成型：将粉末材料与粘结剂混合后进行成型，其中粘结剂的作用是使粉末颗粒粘结在一起。
6. 激光烧结成型：利用激光束将粉末颗粒局部加热，使其熔化和熔接成形。
7. 真空烧结成型：在真空环境中进行烧结成型，可以减少氧化反应和杂质的产生，提高成品质量。
8. 喷雾成型：将粉末材料喷雾成细小颗粒，在加热或加压条件下使其固化成形。
粉末冶金原理第三部分 粉末成形技术
2 研究对象
材料设计的概念
工程应用(服役情况)→性能要求→材料 性能(经济性)设计→微观结构设计→材 质类型、加工工艺设计
研究粉末类型、加工工艺参数与材料 微观结构及部件几何性能间的关系
研究粉末冶金加工过程中 的相关工程科学问题 即研究粉末成形与烧结过 程中的工程科学问题
第一部分
4） 制粒 pelletizing or granulating 细小颗粒或硬质粉末 为了成形添加成形剂 改善流动性添加粘结剂 进行自动压制或压制形状较复杂的大 型P/M制品 粉末结块 原理 借助于聚合物的粘结作用将若干细小 颗粒形成团粒
减小团粒间的摩擦力 大幅度降低颗粒运动时的摩 擦面积 制粒方法 擦筛制粒 旋转盘制粒 挤压制粒 喷雾干燥
非模压成形 冷、热等静压，注射成形，粉 末挤压， 粉末轧制，粉浆浇注，无模成 型，喷射成 形，爆炸成形等
第一章 粉末压制 Powder Pressing or Compaction
§1 压制前粉末料准备 1) 还原退火 reducing and annealing 作用: 降低氧碳含量，提高纯度 消除加工硬化，改善粉末压制 性能（前者亦然）
2.2 弹性后效 Springback 反致密化现象 压坯脱出模腔后尺寸胀大 的现象 残留内应力释放的结果 弹性后效与残留应力相关 压制压力 粉末颗粒的弹性模量
粉末粒度组成（同一密度） 颗粒形状 颗粒表面氧化膜 粉末混合物的成份 石墨含量
3 压坯强度 Green strength
2.2 大程度应变的处理 自然应变 ε =∫LLodL/L=ln(L/Lo) 若压坯的受压面积固定不变， 则 ε =-ln[(V-Vm)/(Vo-Vm)] =ln{[(ρ mρ o)ρ ]/[(ρ m-ρ )ρ o]}
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。
粉末冶金：轧制成形与挤压成形
➢ 双金属或多层金属带材 ➢ 包覆型双金属线、板、带材
轧制特殊性能材料：
➢ 弥散强化型合金带材 ➢ 电工电子材料、磁性材料和超导材料 ➢ 耐磨、摩擦材料 ➢ 硬质合金、超硬工具材料
粉末挤压成型
➢什么是粉末挤压成型 ➢粉末挤压成型应用与特点 ➢坯料受力分析 ➢热挤压成型
什么是粉末挤压成型
什么是粉末挤压成型
原理:
什么是粉末挤压成型
粉末挤压成型的应用
➢ 管、棒、条及其他异型产品(齿轮、腰鼓形、 麻花形等)
➢ 金属、合金、复合材料、金属间化合物、陶 瓷
➢ 广泛应用于电子、机械、航空、汽车等领域
粉末挤压成型的应用
➢ 打印机打印针 ➢切烟滚刀 ➢WC-Co微型麻花钻 ➢碳化物棒材 ➢……
粉末轧制成形
➢轧制成形原理
➢轧制成形工艺
➢轧制成形的应用
轧制成形原理
三个不同状态的区 咬入角 咬入厚度
咬入角α
T cos Q R sin
T R tan Q R cos
tan
摩擦系数与侧压系数之和大于咬入角的正切
主要变形系数
质量守恒方程： HB1V1 hb2V2
带坯宽展很小时
热轧制成形
轧制成形的应用
粉末轧制成型的优点 ➢ 能生产常规轧制法难以生产或无法生产
的带材、板材 ➢ 能生产成分精确的带材、板材 ➢ 工艺简单、成本低、节能 ➢ 成材率高 ➢ 设备投资少
轧制成形的应用
轧制金属、合金的致密板、带材
轧制成形的应用
轧制成形的应用
轧制金属、合金的多孔板、带材
轧制成形的应用
H V2 2 h V1 1
H ； V2 ；Z 2
h
V1
粉末成形PPT课件
二、压制理论
压制压力与密度间的定量数学关系。
（一）基本定义
① 密度（density）：
ρ=质量/体积（g/cm3）
比容
v =1/ρ （cm3/g）
② 相对密度： ρm — 固体理论密度
d m
(6.2.3) (6.2.4)
(6.2.5)
③ 孔隙度（porosity）
1dm mV V压 孔V压 V 压 Vm (6.2.6)
第二节 粉末压制成形
一、压制压力与压坯密度关系 （一）压制曲线
压坯密度与压力的关系，称 为压制曲线，也称为压制平衡 图。一定成分和性能的粉末只 有一条压制曲线，压制曲线对 合理选择压制压应力具有指导 作用。
每一条压制曲线一般可以分为三个区域。 ①Ⅰ区密度随压力急速增加。颗粒填入空隙， 同时破坏“拱桥”；颗粒作相对滑动和转动。 ②Ⅱ区密度随压力增加较慢。颗粒通过变形填 充进剩余空隙中，变形过程导致加工硬化，致 使密度随压力增加越来越慢。实际压应力一般 选在该区。 ③Ⅲ区密度几乎不随压力增加而变化。颗粒加 工硬化严重、接触面积很大，外压力被刚性面 支撑。颗粒表面和内部残存孔隙很难消除，只 有通过颗粒碎裂消除残余孔隙。
提要
本章重点是粉末压制成形的基本理论、粉末特殊成形的 基本方法和特点，粉末体烧结的基本原理。
难点是粉末压制理论、粉末位移规律，粉末烧结热力学。 通过本章学习： ①要求掌握粉末成形与烧结的一般概念,粉末压制基本规律, 粉末烧结基本原理； ②了解粉末特殊成形技术； ③知道粉末胶凝固化概念和基本方法。
参考文献
三个区域并没有严格的界限，同时，三 种致密化方式也并非各区独有。
（二）压制曲线的函数表示法 粉末压制曲线均可用下式表示：
bpa
粉末压制及烧结方法
粉末压制及烧结方法一、成形技术1、金属粉末注射成形技术( MIM)粉末注射成形技术是随着高分子材料的应用而发展起来的一种新型固结金属粉、金属陶瓷粉和陶瓷粉的特殊成形方法，首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(约150℃)用注射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。
被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。
由于在流动状态下，均匀填充模腔成形，模腔内各点压力一致，密度一致，消除了传统粉末冶金压制成形不可避免的沿压制方向的密度梯度，可以获得组织结构均匀、力学性能优异的近净成形零部件，并且产品的制造成本可以降低到传统工艺的20％～30％。
适合于大批量生产小型、复杂以及具有特殊要求的金属零件。
缺点：去除粘结剂可能会产生气孔问题。
2、激光成型技术激光成型原理是用CAD生成的三维实体模型，通过分层软件分层、每个薄层断面的二维数据用于驱动控制激光光束，扫射液体、粉末或薄片材料，加工出要求形状的薄层，逐层积累形成实体模型。
同传统的制造方法相比较，激光成型显示出诸多的优点：（1）制造速度快、成本低、节省时间和节约成本，为传统制造方法注入新的活力，而且可实现自由制造，产品制造过程以及产品造价几乎与产品的批量和复杂性无关。
（2）采用非接触加工的方式，没有传统加工的残余应力的问题，没有工具更换和磨损之类的问题，无切割、噪音和振动等，有利于环保。
（3）可实现快速铸造、快速模具制造，特别适合于新产品开发和单间零件生产。
3、温压成形技术它是在混合物中添加高温新型润滑剂，然后将粉末和模具加热至150℃左右进行刚性模压制，最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术，是普通模压技术的发展与延伸。
该技术主要有以下几个方面的特点：能以较低的成本制造出高性能的铁基等粉末冶金零部件；提高零部件生坯密度；产品具有高强度；便于制造形状复杂以及要求精密的零部件；密度均匀等该技术目前主要用于生产铁基合金零件，同时人们正在研究用这种技术制备铜基合金、钛合金等其它材料零件。
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第二节 粉末压制成形
一、压制压力与压坯密度关系 （一）压制曲线
压坯密度与压力的关系，称 为压制曲线，也称为压制平衡 图。一定成分和性能的粉末只 有一条压制曲线，压制曲线对 合理选择压制压应力具有指导 作用。
每一条压制曲线一般可以分为三个区域。 ①Ⅰ区密度随压力急速增加。颗粒填入空隙， 同时破坏“拱桥”；颗粒作相对滑动和转动。 ②Ⅱ区密度随压力增加较慢。颗粒通过变形填 充进剩余空隙中，变形过程导致加工硬化，致 使密度随压力增加越来越慢。实际压应力一般 选在该区。 ③Ⅲ区密度几乎不随压力增加而变化。颗粒加 工硬化严重、接触面积很大，外压力被刚性面 支撑。颗粒表面和内部残存孔隙很难消除，只 有通过颗粒碎裂消除残余孔隙。
半坡
西周
商
德里铁柱
压敏
PTC
第一节 粉末成形与烧结概述
❖主要成形工艺分类 压力成形 （1）刚性模压制 （2）等静压成形 （3）爆炸成形 增塑成形 （1）粉末轧制（也可不用增塑剂） （2）粉末挤压 （3）粉末注射成形 （4）车坯、滚压
浆料成形 （1）注浆成形 （2）流延成形 （3）电泳成形 （4）直接凝固成形 （5）凝胶注模成形 其他成形 喷射成形等
第六章 粉末材料的成形与烧结
粉末成形与烧结概述 粉末压制成形 粉末特殊成形技术 粉末体烧结 胶凝固化(自学)
引言
粉末成形与烧结技术是将材料制成粉末(或采用经适当加工的天然 矿物)，经加压（或无压）成形后，再通过烧结（常压或加压）得到 接近理论密度的材料或孔隙可控的多孔材料的工艺方法，是粉末冶金、 陶瓷工程的基本工艺。 粉末成形与烧结实践可追溯到8000年前的新石器时代，那时原始人 类已开始用一些富含铁元素的粘土烧制一些陶器。 在3000多年前的商周时期，出现了原始瓷器。 约2500～3000年前，埃及人就制得海绵铁，并锻打成铁器;在同期 (春秋末期)我国也出现了同样的技术。
三个区域并没有严格的界限，同时，三 种致密化方式也并非各区独有。
（二）压制曲线的函数表示法 粉末压制曲线均可用下式表示：
bpa
将上式两边取对数，可得
ln ln b aln p
lnρ～lnp作图可得出常数a、b 。
(6.2.1) (6.2.2)
式中，ρ为压坯 密度（g/cm3）；p 压制压应力；a、b 为与粉末特性有关 的常数，对于一定 粉末其为一定值。
公元3～4世纪，印度人用海绵铁锻打的方法制造了“德里铁 柱”(高7.2m,重6.5t)和“达尔铁柱”(高12.5m,重7t) 。 19世纪出现Pt粉的冷压、烧结、热锻工艺。 1909年，W.D. Coolidge 发明电灯钨丝，标志着现代粉末冶金技 术的开始。 目前，粉末成形与烧结技术已在高温材料、结构陶瓷、日用和 建筑陶瓷、功能陶瓷、轴承材料、超硬耐磨材料、金属结构材料 及功能材料、复合材料等领域得到了广泛应用。
二、压制理论
压制压力与密度间的定量数学关系。
（一）基本定义
① 密度（density）：
ρ=质量/体积（g/cm3）
比容
v =1/ρ （cm3/g）
② 相对密度： ρm — 固体理论密度
d
m
(6.2.3) (6.2.4)
(6.2.5)
③ 孔隙度（porosity）
1 d m V孔 V压 Vm
[1]黄培云 主编.《粉末冶金原理》.冶金工业出版 社,1997,11
[2]吴成义 等编著. 《粉体成形力学原理》. 冶金工业出 版社,2003,9
[3] [英] 理查德 J. 布鲁克 主编. 清华大学新型陶瓷与精 细工艺国家重点实验室 译. 材料科学与技术丛书（第17A 卷、第17B卷）：《陶瓷工艺》. 科学出版社,1999,6
b的物理意义为： p =100MPa时，压坯的密度值，是表示粉末压缩性能好坏的参数
之一。
（三）压制曲线影响因素 实测的压制曲线受以下因素影响： ①压坯高径比H/D ：H/D越大，压坯平均密度越低，使曲线向下 偏移。一般取H/D=0.5～1 。 ②粉末粒度：单分散粉末粒度越小，压制曲线越偏下，反之偏上； 合适粒度组成的粉末比单一粒度粉末的压制曲线偏高。 ③粉末颗粒形状：形状越复杂，曲线位置越偏低。 ④粉末加工硬化：加工硬化粉末压制曲线偏低；退火软化粉末， 则偏高。 ⑤粉末氧化：金属粉末氧化后，压制曲线偏低。
❖主要烧结方法分类 无压烧结 固相烧结、液相烧结、反应烧结等。 (可在空气、保护气氛或真空中进行) 加压烧结 热压（固相、液相）、热等静压（固相、液相）、粉末锻造等。 可在空气、保护气氛或真空中进行。 活化烧结 物理活化烧结、化学活化烧结。
❖粉末成形和烧结基本过程
制粉、粉末 预处理、成形、 烧结、制品后 处理等。
提要
本章重点是粉末压制成形的基本理论、粉末特殊成形的 基本方法和特点，粉末体烧结的基本原理。
难点是粉末压制理论、粉末位移规律，粉末烧结热力学。 通过本章学习： ①要求掌握粉末成形与烧结的一般概念,粉末压制基本规律, 粉末烧结基本原理； ②了解粉末特殊成形技术； ③知道粉末胶凝固化概念和基本方法。
参考文献
压制过程应用虎克定律，最终可得出
ln P ln Pmax l( 1) (6.2.9)
该式称为巴尔申方程。式中，l 为压制因素， l 1/(hk k ) ，σk为 材料硬度，hk为压坯达到理论密度时的高度；Pmax为β=1时的压制 压力，称为最大极限压力。
巴尔申压制方程的局限性: 此方程仅在某些情况下正确,没有普遍意义。 （1）把粉末作为理想弹性体处理。实际粉末是弹塑性体。 （2）假定粉末无加工硬化。实际粉末存在加工硬化，且粉末越软、压制 压力越高，加工硬化现象越严重。 （3）未考虑摩擦力的影响。 （4）未考虑压制时间影响。 （5）只考虑粉末的弹性性质，未考虑粉末的流动性质。 （6）公式推导中，未将“变形”与“应变”严格区分开。
m
V压
V压
Vm — 致密固体体积 ④ 相对容比（相对体积或相对容积）
V压 m 1 1 Vm d
(6.2.6) (6.2.7)
⑤ 孔隙度系数（孔隙相对容比）
V孔 V压 Vm 1 1 1 1 d
Vm
Vm
d
d d 1
(6.2变形，对粉末