粉末冶金原理第二粉末成形

• 1）经济性：低成本
• 将材料冶金与零件制造有机地结合在一起， 直接制造零部件
• 加工流程少，能耗低，材料利用率高
• 生产效率高
• 制造过程高度自动化
• 齿轮
• 1)传统工艺：铸锭冶金+机加工
• 铁精矿→ 高炉炼铁→铁水 →炼钢 →铸锭 →开坯(多道次) →热挤压(多道次) →钢锭 （棒料） → 下料→机加工(车外圆 → 平端 面→铣轴向孔 →滚齿) →（热处理）→齿轮
• ②高温工序：前者8个以上，后者3个
Powder press • 全自动 • 液压机
Adaptor 模架
Sintering Furnace:网带烧结炉
轿车部件
电动工具与汽车部件
齿轮保持架(Ford)
汽车发动机用粉末烧结钢零件
汽车变速器系统用粉末烧结钢件
粉末锻造（Powder Forged）连杆
• 金刚石合成粉末触媒 Fe-Ni合金粉末
• 电子焊料(solder) 电子封装用Cu,Ag合金粉末
•
太阳能电池微细铝粉末
• 高性能电路保护器 PTC中超细金属Ni, Fe粉
• 焊料 细铁粉
• ……
• 绝大多数作为应用于工程结构中部件(结构件、 功能件或结构功能一体化件)的制造原料
• 粉末冶金制品
• 2)粉末冶金
• 铁精矿粉末(总铁大于71.5%,SiO2小于0.3%)→ 隧道窑高温还原(1050-1100℃ ) →破碎→ 磁选→精还原(750-800℃) →破碎 →磁选 →合批→铁粉→混合(添加合金元素) →压 制→烧结→（热处理）→P/M齿轮
• 传统工艺比粉末冶金工艺
• ①主要工序：前者15个以上，后者8个
不锈钢注射成形件
• 2）便于制造难加工材料
• 陶瓷/金属复合材料---金属陶瓷cermet • 粉末超合金 powder superalloys • 粉末高速钢 powder high-speed steels • 金属基复合材料 metal matrix composites
• 弥散强化材料 dispersion-strengthened materials
• 研究粉末冶金加工过程中的相关工程科学 （Engineering Science）问题
• 研究粉末成形与烧结过程中的工程科学问 题
3 粉末冶金技术的主要特点
粉末冶金既是冶金方法，也是零件制造技术
什么是粉末冶金？ 利用金属粉末或化合物粉末为原料，经过 成形和烧结操作，制取金属材料及其复合 材料的加工方法
• 4）绿色环保 • 废弃物排放很低 • “洁净”冶金
• 粉末冶金技术的不足 • 1）加工的零件或材料尺寸有限 • 2）应用范围有限 • 固相烧结材料中的孔隙造成部件或材料的物理、
力学性能较低 低强度，低拉伸塑性 • 这些不足渐被粉末冶金新技术所克服 • 扩大粉末冶金部件或材料的应用范围
5 粉末冶金材料应用
• 2 合批与混合 blending and mixing
• 混合 • 将不同成分的粉末混合均匀的过程 • 合批 • 同类粉末或粉末混合物的混合 • 消除因粉末在运输过程中产生的偏析或在 • 粉末生产过程中不同批号粉末之间的性能
差异 • 获得性能均匀的粉末料
• 1）机械零件
• 汽车（70%） • 工程机械 • 摩托车 • 家电 • 办公机械 • 电动工具等
• 2）机械加工 • 刀具 • 硬质合金，粉末高速钢，金属陶瓷等 • 加工电极 • W-Cu电火花加工电极 • 汽车薄板焊接用弥散强化铜电极
• 3）航天航空
• 火箭发动机喉衬及喷管 • 飞机发动机蜗轮叶片等 • 导弹鼻锥等 • 卫星导航陀螺等 • 制动材料
• 加工成块体材料或部件
• 需经过成形（shaping or forming）和烧结 (sintering)操作
• 成形和烧结控制着粉末冶金材料及其部件的微 观结构与性能
• 主宰着粉末冶金材料及其部件的应用
2 课程对象
• 材料设计的概念 • 工程应用(服役条件)→技术指标（性能
要求）→材料性能设计→微观结构设计 →材质类型、加工工艺设计(经济性) 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
• 4）微电子
• 电子封装热沉材料
• 5） 军事工业 • 重合金，钼材料等 • 6） 通信技术 • 钨合金振子、钼铜封装材料 • 7 ）运动器材 • 钨合金高尔夫球头
……..
第一部分 粉末成形
powder shaping or forming
• 具体部件具有一定的几何形状和尺寸 利用外力或粘结剂联结松散状态粉末体中的颗 粒，将粉末体转变成具有足够强度的几何体 的过程
• §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wk.baidu.com• 消除加工硬化，改善粉末压制性能
• 粉末钝化 • 使细粉末适度变粗，或形成氧化薄膜，防止
粉末自燃 • 退火温度 • 高于回复-再结晶温度，（0.5-0.6）Tm • 退火气氛 • 还原性气氛（CO,H2），惰性气氛，真空
• 粉末颗粒间的结合力为机械啮合力或范德华 力
• 分类： • 刚性模（rigid die）压制 • 普通模压、温压与模压流动成形
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 课程的任务和意义 • 粉末冶金材料加工的两个基本过程 • 金属粉末
• 小部分直接应用:功能性
• 隐形涂料 Fe,Ni及其合金纳米粉末 • 食品医药 超细铁粉
• 涂料 汽车用Al粉, 变压器用超细铜粉
• 自发热材料(取暖和野外食品自热) 超细Fe粉
• 固体火箭发动机燃料 超细Al, Mg粉等
• 微观结构可控材料
• 多孔材料，非晶态材料，超细结构材料等
钨合金 硬质合金 重合金 钨靶材 钨/钼基电工合金 纳米晶材料 nano-grained materials 梯度复合材料functionally gradient materials 等
• 3）尺寸一致性高 • 铁基P/M零件 • 钢模寿命：2万件左右 • 硬质合金模：5-6万件