粉末冶金成型技术.
粉末冶金特种成形技术
第5章粉末冶金特种成形技术5.1概述粉末的制备、成形和烧结是粉末冶金过程中的三个基本环节。
传统的粉末冶金成形通常是将需要成形的粉末装入钢模内，在压力机上通过冲头单向或双向施压而使其致密和成形，压机能力和压模的设计成为限制压件尺寸及形状的重要因素。
由于粉末与模壁的摩擦而使压力降低，使成形密度不均匀，限制了大型坯件的生产。
所以，传统的粉末冶金零件尺寸较小，单重较轻，形状也简单。
随着粉末冶金产品对现代科学技术发展的影响日益增加，对粉末冶金材料性能以及产品尺寸和形状提出了更高的要求，传统的钢模压成形难以适应需要。
为了解决上述问题，很多学者广泛地研究了各种非模压成形方法，相对于传统的模压成形，将后者称之为粉末冶金特种成形技术。
粉末冶金成形技术一直处于不断发展演化过程中，从传统的单向压制到双向压制，再到等静压成形，从冷等静压成形到热等静压成形，还出现了准等静压成形（包括陶粒压制、STAMP工艺、快速全向压制等）、温压成形、流动温压成形、高压温压成形、喷射成形、挤压成形、粉浆浇注成形、粉末轧制成形、粉末锻造成形、金属粉末注射成形、粉末电磁成形等特种成形技术。
有些技术既是粉末成形过程，也是烧结过程，如粉末热等静压成形、放电等离子烧结、爆炸烧结、选择性激光烧结等。
目前，现代粉末冶金成形技术正朝着高致密化、高性能化、高生产效率、低成本方向发展。
不同的特种成形方法具有不同的特点，应从坯件的性能、形状和尺寸三方面适应制品的特殊需要。
本章将对它们的原理、特点、工艺及应用等进行论述。
其中粉末喷射成形、注射成形分别在第4章与第8章中讨论，而放电等离子烧结、爆炸烧结、选择性激光烧结技术在“粉末冶金特种烧结技术”中讨论。
5.2 等静压成形(IP)等静压成形（Isostatic Pressing）是借助于高压泵的作用把流体介质(气体或液体)压入耐高压的钢质密封容器内，高压流体的静压力直接作用在弹性模套内的粉末上，粉末体在同一时间内在各个方向上均衡地受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯。
粉末冶金原理第六章
6.1.1 等静压压制的基本原理
(1)压力分布与摩擦力对压坯密度分布的影响 根据流体力 学的原理，压力泵压入钢筒密闭容器内的流体介质，其压强 大小不变并均匀地向各个方向传递。 (2)压制压力与压坯密度的关系 通常，粉末在钢模压制时 常用图6-4所示的曲线定性地描述压制压力与压坯密度的关 系。
6.1.1 等静压压制的基本原理
1.粉浆浇注基本工艺
图6-20 粉浆浇注工艺原理图 a)组合石膏模 b)粉浆浇注入模
c)吸收粉浆水分 d)成形注件
1.粉浆浇注基本工艺
图6-21 粉浆浇注工艺流程图
(2)石膏模具的制造
图6-22 石膏粉粒度与模具吸水能力的关系
2.影响粉浆浇注成形的因素
(1)粉末的粒度 (2)液固比 液固比是指液体与金属粉末的质量比。 (3)粉浆pH值的影响 粉浆pH值的改变直接影响其黏度值和 粉末颗粒的下沉速度。 (4)分散剂及黏结剂的影响 以藻肮酸钠作为分散剂时，其 含量明显地影响粉浆中粉末颗粒的沉降速度。 (5)粉末吸附气体的量的影响 配制粉浆时由于粉末颗粒表 面吸附一层气体而阻碍母液对粉末表面的润湿，浇注时可能 造成气泡及颗粒分布不均等现象，导致注坯质量降低。
2.脱蜡-烧结-热等静压
1)确定合理的烧结压力、温度及时间参数。 2)确定热等静压最大压力、温度及时间。
2.脱蜡-烧结-热等静压
图6-16 烧结-热等静压压制工艺 过程示意图
3.准等静压
图6-18 准等静压工艺过程 a)热石墨粒装模 b)用机械手把热的预成形坯插入石墨粒中 c)用水压机冲头加压 d)清理模具，石墨粒返回再循环使用，取出压坯
图6-1 等静压制原理图 1—排气阀 2—压紧螺母 3—盖顶 4—密封圈 5—高压容器 6—橡皮塞 7—模套 8—压制料 9—压力介质入口
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。
粉末冶金成型技术
粉末冶金成型技术粉末冶金成型技术是一种把制备的金属粉末混合成型的现代金属加工技术。
它有可能把任何金属粉末结合成复杂的物体，如构件和复杂的零件等，它不仅可以为生产有特殊形状的零件提供方便，而且可以减少材料的消耗，节省制造时间和成本。
粉末冶金成型技术分为热压成形和冷压成形两种。
热压成形是指把高温粉末压入模具，然后经过压力和高温处理，最后用特殊工艺把模具内的粉末变成给定形状。
冷压成形是指把低温粉末压入模具，然后经过一系列特殊工艺把粉末结合在一起形成一定形状的产品，最后通过高温固化使其变得坚硬。
粉末冶金成型技术不仅可以生产复杂形状的金属零件，而且可以满足生产小批量或单件零件的需求。
典型的应用包括机械零件、航空零件、航天用零件等。
粉末冶金成型技术具有一定的优势，首先，它可以实现复杂零件的加工，这避免了大多数切削加工工艺所面临的技术难题和加工费用的消耗；其次，它可以更有效地实现性能优良的零件，因为贴合技术可以把比普通切削加工技术更少的原料消耗量转变成更多的形状和功能；第三，它还可以在多种金属材料之间制造合金化的零件，并满足不同应用场合的要求。
此外，粉末冶金成型技术还可以在极低温和极高温环境中使用，并可以产生可靠的重复性和准确性，从而提供极低的废品率。
然而，粉末冶金成型技术也存在一些缺点。
正如上文所述，它依赖于模具和高温条件，且受模具形状限制，模具设计和开发费用也较高；对于密度更大的零件，贴合可能较其他方法的成本更高；因为模具的硬度较大，所以它的滑动性能不太好；另外，粉末冶金技术的产品有一定的粗糙性，很难达到高精度要求。
总之，粉末冶金成型技术是一种重要的金属加工技术，可以大大提高零件加工效率并降低成本。
然而，也有一些缺点需要解决，比如模具的高温及耐磨性、模具制造的费用高等，但只要正确使用粉末冶金技术，就能满足企业的实际需求。
高密度粉末冶金成形方法研究及优化
高密度粉末冶金成形方法研究及优化一、引言高密度粉末冶金成形技术是一种通过在粉末表面施加压力和温度实现金属材料成形的加工工艺。
该技术具有高效率、低成本、高精度、可逆性和可重复性等优点。
因此，在改进传统的金属成形过程以及开发新型金属材料时，高密度粉末冶金成形技术已成为一种备受关注的重要研究领域。
二、高密度粉末冶金成形方法的分类高密度粉末冶金成形技术根据成形前后粉末状况的变化，可分为以下几种方法：1. 等静压成形 (HIP)等静压成形是一种将高密度金属粉末放入成型模具中，先以低压力进行预压，随后在高温和高压力的条件下加以成形的加工方法。
等静压成形方法可以制造出具有高密度和高性能的复杂形状金属零件，如滚轮轴承、配气机构、燃气轮机叶片等等。
2. 烧结成型烧结成型是一种通过在制备过程中在粉末中添加一些粘结剂，使得粉末在高温条件下粘结在一起，然后进行成形的方法。
这种方法可以制造出高精度、高可靠性和抗热性能强的机械结构件和高强度、低密度的材料。
3. 挤压成形挤压成形是一种通过将金属粉末放入旋转式模具中，在模具两端施加压力来实现成形的加工方法。
这种方法较其他成形方式更为简单，适用于制作一些规则结构的中间件、链接件和管道接头。
4. 等离子粉末成形等离子粉末成形是一种将金属粉末喷射到等离子体火焰中进行高温加热，通过表面张力形成液态金属，并恰当地加压形成零件的一种成形工艺。
等离子粉末成形方法操作简单、可加工出具有高密度、高强度和高耐磨性的金属零件。
三、高密度粉末冶金成形方法的优化为了进一步提高高密度粉末冶金成形技术的加工效率、成形质量和材料性能，需要进行相应的优化。
优化方案一：材料的合理选择选择合适的材料是决定高密度粉末冶金成形成功与否的关键因素之一。
高密度粉末冶金成形的理想材料是那些粒度大小适中、形状均匀、流动性能好而且作为粉末冶金材料的化学成分方面相同或相似的金属粉末。
因此，选择质量优良、粘度适中的金属粉末是高密度粉末冶金成形过程中一个非常重要的环节。
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
DEFORM粉末冶金成形工艺数值模拟技术应用-安世亚太
DEFORM粉末冶金成形工艺数值模拟技术应用安世亚太公司晏建军1 前言金属粉末冶金成形已应用于多种工业机械零部件的成形工艺，包括齿轮、轮盘、汽车连杆等。
粉末冶金成形是将松散的粉末体加工成具有一定尺寸、形状以及一定密度和强度的坯块。
传统的成形方法有模压成形、等静压成形、挤压成形、轧制成形、注浆成形和热压铸成形等。
DEFORM金属粉末成形技术可实现粉末成形工艺过程的计算机数值模拟，预测粉末成形缺陷，优化加工工艺参数。
2 粉末冶金成形工艺优势及面临问题从制作机械零部件方面来看，粉末冶金法制作机械零部件是一种少切削、无切削工艺，可以大量减少切削加工量而节省机床，节约金属材料，提高劳动生产率。
用金属粉末冶金法制作机械结构零件时，比用其他加工方法的材料利用率高、能耗低。
粉末成形工艺过程的实现，涉及到工艺参数及模具结构设计等种种因素，粉末的初始装填密度、压机的锻压速度、压制力等对粉末冶金零件的成形形状、压实密度分布、成形应力应变等具有难以预测的影响，而成形零件的锻压质量又影响到产品的机械性能和使用寿命，因此如何更科学更准确地评估压实成形质量，是汽车齿轮、连杆等金属粉末加工产品的重要方面。
DEFORM塑性成形分析程度的金属粉末成形功能可预测成形过程中产品可能出现的缺陷、分析成形尺寸精度、各部位密度分布等现象，优化成形工艺参数，缩短研发周期。
3 DEFORM粉末冶金成形工艺方案的工业应用粉末冶金成形工艺模拟软件用于精确预测产品最终形状及机械加工件的密度分布，DEFORM数值模拟技术已成为产品及加工工艺设计和优化的有力工具。
在数值模拟计算系统中，可通过快速仿真分析，获得粉末成形模具粉料填充、材料流动、成形吨位、温度场分布、应力应变、能量及裂纹等信息，同时，该数值仿真系统可对粉末成形后的产品进行烧结工艺分析，预测烧结后的产品体积变化及内应力、密度，指导成形模具和工艺参数的优化设计。
在粉末冶金成形领域已获得良好的工业化应用。
先进金属复合材料成形技术
先进金属复合材料成形技术
先进金属复合材料成形技术是指利用先进的工艺和设备对金属复合材料进行成形加工的技术。
金属复合材料是由金属基体和增强材料（如纤维增强材料）组成的复合材料。
相比于传统的单一金属材料，金属复合材料具有更高的强度、刚度和耐热性能。
然而，由于其复杂的结构和成分，金属复合材料的成形加工相对困难。
先进金属复合材料成形技术主要包括以下几个方面：
1. 粉末冶金成形技术：通过将金属粉末与增强材料混合，然后经过高温和高压的成形过程，使其熔合并固化成型。
这种成形技术适用于复杂形状和大尺寸的金属复合材料制品。
2. 金属复合材料锻造技术：利用锻机对金属复合材料进行锻造成型。
锻造可以改变材料的内部组织结构和形状，从而提高其力学性能和耐热性能。
3. 金属复合材料挤压技术：通过在金属复合材料中施加高压，使其通过模具的通道流动并成形。
挤压成形技术适用于长条形的金属复合材料制品。
4. 金属复合材料注射成型技术：利用注射机将金属复合材料融化后注入模具中进行成型。
注射成型技术可以制造出高精度和复杂形状的金属复合材料制品。
以上是几种常见的先进金属复合材料成形技术，通过这些技术的应用，可以制造出更高性能、更复杂的金属复合材料制品，满足不同领域对于材料强度和耐热性能的要求。
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。
粉末冶金技术 第五讲 压制成形原理与工艺过程
层裂
弹性后效的影响因素
➢ 为什么瘠性陶瓷粉末 成型时压制压力不宜 过大？
➢ 压制压力、粉末粒度、 压模材质和结构、压 坯孔隙率、润滑剂对 弹性后效有何影响？
粉末压制理论
➢ 巴尔申理论（1938） ➢ 川北公夫理论（1956） ➢ 黄培云理论（1964~1980）
巴尔申压制方程（1938）
d d
影响压制成形的因素
➢ 粉末性能的影响 ➢ 润滑剂和塑化剂的影响 ➢ 工艺参数的影响 ➢ 加压方式的影响
粉末性能的影响
➢硬度 ➢流动性 ➢堆积密度 ➢粒度
润滑剂和塑化剂的影响
工艺参数的影响
加压速度 ➢ 冲击成形 ➢ 冲压成形 ➢ 静压成形 保压时间和卸压速度 ➢ 延长保压时间有利于压坯强度提高 ➢ 对卸压速度适当控制防止弹性变形反弹层裂
p外 p
p1
p
DHp D2 p
4H D
4
dp外 4 dH
p
D
p'
4H
pe D
p' p exp 4 H
D
p" p exp 8 H
D
压制过程力的分析
➢ 脱模压力pt
pt C p
与压制压力、粉末性能、压坯密度、压坯形状 尺寸、润滑剂等有关。
压制过程力的分析
➢ 弹性后效
l l0 100%
加压方式的影响
➢振动压制 ➢磁场压制
压制成形工艺
工艺过程
原料准备 称料 装料 压制 脱模
压制成形工艺
原料准备 ➢ 退火 ➢ 混合 ➢ 筛分 ➢ 制粒 ➢ 加润滑剂
压制成形工艺
称料
➢ 容积法
Q Vd松
➢ 重量法 Q Vd松 1 K
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
金属冶炼中的粉末冶金技术
粉末冶金技术还可以用于制备金属粉末，如铁粉、铝粉等。这些粉末可以用于 制造各种金属制品，如零件、工具和结构件等。
粉末冶金在金属合金化中的应用
合金化原理
粉末冶金技术通过控制原料粉末的成分和比例，可以制备出 具有特定性能的合金材料。通过调整合金元素的种类和含量 ，可以优化材料的力学性能、物理性能和化学性能。
粉末冶金技术在风力发电、核能、太阳能 等领域有广泛应用，能够制备高性能的零 部件和材料。
02
粉末冶金技术的基本 原理
粉末的制备
原材料选择
根据所需金属的性质和用途，选 择合适的原材料。
物理法
通过机械研磨、气体雾化、电解沉 积等方法将原材料细化成粉末。
化学法
通过化学反应将原材料分解为粉末 ，如氢还原法、化学气相沉积等。
合金制备方法
粉末冶金技术中的熔融混合法、机械合金化法和化学共沉淀 法等可用于制备各种合金材料，如不锈钢、镍基高温合金和 钛合金等。
粉末冶金在金属复合材料制备中的应用
金属基复合材料
粉末冶金技术可以用于制备金属基复 合材料，如铝基复合材料、钛基复合 材料和钢基复合材料等。这些复合材 料由两种或多种材料组成，具有优异 的力学性能和物理性能。
高强度与轻量化
粉末冶金技术能够制备高强度、轻量化的 金属零件，有助于提高产品的性能和降低
能耗。
可制造复杂结构零件
粉末冶金技术能够制造具有复杂内部结构 和精细特征的金属零件，满足各种工程应 用的需求。
环保友好
粉末冶金技术采用低能耗、低污染的生产 方式，减少了传统金属冶炼过程中产生的 废气、废水和废渣。
粉末冶金技术的快速发展，开始应用 于大规模生产和制备高性能材料。
粉末冶金技术的应用领域
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
粉末冶金成型的工艺过程
粉末冶金成型的工艺过程粉末冶金成型是一种利用粉末金属和其他复合材料制作各种形状和大小的零件的工艺，是一种广泛应用于航空航天、船舶、汽车、石油、机械制造和精密仪器等领域的一种重要工艺。
粉末冶金成型的工艺过程主要包括粉末成形、热处理和表面处理三个步骤。
首先，粉末成形。
将粉末金属或复合材料放入型腔内，然后用轧制机将其压实，形成特定的零件形状。
一般分两种方法：一种是热压成型，将粉末金属或复合材料装入型腔，然后将其加热，并用压力将其压实，使其形成所需的零件形状；另一种是压力成形，将粉末金属或复合材料装入型腔，然后用压力将其压实，使其形成所需的零件形状。
其次，热处理。
热处理对粉末冶金成型产品具有重要意义，其目的是改善材料的力学性能、改变材料的组织结构、调节材料的组织参数、提高材料的硬度和韧性等。
热处理可分为正火处理和回火处理两种，根据所需要的效果，可选用不同的工艺方式，如火焰热处理、氩弧焊热处理、电火花热处理等。
最后，表面处理。
表面处理的目的是使粉末冶金成型后的零件具有良好的外观和耐磨性，并且提高其耐腐蚀性。
表面处理的方法多种多样，如电镀、阳极氧化、氧化处理、涂装、抛光等。
由于粉末冶金成型产品的表面粗糙度较高，一般需要进行抛光处理，以改善表面光洁度和表面粗糙度。
粉末冶金成型的过程比较复杂，需要经过粉末成形、热处理和表面处理这三个步骤，才能得到满足要求的零件。
粉末冶金成型工艺具有加工复杂形状零件的优势，具有节约材料、提高加工精度、改善性能和缩短交货期等优点，已成为航空航天、船舶、汽车、石油、机械制造和精密仪器等领域的重要工艺。
Secondly, heat treatment. Heat treatment is of great significance to powder metallurgy forming products, which aims to improve the mechanical properties of materials, change the structure of materials, adjust the organization parameters of materials, increase the hardness and toughness of materials, etc. Heat treatment can be divided into two types: normalizing and annealing, different process can be selected according to the required effect, such as flame heat treatment, argon arc welding heat treatment, electric spark heat treatment, etc.。
机械制造基础-6.3粉末冶金成形技术(3)-烧结
第六章粉末冶金6.1 金属粉末的特性6.2 粉末制备技术6.3 粉末冶金成形技术第三节粉末冶金成形技术普通模压成形特殊成形烧结切削运动粉末成形后得到的压坯只是粉末颗粒界面接触的机械聚合体，必须经过适当的高温烧结，使颗粒间产生原子结合，才能获得质地坚硬、符合要求的成品。
粉末压坯的烧结就是在高温下借助原子迁移实现颗粒间冶金结合的过程。
粉末冶金烧结烧结?烧结过程烧结过程示意图烧结过程：黏结烧结颈长大闭孔隙球化和缩小a) 烧结前颗粒的接触状态;b) 烧结早期的烧结颈长大;c) 烧结后期孔隙球化黏结：烧结初期，原子扩散，颗粒间的机械接触点或面转变为晶体结合，即形成烧结颈。
该阶段烧结体不发生收缩，但烧结体强度和导电性明显增加。
烧结颈长大：中期阶段，原子向颗粒结合面大量迁移，烧结颈扩大，形成晶界和孔隙网络；同时晶粒长大，大量孔隙消失。
该阶段烧结体收缩，密度和强度明显增加。
闭孔隙球化和缩小：烧结后期，多数孔隙被分隔成封闭孔隙，并逐渐球化缩小。
烧结过程烧结过程烧结切削运动烧结工艺制度烧结温度烧结气氛保温时间起始烧结温度：指颗粒之间形成原子结合的最低温度。
通常以最低塔曼温度指数α（烧结热力学温度与材料熔点热力学温度之比）来表示，金属粉末的α指数在0.3~0.4之间。
实际烧结温度：指烧结工艺所制定的高温烧结阶段的温度，温度指数α=0.67~0.80，其下限略高于再结晶温度。
烧结温度越高，颗粒之间越容易烧结，烧结制品的性能越高。
烧结时间：指高温烧结阶段的保温时间。
在一定温度下，烧结时间越长，烧结越充分，烧结体性能也越高。
一般来讲，实际生产中，多采用提高温度，缩短时间的工艺来提高产品的性能。
烧结温度与烧结时间有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）烧结气氛？防止环境对烧结制品的有害作用 排除有害杂质及润滑剂，净化炉气 维持烧结制品有用成分烧结气氛①氧化性气氛用于贵金属的烧结（如Ag）、氧化物弥散强化材料的烧结等；②还原性气氛用于烧结时还原被氧化的金属或保护金属不被氧化，如硬质合金、铜基、铁基制品；③惰性或中性气氛包括氮气、氩气、氦气及真空等，如活性金属可采用真空烧结。
粉末冶金成形
• 则得：
ln P l ( 1) C
• 在压力达最大值Pmax即压制终点时相对体积 β=1，所以（β-1）=0，则 • C=lnPmax 所以有： ln P l ( 1) ln P
max
•
•
lnPmax lnP lnP
• • •
β=1 β β
• 巴尔申方程示意图
代人上式得： 两边取对数，则上式变为：
ln P ln S 截 m ln
当压制到最大压力时，ρ 等于1， 所以得：
ln Pmax ln S 截 , 则S 截 Pmax
则可得：
ln P ln Pmax
P m ln , 或 m Pmax
m
或
P Pmax
铁-硫0.3%-石墨2.2%-硬脂酸 锌
青铜6-6-3-石墨0.75%-硬脂酸 锌
530 860
380 460 490 530
1.137 0.12-0.14
1. 085 0.088-0.100 1. 08 2. 0.09
1.09 0.08
•05 0.05-0.06 1.05 0.06
纯铁
纯铜
390
235 490
v sh h v k s k hk hk
dp dm
g / v v k hk 1 g / vk v h
1 , 1
由
代入上式则得：
dh d hk
dP dh k " k " d S hK P S
由虎克定律
代入上式得：
几种粉末与模壁之间的摩擦系数
粉末成分 铁-铜2.5-3%-石墨0.8-0.85%硬脂酸锌0.8% 铁-硫0.3%-石墨1.2%-硬脂酸 锌 860 单位压制压力 MPa 380 530 860 静摩擦系数 μ 静 1.140 2.175 0.17-0.19 0.15 动摩擦系数 μ 动 1.084 •105 0.110 0.10
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
粉末成型控制技术的研究
一、粉末冶金成形工艺过程
成形是粉末冶金工艺的重要步骤。成形的目的是制得具有一
定形状、尺寸、密度和强度的压坯。粉末冶金常用的成形 方法如下所示。模压成形是最基本的成形方法。
成形
无压成形
加压成形
松 装 烧 结
粉 浆 浇 注
模 压 成 形
热 压 成 形
等 静 压 成 形
轧 制 成 形
压坯密度
粉末成型控制技术的研究
模压Ⅲ 阶段由于颗粒发生塑性变形从而产生弹性内应力。
弹性内应力将结合压制压力大小、加压速度、压坯孔隙度等各 种因素影响压坯密度分布。
此外脱模过程中，以及脱模后压坯出现裂纹、缺口等缺陷。
粉末成型控制技术的研究
2.模压成型关键点
模压成形法工艺简单，效率高，便于自动化生产。但是该 方法压力分布不均匀，使坯体密度不均匀，易发生开裂现象， 导致次品的出现。 a.压坯密度分布均匀性：因为粉末体在压模内受力后向各 个方向流动，于是引起垂直于压模壁的侧压力。侧压力引起 摩擦力，会使压坯在高度方向存在明显的压力降。 改善措施：1）减小摩擦力，内壁涂抹润滑油或采用内 壁更光洁的模具； 2）采用双向压制改善压坯密度分布的不均匀性； 3）模具设计时尽量降低高径比。
实际生产中,脱模力Pe与压制力P关系： 铁粉压坯脱模力 Pe≈0.13P
硬质合金脱模力 Pe≈0.3P 当用硬脂酸锌作为润滑剂压制铁粉Pe≈0.03~0.05P
新研发全自动粉末压机
全自动粉末冶金液压机介绍
新开发的全自动粉末冶金成型设备，设计理念是集机 械压力机与CNC伺服液压压机部分优点的为一体的新型国 内首创设备。 浮动模板式复合模架能有效的控制产品的一致性而后 产品的合格率，在满足定压压制的基础上增加机械压力机 的定程压制机构，既可以起到又可以作为定压压制的双层 保护；压制结束可在线对压坯进行称重装置检测，可有效
艺类似，因此人们又常常称粉末冶金方法为“金属陶 瓷法”。
粉末冶金技术概述
随着各行各业的快速发展，轻量化、紧凑设计等各种要
求，越来越多的零部件日趋复杂，促使粉末冶金成型工艺面 对更多挑战。汽摩行业作为粉末件用量最大行业，目前就汽 车这一分支形势来看，据行业协会2014年不完全统计，全 球不同地区由于技术以及生产能力等因素每台汽车上使用 PM件的量相差较大：
粉末成型控制技术的研究
4.脱模力的计算
2)脱模压力计算 脱模压力也是成形设备的重要参数之一，脱模压力Pe计 算公式为： Pe=F'PsiSs
式中 F'—粉末与模壁的静摩擦系数。铁基F'值为 0.14~0.19。 Psi—脱模前阴模弹性收缩，作用于压坯的压强，Mpa Ss—压坯与阴模模腔的侧面积，cm2。
粉末冶金技术概述
随着PM量的增加，制件对工艺的要求势必更为严格，
粉末成形液压机作为粉末冶金件生产线上最关键设备，其性 能决定了粉末压坯的质量，而且制约着我国粉末冶金行业的 发展。高性能粉末压机，是拥有基于电液比例技术的粉末成 形液压机产品,但其技术处于封锁状态。 目前较大的粉末冶金生产厂引进国外的先进粉末成形设 备和生产线，单靠引进不能从根本上解决问题。 所以，独立开发高技术水平的粉末成形设备也是目前粉 末行业发展最大的趋势。
离 心 成 形
挤 压 成 形
爆 炸 成 形
粉末成型控制技术的研究
1.模压成型工艺分析
模压过程中粉末体的压制过程如下： Ⅰ阶段粉末颗粒受到压力后，颗粒之 间发生相对移动，“拱桥”被破坏， 密度随压力的增加而迅速增加； Ⅱ Ⅲ Ⅱ阶段出现压缩阻力，密度不随压力 Ⅰ 增高而明显变化； 成型压力 Ⅲ 阶段粉继续增大成形压力，末颗粒 开始变形使颗粒之间的结合进一步 压坯密度——成形压力曲线 增强，坯体的密度又随压力增高而 增加。
粉末成型控制技术的研究
3.压制力的计算
1)压制压力计算
压制压力作为选择压机的重要工艺参数，压制压力 P(MPa) 可按下式计算: P =pS 式中 p—单位压制压力,Mpa S—压坯的受压横截面积,cm2。 实际生产中，铁基压坯密度在 6.0~7.0g/cm3时，单位压制 力为400~700MPa 。 铜基压坯密度在 6.4~7.8g/cm3时，单位压制压力为 200~500MPa。 不锈钢单位压制压力为 700~800MPa。
粉末冶金技术概述
汽协数据反馈2014年全国汽车产销分别为2372.29万
辆和2349.19万辆，同比增长7.26%和6.86%。以及上月 上海汽车展上汽协公布的15年一季度国内汽车产销量来看， 估计15年汽车产销量将比上年度增长5-8%。
结合上述统计结果来看，国内汽车行业在靠近国外同
行产品时对PM件的需求量也将大大提升。
粉末成型控制技术的研究
b.脱模完整性：由于压制过程阴模会发生弹性膨 胀，当压力去除后，压坯阻碍阴模弹性收缩，压坯 受径向压力，使得压坯在脱模过程中受到反向切应 力作用，压坯上的一些薄弱部位有可能在上述切应 力作用下发生毁坏。 改善措施：零件在结构上应尽可能避免薄壁、深 而窄的槽、锐边、小而薄的凸台等形状。
粉末成型控制技术的研究
从上述两点粗略的讲述成型控制过程源自一因素对制品质量的影响，但在实际应用中各种影响因素都是相互的，在 研究过程中发现同时影响制品质量的的因素有：
1、成行压力对制坯质量的影响：压制力对密度有着直接的影响。 存在的压力降使压制时产生分层和剥离，脱模后压坯分界面存在裂纹。 2、压制速度对压坯质量的影响：粉末压制时，加压速度的大小， 影响空气从粉末间的孔隙中排出，直接影响压坯密度的均匀，压坯密 度差就较大，压坯就越易产生裂纹。 3、保压时间对压坯质量的影响：在压制过程中，最大压制压力 下要有适当的保压时间，可明显提高压坯密度。 4、脱模力对压坯质量的影响：
1 2 3
粉末冶金技术概述
粉末成型控制技术的研究
新研发全自动粉末压机
4
未来发展方向
粉末冶金技术概述
粉末冶金（Powder metallurgy简称PM）是以金属
粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)为原料，通 过成形、烧结或热成形制成金属制品或材料的一种冶 金工艺技术。粉末冶金生产工艺与陶瓷制品的生产工
提高生产效率。
新研发全自动粉末压机