第4章 粉末压制和常用复合材料成形过程
材料成型技术-第四章-粉末压制和常用复合材料成形过程
• 3、粒度分布 • 指大小不同的粉粒级别的相对含量，也叫粒度 组成。 • 粉末粒度组成的范围广，则制品的密度高，性 能也好，尤其对制品边角的强度尤为有利。
• 4、技术特征
• 粉末的成形技术特征主要有：松装密度、流动性、压制 性。 • （1）松装密度
– 松装密度亦称松装比，指单位容积自由松装粉末的质量。受粉 末粒度、粒形、粒度组成及粒间孔隙大小决定。松装比的大小 影响压制与烧结性能，同时对压模设计是一个十分重要的参数。
双向压制示意图 (a)单冲头 (b)组合冲头
• 二、流体等静压制
–它是利用高压流体(液体或气体)同时从各个方向对粉 末材料施加压力而成形的方法。
等静压制示意图 1-工件；2-橡胶或塑料模；3-高压容器；4-高压泵
• 三、三向压制
–它综合了单向钢模压制与等静压制的特点。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。
• 1、烧结温度
• 固相烧结指粉粒在高温下仍然保持固态。采用的烧结温 度为： – T烧结＝(2/3~3/4)T熔点 • 液相烧结指烧结温度超过了其中某种组成粉粒的熔点， 高温下出现固、液共存状态，烧结体将更为致密坚实， 进一步保证了烧结体品质。 • 通常较高的烧结温度可促使粉粒间原子扩散易于进行， 从而使烧结体的硬度和强度升高。在烧结温度下不允许 液相处于完全自由流动状态。
• 硬质合金有三类： • 1、钨钴类(YG) • 主要组成为碳化钨(WC)和钴(Co)。常用牌号有 YG3、YG6、YG8等。 • 钨钴类硬质合金有较好的强度和韧度，适宜制 作切削脆性材料的刀具。如切削铸铁、脆性有 色合金、电木等。且含钴愈高，强度和韧度愈 好，而硬度、耐磨性降低，因此，含钴量较多 的牌号一般多用作粗加工，而含钴量较少的牌 号多用于作精加工。
粉末冶金加压成型
1、成形步骤：成形模具可分为上冲、中模、下冲、芯棒四大部份。
而依零件之复杂程度，其上、下冲之数目不同。
1、步骤：粉末成形后，中模向下移动，使胚体露出中模面，此步骤称为脱模顶出。
接着填粉盒向右方前进，利用其前端将胚体顶向右方的收料盘。
接着中模向上移，而填粉盒则移至模穴正方，使粉末落入模穴内，再此过程中填粉盒将左右振动使粉末较易落入。
当充填结束后，填粉盒向左移，上冲向下移动进入中模挤压粉末。
当压结动作结束后，上冲上移而中模继续下移，直到试片露出中模。
2、充填：粉末的充填有四种方法：A：落入法：传统之填粉法，亦即中模上升至最高点之位置后，填粉盒才到达模穴上方，将粉以自由落体的方式掉入模穴中。
利用此法填粉时，充填之速度及均匀性常取决于模穴的截面积之大小及粉末的速度。
B：吸入法：由于一般所使用粉末的粒径多在40~200μm之间，若使用落入法，当模穴狭窄时，粉末进入不易，速度较慢，将影响成形机的使用效率。
为改善此现象，可采用吸入法。
亦即当填粉盒到达模穴上方时，中模才往上移，此动作造成真空吸粉之现象，可加快粉末进入模穴之速度，以及充填的完全性。
对于形状复杂有尖角之零件，或小于1mm之薄壁轴承之充填均有很大之帮助。
C：上充填法：粉末填入模穴后，芯棒才向上移至模面之高度，此对于薄壁零件亦有相当大之帮助，因为薄壁零件成形时芯棒与中模间之空隙小，易产生架桥现象，阻碍了后续粉末之掉入，若芯棒先在下方，可增加模穴空间有利充填，待充填结束后，芯棒再往上移即可改善这些困扰。
D：下充填法：当充填结束后，下冲不动，中模和芯棒再向上移，使粉末相对下移低于模面，此可防止上冲向下移动到达中模面时粉末向外喷，且可减少因中模有推拔角或圆弧角而使一些粉末卡在上冲与中模间造成夹粉之现象。
粉末之充填量、深度以及胚体尺寸之关系：填粉的深度H1、生胚胚体之高度H2、ρg生胚密度、ρa粉末之视密度。
公式为：(H1/H2)=( ρg/ρa) 以圆柱体为例：若H2=3mm、ρg=6.8g/cm3、ρa=2.8g/cm3 则H1=7.28mm3、成形：粉末的充填有四种方法：A：单压成形：成形时下冲不动，由上冲施力，压结后，中模不动，由下冲向上将产品顶出。
粉末冶金原理-粉末成形-第一讲
脆性断裂：单位压制压力超过强度极限后，粉末颗
粒发生粉碎性的破坏。难熔金属（W、Mo）或其他
化合物（WC、Mo2C等脆性粉末）。
23
4.2粉体压制成形原理与技术
粉体压制成形-位移和变形
粉末的变形 压力增大，颗粒发生变形； 点接触逐渐变为面接触，球形变为扁球形，压力
继续增大粉末可能破碎。
5
4.1成形前粉末的预处理
预处理包括分级、合批、粉末退火、筛分、混合、 制粒、加润滑剂、加成形剂。
合批和混合
混合: 将不同成分的粉末混合均匀的过程。
合批: 成分相同而粒度不同的粉末或不同生产批次的粉末进 行均匀混合。
意义： 大小颗粒的适度搭配，可改善粉末的填充性质，提 高了粉末的压缩性； 可形成新的合金（Fe-C-Cu-Ni，Al-Si-Mn-Cu）。6
压坯抗弯强度 bb压坯
bb压坯
=
3PL 2bh2
P：破坏负荷；L：试样支点距离（ASTM：25.4mm；GB：25mm）
b：试样宽度；h：试样厚度
32
4.2粉体压制成形原理与技术
金属粉末的压坯强度
压坯抗弯强度试验法:
33
4.2粉体压制成形原理与技术
金属粉末的压坯强度
压溃强度实验法: 径向压溃强度K
7
4.1成形前粉末的预处理
混合方式
机械法混合均匀程度和效率取决于： 粉末颗粒的大小和形状； 组元的相对密度； 混合时所用的介质特性； 混合设备的种类； 混合工艺：装料量、球料比、时间和转速。
8
4.1成形前粉末的预处理
混合方式
化学法： 与机械法相比，能使物料中各组元分布更为均匀,
可以实现原子级混合； W-Cu-Ni包覆粉末的制造工艺： W粉+Ni(NO3)2溶液→混合→热解还原（700-750℃） →W-Ni包覆粉 +CuCl2 溶 液 → 混 合 → 热 解 还 原 （ 400-450℃ ） →W-Cu-Ni包覆粉末
材料成型：粉末成型
2、硬质合金
6
五、粉末冶金制品的结构工艺性（详见表4.2） 1、壁厚不能过薄 2、沿压制方向的横截面变化时,不能逐渐增大
不合理
合理
7
3、阶梯圆柱体每级直径之差不宜大于3mm，每级的长度与直径之比应小于3，上下底面之差也不能 悬殊太大，否则不易压实
不合理
合理
8
4、应避免与压制方向垂直的或斜交的沟槽、孔腔以及网纹花
零件成形方法:
1、材料成形法——进入工艺过程物料初始重量近似等于加 工后最终重量。如铸造、压力加工、粉末冶金、注塑成 形等，这些方法多用于毛坯制造，但也可直接成形零件。
2、材料去除法——零件的最终几何形状局限在毛坯的初始 几何形状范围内，零件形状的改变是通过去除一部分材 料，减少一部分重量来实现的。如切削与磨削，电火花 加工、电解加工等特种加工等。
b.连续式： 网带传送式烧结炉
4
4、后处理： （1）浸渗：利用烧结件的多孔性的毛细现象，浸入各种液体 （2）表面冷挤压 （3）切削加工 （4）热处理 （5）表面保护处理
5
五、粉末冶金成型的应用 1、机械制造中常用的粉末冶金材料 （1）粉末冶金减摩材料 （2）粉末冶金铁基结构材料 （3）粉末冶金摩擦材料
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构造三维模型 模型近似处理
切片处理
激光
喷射源
固化树脂 切割箔材 烧结粉末
喷粘结剂 喷热熔材料
三维产品（样品/模具）
表面处理
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图6-1 快速成型过程
设计
设计
铸造 锻压 焊接
模具
去
模具
毛坯 （大于工件）
除
半成品
加 工
a）
半成品 工件
样品
图6-2 传统加工与快速成型比较
粉末材料的主要成型方法
粉末材料的主要成型方法引言粉末材料是一种常见的材料形式，具有独特的性质和广泛的应用领域。
成型是将粉末材料转变为所需形状和尺寸的关键步骤之一。
本文将介绍粉末材料的主要成型方法，包括压制成型、注塑成型、烧结成型和3D打印等。
压制成型压制成型是最常见的粉末材料成型方法之一。
它通过将粉末材料放入模具中，施加高压使其变形并形成所需形状。
压制成型可以分为冷压成型和热压成型两种方式。
冷压成型冷压成型是将粉末材料在常温下进行成型的方法。
它适用于一些易于压制的材料，如金属粉末和陶瓷粉末。
冷压成型的步骤包括：1.将粉末材料放入模具中。
2.施加压力使粉末材料变形。
3.移除模具并得到成型件。
冷压成型的优点是成本低、工艺简单，但其成型密度较低，需要进一步处理以提高密度和强度。
热压成型热压成型是将粉末材料在高温下进行成型的方法。
它适用于一些高熔点材料和复杂形状的零件。
热压成型的步骤包括：1.将粉末材料放入模具中。
2.加热模具使粉末材料熔化或软化。
3.施加压力使粉末材料变形。
4.冷却模具并得到成型件。
热压成型的优点是成型密度高、强度好，但其成本较高，工艺复杂。
注塑成型注塑成型是将粉末材料通过注塑机进行成型的方法。
它适用于一些塑料粉末和橡胶粉末等可熔融的材料。
注塑成型的步骤包括：1.将粉末材料放入注塑机的料斗中。
2.通过螺杆将粉末材料加热熔化。
3.将熔化的材料注入模具中。
4.冷却模具并得到成型件。
注塑成型的优点是成型速度快、成型精度高，但其设备和模具成本较高。
烧结成型烧结成型是将粉末材料通过烧结过程进行成型的方法。
烧结是指将粉末材料加热至接近熔点的温度，使其颗粒之间发生结合，形成固体材料的过程。
烧结成型的步骤包括：1.将粉末材料放入模具中。
2.加热模具使粉末材料烧结。
3.冷却模具并得到成型件。
烧结成型的优点是成型密度高、强度好，适用于一些难以通过其他成型方法获得高密度材料的情况。
3D打印3D打印是一种近年来发展迅速的粉末材料成型方法。
第4章-粉末的成形
13
4.2.3 压制过程
压制过程可分为四个阶段：
①粉末颗粒移动，孔隙减小，颗粒间相互挤紧； ②粉末挤紧，小颗粒填入大颗粒间隙中，颗粒开始
有变形； ③粉末颗粒表面的凹凸部分被压紧且啮合成牢固接
触状态； ④粉末颗粒加工硬化到了极限状态，进一步增高压
力，粉末颗粒被破坏和结晶细化。
讲解：XX
14
1、压坯密度不均匀及危害
V压m 11 Vm d
⑤ 孔隙度系数（孔隙相对容比）
V 孔 V 压 V m 1 1 1 1 d
V m V m
d d d1
讲解：XX
49
（二）巴尔申压制理论
在忽略加工硬化情况下，虎克定律也可用于塑性变形，对粉末 压制过程应用虎克定律，最终可得出
ln Pln P ma lx( 1 )
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
离 心 成 形
挤爆 压炸 成成 形形
讲解：XX
2
本章主要内容
• 粉末的预处理 • 普通模压法成形 • 压制理论 • 特殊成形方法
讲解：XX
3
§4.1 粉末的预处理
• 预处理包括：退火、筛分、混合、制粒、 加润滑剂等。
② 巴尔申方程用于硬粉末比软粉末效果好，尤其在压制开 始阶段效果较好，但没普遍意义（未考虑加工硬化、摩擦及 固体的滞弹性）。
③川北方程在压制压力不太大时，是个较好的经验方程。 ④ 所有方程在导出过程中都没有考虑压坯的形状尺寸、模 壁摩擦力，在实际应用中存在一定偏差。
讲解：XX
55
§4.7 特殊成形方法
第四章粉末压制和常用复合材料成形过程(赖1)
原材料粉末 配混 压制成形 烧结 添加剂 制品
其他处理加工
制品
4.1.1金属粉末的制取及其特性
1、金属粉末的制取
（1）矿物还原法：金属矿石在一定冶金条件下被还原后，得到一定形 状和大小的金属料，然后将金属料经粉碎等处理以获得粉末。 （2）电解法：采用金属盐的水溶液电解析出或熔盐电解析出金属颗粒 或海绵状金属块，再用机械法进行粉碎。 （3）雾化法：将熔化的金属液通过喷射气流、水蒸气或水的机械力和 急冷作用使金属熔液雾化，而得到的金属粉末。 （4）机械粉碎法：钢球或硬质合金球对金属块或粒原料进行球磨，适 宜于制备一些脆性的金属粉末，或者经过脆性化处理的金属粉末。
我国粉末冶金产业和技术的发展 1、开拓市场，提高粉末冶金零部件在汽车工业 的需求 2、加强粉末冶金行业联合，提高竞争力 3、发展先进粉末冶金装备，提高生产水 4、发展高附加值产品，提升技术水平
硬质合金有三类：
1、钨钴类(YG)：主要组成为碳化钨和钴，有较好的强 度和韧度，适宜制作切削脆性材料的刀具。含钴越高， 强度和韧度越好，而硬度、耐磨性降低，因此，一般多 用作粗加工。 2、钨钴钛类(YT)：主要组成为碳化钨、碳化钛和钴。 此类硬质合金含有比碳化钨更硬的碳化钛，因而硬度高， 热硬性也较好，故适宜制作切削高韧度钢材的刀具。同 样含钴量较高的用作粗加工。 3、钨钽类(YW)：主要组成为碳化钨、碳化钛、碳化钽 和钴。其特点是抗弯强度高。这类硬质合金制作的刀具 用于加工不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工的材料。
4.2.3 多孔性材料及摩擦材料 1、多孔性材料 多孔性材料制品有过滤器、热交换器、触媒以及一 些灭火装置等。过滤器是最典型的制品，主要用来 过滤燃料油、交换空气、以及化学工业上过滤液体 与气体等。常使用的粉料有青铜、镍、不锈钢等。 2、摩擦材料 摩擦材料用来制作刹车片、离合器片等，用于制动 与传递扭矩。 粉末摩擦材料主要分为铜基与铁基两大类。
粉末成形与烧结讲义第四部分课件
（3）继续升温到烧结温度及保温阶段 超过共晶温度继续升温，有更多WC 溶解列液相中，液相数量剧增；保温过程中， WC继续溶解到液相中，继续保 温只发生WC通过液相的溶解和再析出过程，WC晶粒逐渐长大，而两相的成分 和比例都维持不变。
热压致密化理论是在粘性或塑性流动烧结理论的基础上建立，并主 要沿着两个方向发展：(1)热压的动力学即致密比方程式，分为理论的 和经验的两类，前者由塑性流动理论和扩散蠕变理论寻出；(2)热压的 致密化机构，包括颗粒相互滑过、颗粒的破碎、塑性变形以及体积扩散 等。
热压烧结的特点：
1. 所需的成型压力仅为冷压法的1/10； 2. 降低烧结温度和缩短烧结时间，抑制了
液相烧结的机构表明，当固相的原子溶解于液相(粘 结相)时致密化速度增加，烧结所需时间缩短，从这个 意义上讲，能在烧结温度下形成液相的就可用作活化 烧结的添加元素。
但是，对于W—Cu—Ni重合金，当Cu与Ni比为1 ／2．5时，合金在低于Cu-Ni熔点的温度1050℃烧 结，烧结后可以看到钨颗粒形成明显的卵形结构，并 有明显的体积收缩。
液相烧结过程
液相烧结不同阶段的示意图(O:熔化;Ⅰ:重排;Ⅱ:溶解-沉淀;及Ⅲ:固相烧结)
（1）颗粒重排（Particles Re-arrangement） 在液相烧结过程中，颗粒间的液相膜起润滑作用。颗粒重排向减 少气孔的方向进行，同时减小系统的表面自由能。当坯体的密度 增加时，由于周围颗粒的紧密接触，颗粒进一步重排的阻力增加， 直至形成紧密堆积结构。
四、热压烧结
热压烧结（hot pressing）是在烧结过程中同时对坯料施加压力， 加速了致密化的过程。所以热压烧结的温度更低，烧结时间更短。
粉末的成形
• 常用的包套材料为金属，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；也可对熔铸制品进行二次处理，消 除气孔和微裂纹。
§4.6 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：
d m
ρm — 固体理论密度
③ 孔隙度（porosity）
1 d m V孔 V压 Vm
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）
• 摩擦力导致压力损失，使压力分布不均匀。
3、影响因素与措施
a.压坯高度与直径比 b.摩擦系数 c. 压制方式
减小坯件高度与直径比 使用润滑剂 采用双向压制或浮模压制工艺 增大压制压力或利用预压工艺
4、压坯密度与影响因素的关系
a.随压制压力的增高而增大； b.随粉末的粒度或松装密度的增大而增大； c.颗粒的强度和硬度降低，有利于提高压坯
第四章 粉末的成形
• 粉末成形是粉末冶金的第二个阶段。它是将松散 的粉末制成具有一定形状、尺寸、密度和强度的 坯块这样一个工艺过程。
• 粉末经过成形工序得到具有既定形状与强度的粉 末体，叫做压坯。
• 粉末成形有多种方法，除了普通的模压法，其他 都归为特殊成形方法。模压成形是最基本方法。
粉末成形方法
§4.7 特殊成形方法
• 近些年以来，人们广泛地研究了各种非钢模 成形法。这些成形方法按其工作原理和特点 分为等静压成形、连续成形、无压成形、注 射成形、高能成形等，统称特殊成形。
材料成型第四章课程PPT课件
❖ （三）压制成形
❖ 1、钢模压制：指在常温下，用机械式压力机或液 压机，以一定的比压将钢模内的松装粉末成形为压 坯的方法。
❖ 2、流体等静压制：利用高压液体同时从各个方向 对粉末材料施加压力而成形的方法。
❖ 3、三向压制：综合了单向钢模压制和等静压制的 特点。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。它它适用于成形形状规则的 零件，如圆柱形、正方形、长方形等。
3
❖ 一、粉末冶金发展现状 ❖ （一）粉末冶金产业发展现状
现代粉末冶金产业主要起源于20世纪初。
❖ （二）粉末冶金技术发展现状
4
❖ 二、粉末压制成形过程
❖ 粉末压制是用金属粉末做成原料，经压制成 形后烧结而制造各种类型的零件和产品的方 法。其特点是：
❖ 1、能够生产出其他方法不能或很难制造的制 品。
16
❖ （三）多孔性材料及摩擦材料
❖ 1、多孔性材料
❖ 多孔性材料制品有过滤器、热交换器、触媒 以及一些灭火装置等。过滤器是最典型的制 品，主要用来过滤燃料油、交换空气、以及 化学工业上过滤液体与气体等。常使用的粉 料有青铜、镍、不锈钢等。
❖ 2、摩擦材料
❖ 摩擦材料用来制作刹车片、离合器片等，用 于制动与传递扭矩。
第四章
粉末压制和常用复合 材料成形过程
1
❖ 美国金属粉末工业联合会（MPIF）将粉末冶 金定义为：
❖ 制造金属（或无机非金属）粉末和利用金属 （或无机非金属）粉末生产大块材料和一定形 状零件的方法。
❖ （The arts Of producing metal powders and Of the utilization Of metal powders for the production of massive materials and shaped objects）。
粉末成形第四章
1
P
ξ—侧压力与正压力之比，即侧压系数；ν—泊松比
侧压系数ξ公式的假定
假定在弹性变形范围内有横向变形 没有考虑粉体的塑性变形 没有考虑到粉末特性及模壁及模壁变形 因此侧压力只能是一种估计数值
2）侧压力系数与压坯密度的关系
研究得出，粉末的侧压系数与密度的关系 有
P侧 P
最大
b 0.164 0.079 0.171 0.096 0.153 0.124 0.228 0.252
川北对十种粉末进行 压制得到的粉末体 积减少率与压力的 关系
3）黄培云压制理论方程
(d m d 0 )d m lg ln lg P lg M (d m d )d 0
dm—致密金属密度；d0—压坯原始密度；d—压坯 密度；P—压制压强；M—相当于压制模数；m—相 当于硬化指数 上述方程的适用方面： 黄培云方程：对软粉末或硬粉末适用效果较好 巴尔申方程：对硬粉末适用效果较好 川北公夫方程：在压制压力不太大时优越性显著
4、压制过程中力的分析
压制压力作用 在粉体后 P1—净压力；
P1使粉末产生位移，变形，克服粉末的 内摩擦力 P2克服粉末颗粒与模壁之间外摩擦力
P2 —压力损失
总 压
力
P = P1+ P2
4.1侧压力
侧压力—粉末体在压模内受压时，压坯会向周围膨 胀，模壁就会给压坯一个大小相等方向相反的作 用力。 或者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
0.03 0.03
0.02
0.23 0.3
0.1
0.3
0.25
退火气氛对粉末压制性能的影响
压力/MPa 200 400 压坯的孔隙度% H2 34.4 23.8 HCl 32.0 21.0 真空/Pa 4 2.5
粉末冶金工艺过程
粉末冶金工艺过程粉末冶金工艺过程2007-11-27 13:33粉末冶金材料是指不经熔炼和铸造，直接用几种金属粉末或金属粉末与非金属粉末，通过配制、压制成型，烧结和后处理等制成的材料。
粉末冶金是金属冶金工艺与陶瓷烧结工艺的结合，它通常要经过以下几个工艺过程：一、粉料制备与压制成型常用机械粉碎、雾化、物理化学法制取粉末。
制取的粉末经过筛分与混合，混料均匀并加入适当的增塑剂，再进行压制成型，粉粒间的原子通过固相扩散和机械咬合作用，使制件结合为具有一定强度的整体。
压力越大则制件密度越大，强度相应增加。
有时为减小压力合增加制件密度，也可采用热等静压成型的方法。
二、烧结将压制成型的制件放置在采用还原性气氛的闭式炉中进行烧结，烧结温度约为基体金属熔点的2/3～3/4倍。
由于高温下不同种类原子的扩散，粉末表面氧化物的被还原以及变形粉末的再结晶，使粉末颗粒相互结合，提高了粉末冶金制品的强度，并获得与一般合金相似的组织。
经烧结后的制件中，仍然存在一些微小的孔隙，属于多孔性材料。
三、后处理一般情况下，烧结好的制件能够达到所需性能，可直接使用。
但有时还需进行必要的后处理。
如精压处理，可提高制件的密度和尺寸形状精度；对铁基粉末冶金制件进行淬火、表面淬火等处理可改善其机械性能；为达到润滑或耐蚀目的而进行浸油或浸渍其它液态润滑剂；将低熔点金属渗入制件孔隙中去的熔渗处理，可提高制件的强度、硬度、可塑性或冲击韧性等。
粉末冶金工艺的优点1、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。
2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本。
用粉末冶金方法制造产品时，金属的损耗只有1-5%，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80%。
3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质，而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化，也不会给材料任何污染，故有可能制取高纯度的材料。
材料成型：粉末成型
1、材料成形法——进入工艺过程物料初始重量近似等于加 工后最终重量。如铸造、压力加工、粉末冶金、注塑成 形等，这些方法多用于毛坯制造，但也可直接成形零件。
2、材料去除法——零件的最终几何形状局限在毛坯的初始 几何形状范围内，零件形状的改变是通过去除一部分材 料，减少一部分重量来实现的。如切削与磨削，电火花 加工、电解加工等特种加工等。
1、铸件
2、锻件
3、冲压件和挤压件 4、焊接件
5、型材
6、粉末冶金件
7、工程塑料件
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三、常用零件毛坯的成形方法
1、轴杆类零件：
轴杆类零件的结构特点是其轴向尺寸远大于径
向尺寸。在机械装置中，该类零件主要用来支承
传动零件和传递转矩。同时还承受一定的交变、 弯曲应力，大多数还承受一定的过载或冲击载荷。
3、材料累加法——传统的累加方法有焊接、粘接或铆接等， 通过不可拆卸连接使物料结合成一个整体。形成零件,近 几年才发展起来的快速原型制造技术（RPM），是材料 累加法的新发展。
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• 快速原型制造技术 • ◆快速原型制造，又称“快速成形技术”或
“分层制造”，是20世纪80年代后期迅速发展 起来的一种新型制造技术。 • ◆它将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助 制造（CAM）、计算机数控（CNC）、精密 伺服驱动、新材料等先进技术集于一体，依据 计算机上构成的产品三维设计模型，对其进行 分层切片，得到各层截面的轮廓。 • ◆按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层 的箔材（或固化一层层的液态树脂，或烧结一 层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一 层层的粘结剂或热熔材料等，形成一个个薄层， 并逐步迭加成三维实体（如图）。
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2、改变材料及成形工艺，降低原材料及加 工成本 例如：套筒扳手
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.。
材料成形技术基础复习提纲及复习题
材料成形技术基础复习提纲及复习题材料成形技术基础——复习提纲及复习题江西理工大学熊佳乐第一部分复习提纲第一章绪论1、现代制造过程的分类（质量增加、质量不变、质量减少）。
2、那几种机械制造过程属于质量增加（不变、减少）过程第二章液态金属材料铸造成形技术过程1、液态金属冲型能力和流动性的定义及其衡量方法2、影响液态金属冲型能力的因素（金属性质、铸型性质、浇注条件、铸件结构）3、收缩的定义及铸造合金收缩过程（液态、凝固、固态）4、缩孔、缩松的定义，形成条件、产生的基本原因，形成部位及防止方法。
5、铸造应力的定义及分类，产生的缺陷（热裂、冷裂、变形），防止和减少措施。
6、金属的吸气性及金属吸收气体的过程，主要气体（H2、N2、O2）7、偏析、宏观偏析、微观偏析、正偏析、逆偏析的定义及其消除方法。
8、铸件可能出现那几种气孔（析出性、反应性、侵入性）及其定义9、熔炼的分类（按合金和熔炼特点）及熔炼的基本要求10、浇注系统的组成及主要功能11、铸件冒口的定义、作用及设计必须满足的基本要求（P51）12、冷铁的作用13、常用的机器造型和制芯方法有哪些？14、液态金属的凝固过程，顺序凝固、同时凝固的定义15、砂型铸造和特种铸造的技术特点（P52）16、常用的特种铸造方法有哪些？其基本原理和特点是什么？17、何谓金属的铸造性能，铸造性能不好会引起哪些铸造缺陷？第三章固态材料塑性成形过程1、金属塑性变形的概念、基本条件及常见的金属塑性变形的主要成形方法。
2、冷、热变形及加工硬化的定义及其对金属性能的影响3、金属的可锻性的定义、衡量指标和影响因素4、金属塑性变形的基本规律5、金属自由锻成形的定义及自由锻成形过程（重点放在锻件图的绘制及其应考虑的因素、锻造工序<基本工序、辅助工序、精整工序>的确定、坯料质量及尺寸的计算、加热冷却规范）6、模锻的定义及模锻成形过程（重点在分模面的确定原则）7、模锻锻模模膛的分类及其作用8、金属在模锻模膛内的变形过程、特点及影响金属充填模腔的因素9、模锻飞边和冲孔连皮的作用及去除模具的特点第四章金属材料的连接成形1、固态材料的连接可分为永久性和非永久性连接两种2、焊接的定义、特点、分类及主要影响因素（温度、压力）3、焊接接头的组成及热影响区形成的原因及其对焊接接头组织和性能的影响4、焊接应力和变形产生的原因、形成过程，变形形式及矫正方法，消除应力的措施。
第4章粉末压制和常用复合材料成型过程
4.1.1 金属粉末的制备及特性
粉粒大小直接影响粉末冶金制品的性能， 尤其对硬质合金、陶瓷材料等，要求粉粒愈细 愈好。但制取细粉比较困难，经济性亦差。 3)粒度分布 指大小不同的粉粒级别的相对含量，也叫 粒度组成。粉末粒度组成的范围广，则制品的 密度高，性能也好，尤其对制品边角的强度尤 为有利。
粒径基准
4.1.2 粉末配混
润滑剂 粉末配混是根据产品配料计算并按特定的粒度分布把 塑化剂
各种金属粉末及添加物(如润滑剂等)进行充分地混合，此工 序通过混粉机完成。 添加剂的加入主要在于改善混合粉的成形技术特征。 混合粉的特性常用混匀度表示。混匀度越大，表示混合 越均匀；也就越有利于制品的性能要求。但粉末混合过程须 谨慎，太激烈的混合将会引起变形硬化、颗粒相互磨损、起 层等，故一定要按照成形技术要求和规范进行。
羰基物热离解
4.1.1 金属粉末的制备及特性
（1）金属粉末的制取 2) 电解法 采用金属盐的水溶液电解析出或者熔盐电解析出 金属颗粒或者海绵状金属块，然后将金属块经机械粉 碎处理后得到的粉末。 电解法生产的金属粉末品种多，纯度高，粉末颗 粒呈树枝状或者针状，其压制性或者烧结性都较好。
4.1.1 金属粉末的制备及特性
烧结的定义 压制成型后的粉状物料在低于熔点的高 温作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和 物质传递，气孔排除，体积收缩，强度 提高、逐渐变成具有一定的几何形状和 坚固整个的过程。 通常用烧结收缩、强度、容重、 气孔率等物理指标来衡量物料 烧结质量的好坏。
烧结分类
按照烧结时是否出现液相，可将烧结分为两类：
（1）金属粉末的制取 3) 雾化法(二流雾化) 是使熔化的液态金 属从雾化塔上部的小孔 中流出，同时喷入高压 气体，在气流的机械力 和急冷作用下，液态金 属被雾化，冷凝成细小 粒状的金属粉末，落入 雾化塔下的盛粉桶中。
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。
粉末成型加工教程
粉末成型加工教程粉末成型加工是一种常用的制造工艺，通过将金属或非金属粉末与粘结剂混合，然后在高温下进行压制和烧结，最终得到所需零件或产品的加工过程。
它具有高效、高精度和多样化的特点，被广泛应用于汽车、航空航天、电子、医疗等行业。
下面将介绍一下粉末成型加工的基本步骤和相关注意事项。
首先，粉末的选择非常关键。
根据所需产品的材料性质和要求，选择合适的金属或非金属粉末。
常用的金属粉末有铁、铜、不锈钢等，非金属粉末有陶瓷、塑料等。
不同材料的粉末会影响成品的机械性能和外观效果。
接下来是混合粉末与粘结剂。
粘结剂的选择应根据材料的性质和加工要求来确定，常用的粘结剂有蜡、聚合物等。
粘结剂的质量和含量对成品的性能和精度有很大影响，需要进行科学配比并搅拌均匀。
然后是成形。
将混合物填充到模具中，然后进行压制。
压制的压力、速度和时间需要根据具体材料和产品要求进行调整。
压制后的零件需要进行一定的处理，如去除多余边缘、定位孔等。
最后是烧结。
将压制好的零件放入高温炉中进行烧结，使粉末颗粒和粘结剂之间形成化学键合，并达到所需的密度和硬度。
烧结温度和时间也需结合材料性质和产品要求来确定。
在整个加工过程中，还需要注意以下几点。
首先是模具的设计和制造，模具的精度和表面质量对于成品的精度和表面质量有很大影响，需要进行精确的加工和注意修整。
其次是控制加工环境的洁净度和温湿度，杂质和湿气会影响成品的质量。
此外，还需要合理控制混合粉末的比例和搅拌时间，保证混合物的均匀度。
总之，粉末成型加工是一种重要的制造工艺，具有高效、高精度和多样化的特点。
通过合理选择粉末、粘结剂和模具，合理控制加工参数，可以得到优质的粉末成型产品。
对于从事该领域的人员而言，深入了解和掌握粉末成型加工的基本步骤和注意事项是非常重要的，不仅可以提高产品质量，还可以拓宽技术应用范围，促进产业的发展。
粉末冶金原理-粉末成形-第二讲
16
4.2粉体压制成形原理与技术
压制压力与压坯密度关系的解析
• 黄培云压制理论：考虑粉末的非线性弹滞体的特征和压形 时大幅度变化
lg ln
m m
0 0
n lg
p lg M
：压坯密度；0：压坯原始密度 m：致密金属的密度；
n：硬化指数的倒数； M：压制模量。
不规则粉末在压制过程中的接触面积比规则形状粉末大，压 坯强度高，成形性好。 粉末松装密度的影响
松装密度小，模具的高度及模冲的长度必须大，压制高密度 压坯时，密度分布容易不均匀。
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4.2粉体压制成形原理与技术
压坯密度的分布分析 影响压制过程的因素
• 粉末的性能 材料及粉末组成的影响
粉末的强度越高，压制成 形越难。
面，边缘的应力比中心 部位的大； 远离模冲的底部，中心 部位的应力比边缘应力 大。
3
4.2粉体压制成形原理与技术
侧压力和模壁摩擦力
侧压力与正压力关系：
P侧
=
P=
1
P
测压系数 ：单位侧压力与单位压制压力的比值
测压系数
=
P侧 P压
=最大
最大 为达到理论密度的测压系数；
• 常用的压坯强度与压坯相对密度的关系
C 0 m
C为常数；m 6
18
4.2粉体压制成形原理与技术
压制压力对压坯强度的影响
• 压坯强度的提高依赖于压坯密度的提高，压坯密度的提高又 需要高的压制压力。如何建立压坯强度与压制压力的关系？
• 途径一：通过压坯强度与压坯密度的关系、压坯密度与压制 压力的关系建立模型（解析的）。
• 第Ⅲ阶段：压力继续增大超过某一 定值后，随着压力的升高，压坯的 相对密度继续增加。（粉末颗粒开 始变形，位移和变形都起作用）
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第4章 粉末压制和常用复合材料成形过程
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主要内容
第1节 粉末压制成形过程 第2节 粉末压制产品及应用 第3节 粉末压制零件或制品的结构特征 第4节 陶瓷制品成形过程简介 第5节 常用复合材料成形过程简介
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金属粉末的特性
筛号与网孔大小的对应关系
筛号/目 网孔大小/μm
32 495
42 351
60 246
80 175
100 147
150 104
200 74
250 61
325 44
400 37
(3)粒度分布
粒度分布是指大小不同的粉粒级别的相对含量，也称为 粒度组成。粉末粒度组成的范围广，则制品的密度高，
③虽然用其他方法也可以制造，但用粉末冶金法更为经济。
④一般说来，金属粉末的价格较高，粉末冶金的设备和模具投资 较大，零件几何形状受一定限制，因此粉末冶金适宜于大批量生 产的零件。
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机 电 工 程 学 院 School of Mechanical & Electric.3 压制成形
1)目的：
将松散的粉料通过压制或其它方法制成具有一定 形状尺寸的压坯。
2)成形机理：
装入模具型腔内的金属粉料在 150~1600MN/m2 成 形压力作用下，粉粒之间的原子通过固相扩散互 相渗透促进粉粒的结合。 另一方面因粉粒表面凹凸不平，受压后互相合， 致使压坯密度提高，强度增大。
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4.1.3 压制成形
粉末压制成型的工序包括: 称粉、装粉、压制、保压及脱模等。
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金属粉末的特性
(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0.1~500μm，
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1)钢模压制
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2)流体等静压制
流体等静压制是利用高压流体 ( 液体或气体 ) 同时 从各个方向对粉末材料施加压力而成形的方法。
软、硬两种粉末压制中压力与密度之间的关系 1—软质材料粉末；2—硬质材料粉末
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4.1.3 压制成形
一个粉末冶金产品是以密度、强度、精度来表示的。
压坯的强度是一个比较重要的品质指标。压制过程中
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4.1粉末压制成形过程
粉末压制(主要指粉末冶金)是用金属粉末(或者金属和非
金属粉末的混合物)做原料，经压制成形后烧结而制造各种
类型的零件和产品的方法。 颗粒状材料兼有液体和固体的双重特性，即整体具有一 定的流动性和每个颗粒本身的塑性，人们正是利用这特性 来实现粉末的成形，以获得所需的产品。
4.1.1 金属粉末的制取及其特性
3)雾化法：
雾化法是使熔化的液态金属从雾
化塔上部的小孔中流出，同时喷
入高压气体，在气流的机械力和 急冷作用下，液态金属被雾化， 冷凝成细小粒状的金属粉末，落 入雾化塔下的盛粉桶中。
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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，0.5μm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=6.45×10-4 m2）筛网上的网孔数。
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，随着压力增大，压坯强度也提高，这主要是因为一
方面粉末接触表面的塑性变形导致的原子间作用力增
大，另一方面是粉粒表面凹凸不平而产生的机械啮合
力的结果。
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4.1.3 压制成形
压坯的密度和强度大小对烧结体的品质有直接的
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压制成形方法
压制成形的方法有很多，如钢模压制、流体等静压制、三向压 制、粉末锻造、挤压、振动压制、高能率成形等。常用的有： 1)钢模压制 钢模压制指在常温下，用机械式压力机或液压机，以一定的比 压 (压力常在 150~160MPa) 将钢模内的松装粉末成形为压坯的方 法。这种成形技术方法应用最多且最广泛。
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金属粉末的特性
重要金属粉末生产方法
金属粉末 铁 铜、镍 钨、钼、钒、钴 钛、锆、钽 铌、钍、铬、锰 生产方法 还原法、水雾化法、 空气雾化法、研磨法 电解法、雾化法、 还原法 还原法 还原法、电解法 电解法、还原法 金属粉末 铍 银 硅 铝 锌、锡、铅 生产方法 研磨法、还原法 电解法 电解法、沉淀法 研磨法 雾化法、研磨法 雾化法
4.1 粉末压制成形过程
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粉末压制生产技术流程
原材料粉末+添加剂 →配混→压制成形 →烧结 →制品/其他处理加工 →制品
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影响，密度大，强度高，烧结体的品质也好。另
外，坚固的压坯便于生产过程中的运输和半成品
加工。对于某些硬质材料的粉粒，因塑性变形能
力差，压制中即使增大压力也产生不了很大效果
。故生产中常靠加入润滑剂（又叫成形剂）来增
加压制时粉末间的黏结与压坯的强度。凡影响成
形性的因素都将影响压坯的密度和强度。
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金属粉末的特性
金属粉末的特性对粉末的压制、烧结过程、 烧结前强度及最终产品的性能都有重大影响。 影响金属粉末的基本性能的因素包括：成分、 粒径分布、颗粒形状和大小及技术特征等。 (1)成分 粉末的成分通常指主要金属或组分、杂质及气体的含 量。金属粉末中主要金属的含量大都不低于98%~99%， 完全可以满足烧结机械零件等的要求。但在制造高性 能粉末冶金材料时，需要使用纯度更高的粉末。
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4.1.1 金属粉末的制取及其特性
4) 机械粉碎法
机械破碎法中最常用的 是钢球或硬质合金球对 金属块或粒原料进行球 磨，适宜于制备一些脆 性的金属粉末，或者经 过脆性化处理的金属粉 末（如经过氢化处理变 脆的钛粉）。
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4.1.2 粉末配混
• 粉末配混是根据产品配料计算并按特定的粒度分布把 各种金属粉末及添加物（如润滑剂等）进行充分地混 合，此工序通过混粉机完成。
为改善粉末的成形 性和可塑性，在粉 料中添加增塑剂 (如汽油、橡胶溶 液、石腊等)。
性能也好，尤其对制品边角的强度尤为有利。
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金属粉末的特性
(4)技术特征
①松装密度：又称松装比，指单位容积自由松装粉末的质量。受粉 末粒度、粒形、粒度组成及粒间孔隙大小决定。松装比的大小影响 压制与烧结性能，同时对压模设计是一个十分重要的参数。 ②流动性：指50g粉末在粉末流动仪中自由下降至流完后所需的时间。 时间愈短，流动性愈好。流动性好的粉末有利于快速连续装粉及复 杂零件的均匀装粉。 ③压制性：包括压缩性与成形性。压缩性的好坏决定压坯的强度与 密度，通常用压制前后粉末体的压缩比表示。粉末压缩性主要受粉 末硬度、塑性变形能力与加工硬化性决定。经退火后的粉末压缩性 较好。为保证压坯品质，使其具有一定的强度，且便于生产过程中 的运输，粉末需有良好的成形性。
方形、套筒等。
1—侧向压力；2—轴向冲头；3—放气孔
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