粉末冶金原理第三章
粉末冶金模具设计
2020/11/29
粉末冶金模具设计
•带斜面的第五类压坯
当压坯斜面与垂直方向的夹角超过25°~30°，或 者具有多个斜面和平面时，一般按照斜面和平面的 分界线设计组合下模冲。斜面的装粉高度等于斜面 的压坯平均高度乘以粉末填装系数。
x=(d2-d1)h/d1
或者 y=x/l=100(d2-d1)/d1(k-1)
其中：d2为要求的压坯平均密度；d1为单向压 制的平均密度；h为压坯高度；k为压缩比；l 为装粉高度与压坯高度之差。
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粉末冶金模具设计
非同时双向压制原理为压模结构设计提供了 压坯密度均匀分布的理论基础；也为粉末压 机的设计提供了重要基础，使得多凸轮和凸 轮曲柄粉末压机更好地满足粉末压坯密度均 匀分布的要求。
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粉末冶金模具设计
摩擦压制
在压制过程中，让阴模或芯杆与样品侧面产 生同向相对移动，即运动得更快，借助粉末 与模壁之间的摩擦，带动与阴模或芯杆接触 的粉末层移动，从而可改善沿压坯高度方向 的密度分布均匀性。
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粉末冶金模具设计
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粉末冶金模具设计
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距离，用先压缩高区粉末再同时压缩高低区粉末的
方法，使压坯各横截面上的粉末受到相同的压缩程
度。
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粉末冶金模具设计
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粉末冶金模具设计
如果压坯中间带内、外台阶，除不同横截面需要 设计组合下模冲外，还有根据粉末移动成形法的 要求设计组合上模冲。
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。
第三章 粉末冶金原理粉末概念微观结构性能(合)总结
制粉工艺中带入的杂质。如水溶液电解粉末中的氢、气体还
原粉末中溶解的碳、氮等
原材料或生产过程中带入机械夹杂，如SiO2、 Al2O3、硅酸盐、难熔金属等 机械夹杂物一般提高颗粒硬度，降低粉末压制性 能，对材料韧性，特别是冲击韧性影响显著。
活性。
TB5 钛合金beta相热加 工后淬火的金相图片
（2）颗粒表面状态 ：
一般来说凹凸不平
外表面：包括颗粒表面所有宏观的凸起和凹进的 部分及宽度大于深度的裂纹。 内表面：包括深度超过宽度的裂纹、微缝及颗粒 外表面连通的孔隙等，但不包括封闭在颗粒内的 闭孔。 多孔性颗粒内表面远比外表面复杂、丰富。 粉末发达的表面积储藏着高的表面能 故在加热时一定要保护气氛。
总孔隙体积、颗粒间的孔隙体积、孔隙数量、分布、形状等 d、粉末体的性质
颗粒性质、平均粒度、颗粒组成、比表面积、松装密度、振实密 度、流动性、颗粒间摩擦状态等
4、化学性能
原材料成分与组成，纯度标准，粉末国家及部级标准GB 、 ISO、BB（包装）
形成合金的加入元素-形成固溶体，化合物合金的生成元素，
S=fD2
V=kD3
f:表面形状因子, k体积形状因子, 二者之比
m=f/k
比形状因子
如规则的球形体: S=D2, V=(1/6)D3 因此，规则球形颗粒的 表面形状因子为π,
体积形状因子等于π/6,
比形状因子等于6. m=6； 边长为a的规则正方体，表面积等于6a2，体积等 于a3，f=6，k=1，m=6；
粉末冶金课件
•塑耐性腐变蚀形性能等
•表面状态
•表面张力等
粉末冶金成型
§2 粉末冶金成型工艺简介
3．粉末旳预处理与混合
（1）粉末旳预处理 （2）粉末混合
• 混合 – 两种以上化学组元相混合 （相同化学构成旳粉末旳混合叫做合并。）
• 目旳 – 使性能不同旳组元形成均匀旳混合物， 以利于压制和烧结时状态均匀一致。
为何预处理？ a．虽然在同一条件下制造旳同一粉末，其纯度和粒
• 应用 – 制造Fe 、Pb、Sn、Zn、Al、青铜、 黄铜等低熔点金属与合金粉末； – 18-8不锈钢、低合金钢、镍合金等 粉末。
(2) 机械粉碎法
是靠压碎、击碎和磨削等作用，将 块状金属或合金机械地粉碎成粉末。
粉末冶金成型
(2) 机械粉碎法 • 特点：
– 既是一种独立制粉措施， – 又常作为某些制粉措施不可缺乏旳
▪ 据作业旳连续性分 – 间歇式烧结炉—坩埚炉箱式炉 – 高频或中频感应炉
– 大气环境
– 连续式烧结炉
• 产生“过烧”废品
– 烧结温度过高或时间过长，使压坯歪曲和变形，其晶粒也 大；
• 产生“欠烧”废品
– 烧结温度过低或时间过短，产品结合强度等性能达不到要 求；
粉末冶金成型
§2 粉末冶金成型工艺简介
粉末冶金成型
§1 概 述
五、应用
板、带、棒、管、丝等多种型材
成批或 齿轮、链轮、棘轮、轴套类等多种零件 大量生产 重量仅百分之几克旳小制品
近两吨重大型坯料（用热等静压法）
粉末冶金成型
粉末冶金成型
§2 粉末冶金成型工艺简介
粉料制备
压制成型
烧结
粉末冶金成品
烧结后旳处理
§2 粉末冶金成型工艺简介
粉末冶金原理
粉末冶金原理粉末冶金是一种利用金属粉末或者金属粉末与非金属粉末混合后，再经过压制和烧结等工艺制造金属零件的方法。
在粉末冶金工艺中，粉末的特性和原理起着至关重要的作用。
粉末冶金原理主要包括粉末的制备、成型、烧结和后处理等几个方面。
首先，粉末的制备是粉末冶金的第一步。
金属粉末的制备可以通过机械研磨、化学方法和物理方法等多种途径。
机械研磨是指将金属块或者金属棒经过研磨机械的加工，得到所需的金属粉末。
化学方法则是通过化学反应得到金属粉末，而物理方法则是通过物理手段如电解、喷雾等得到金属粉末。
在粉末冶金中，粉末的制备质量直接影响着最终制品的质量和性能。
其次，成型是指将金属粉末进行成型工艺，使其成为所需形状的工件。
成型方法包括压制成型、注射成型、挤压成型等多种方式。
压制成型是将金属粉末放入模具中，再经过压制机械的加工，使其成为所需形状的工件。
注射成型则是将金属粉末与粘结剂混合后，通过注射成型机械将其注射成型。
挤压成型是将金属粉末放入容器中，再通过挤压机械的作用，使其成为所需形状的工件。
成型工艺的精密度和成型质量对于最终产品的质量和性能至关重要。
接下来，烧结是粉末冶金中的关键工艺。
烧结是指将成型后的金属粉末在高温下进行加热处理，使其颗粒间发生结合，形成致密的金属材料。
烧结工艺的温度、压力和时间等参数对于最终产品的致密度、硬度和耐磨性等性能有着重要影响。
最后，后处理是指对烧结后的金属制品进行表面处理、热处理和精加工等工艺。
表面处理可以提高金属制品的耐腐蚀性和美观度，热处理可以改善金属制品的硬度和强度，精加工则可以提高金属制品的精度和表面质量。
总之，粉末冶金原理是一个复杂而又精密的工艺体系，涉及到材料科学、机械工程、化学工程等多个领域的知识。
通过对粉末的制备、成型、烧结和后处理等环节的深入研究和探索，可以不断提高粉末冶金工艺的精度和效率，为制造业的发展和进步提供更加可靠的技术支持。
粉末冶金原理（I）知识整理
粉末冶金原理（Ⅰ）第一章导论1粉末冶金技术的发展史History of powder metallurgy粉末冶金是采用金属粉末（或非金属粉末混合物）为原料，经成形和烧结操作制造金属材料、复合材料及其零部件的加工方法。
粉末冶金既是一项新型材料加工技术，又是一项古老的技术。
.早在五千年前就出现了粉末冶金技术雏形，古埃及人用此法制造铁器件；.1700年前，印度人采用类似方法制造了重达6.5T的“DELI柱”（含硅Fe合金，耐蚀性好）。
.19世纪初，由于化学实验用铂（如坩埚）的需要，俄罗斯人、英国人采用粉末压制、烧结和热锻的方法制造致密铂，成为现代粉末冶金技术的基础。
.20世纪初，现代粉末冶金的发展起因于爱迪生的长寿命白炽灯丝的需要。
钨灯丝的生产标志着粉末冶金技术的迅速发展。
.1923年硬质合金的出现导致机加工的革命。
.20世纪30年代铜基含油轴承的制造成功，并在汽车、纺织、航空、食品等工业部门的广泛应用。
随后，铁基粉末冶金零部件的生产，发挥了粉末冶金以低的制造成本生产高性能零部件的技术优点。
.20世纪40年代，二战期间，促使人们开发研制高级的新材料（高温材料），如金属陶瓷、弥散强化合金作为飞机发动机的关键零部件。
.战后，迫使人们开发研制更高性能的新材料，如粉末高速钢、粉末超合金、高强度铁基粉末冶金零部件(热锻)。
大大扩大了粉末冶金零部件及其材料的应用领域。
.粉末冶金在新材料的研制开发过程中发挥其独特的技术优势。
2粉末冶金工艺粉末冶金技术的大致工艺过程如下：原料粉末+添加剂（合金元素粉末、润滑剂、成形剂）↓成形（模压、CIP、粉浆浇注、轧制、挤压、温压、注射成形等）↓烧结（加压烧结、热压、HIP等）↓粉末冶金材料或粉末冶金零部件—后续处理Fig.1-1 Typical Processing flowchart for Powder Metallurgy Technique 3粉末冶金技术的特点.低的生产成本：能耗小，生产率高，材料利用率高，设备投资少。
粉末冶金原理.
第一节 成形前的原料预处理
粉末原料由于产品最终性能的需要或者成形过 程的要求，在成形之前都要经过一些预处理。 预处理包括：粉末退火、筛分、混合、制粒、 加润滑剂等。
一、退 火
定义：将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以 适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金 属热处理工艺。
金属粉末退火的目的： a.氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量，提高粉末的纯度； b.消除粉末的加工硬化，稳定粉末的晶体结构； c.防止超细粉末自燃，将其表面钝化。
加工产品退火的目的： a.降低硬度，改善切削加工性； b.消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向； c.细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
第1阶段：在此阶段内，由于粉末颗粒发生位移，填充 孔隙，因此当压力稍有增加时，压坯的密度增加很快，所以 此阶段又称为滑动阶段。
粉末冶金原理
11级粉体一班 施学富
1103011002
第三章 成形
3.1 成形前原料准备 3.2 金属粉末压制过程 3.3 压制压力与压坯密度的关系
成形是粉密实成具有一定形状、 尺寸、孔隙度和强度坯块的工艺过程。
成形分普通模压成形和特殊成形两大类。
a.普通模压法：将粉末装在模具内，用压 机将其成形；
成形剂 为了提高压坯强度或为了防止粉末混合料离析而添加 的物质，在烧结前或烧结时该物质被除掉，有时也叫 粘结剂，如硬脂酸锌、合成橡胶、石蜡等。
选择成形剂、润滑剂的基本条件是： 1. 有较好的粘结性和润滑性能，在混合粉末中容易均 匀分散，且不发生化学变化。 2. 软化点较高，混合时不易因温度升高而熔化。 3.混合粉末中不致于因添加这些物质而使其松装密度和 流动性明显变差，对烧结体特性也不能产生不利影响。 4.加热时，从压坯中容易呈气态排出，并且这种气体不 影响发热元件、耐火材料的寿命。
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]}
粉末冶金原理中文ppt课件
参考书目
1.黄培云主编：粉末冶金原理，冶金工业 出版社
2.王盘鑫主编：粉末冶金学，冶金工业出 版社
1
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
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绪论
➢ 粉末冶金材料和制品的发展方向 ➢ 1、具有代表性的铁基合金，将向大体积的精密制品，高
质量的结构零部件发展。 ➢ 2、制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密
4
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
绪论
粉末冶金工艺的基本工序 1、原料粉末的制备。现有的制粉方法大体可分为两类：
机械法和物理化学法。其中机械法又可分为：机械粉碎和 雾化法；物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合 法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。 其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。
绪论
1.粉末冶金——是一种利用制取到的金属粉末，或金属粉末与非金 属粉末的混合物作为原料，经过粉末成形和烧结制造金属材料、 复合材料以及各类型制品的工艺过程。粉末冶金法与生产陶瓷有 相似的地方，因此也叫金属陶瓷法。
粉末冶金原理P2第一二章
粉末冶金原理P2第一二章
n 烧结颈部与附近区域（线度为ρ）空位浓度的空位 浓度梯度
n ▽Cv= CvoγΩ/（kTρ2） n 可以发现 n ↑γ（活化） n ↓ρ（细粉） n 均有利于提高浓度梯度
粉末冶金原理P2第一二章
3 蒸发-凝聚气相迁移动力—蒸汽压差 driving force for mass transportation by
n 细粉末与粒度组成与较高的压制压力
n 3）提高γ（活化）
粉末冶金原理P2第一二章
2 烧结扩散驱动力(driving force for atom
diffusion)空位浓度梯度
n 处于平衡状态时，平衡空位浓度 Cvo=exp(Sf/k).exp(-Efo/kT) n exp(Sf/k)—振动熵项，Sf为生成一个空位造成系
n 在烧结过程中存在液相的烧结过程 n 有液相出现的多元系烧结过程
粉末冶金原理P2第一二章
n 烧结操作的重要性
n 1 粉末冶金工艺两个基本加工步骤之一
n 磁粉芯，粘结磁性材料，W/Cu粉末药型罩例外
n 2 决定了P/M制品的性能 工艺决定结构 结构决定性能 n 3 烧结废品很难补救
n 如铁基部件的脱渗碳和严重的烧结变形，硬质合金烧结废品
曲面平直化趋势
烧结驱动力逐步减小
粉末冶金原理P2第一二章
n 2） 烧结中期
n 孔隙网络形成，烧结颈继续长大 n 有效烧结应力Ps为 n Ps =Pv-γ/ρ n Pv为烧结气氛的压力 n 若在真空中， Pv =0
粉末冶金原理P2第一二章
n 3） 烧结后期 n 孔隙网络坍塌，形成孤立孔隙 n 封闭的孔隙中的气氛压力随孔径收缩而增大 n 由气态方程Pv.Vp=nRT
粉末冶金原理
粉末冶金原理粉末冶金新技术摘要本文主要从粉末冶金的基本工艺过程阐述粉末冶金工业今年出现的新工艺，粉末冶金的制粉，成型，烧结等方面论述了粉末冶金的新工艺以及这些工艺的特点及相关应用，论述粉末冶金的新工艺的发展方向关键字：粉末冶金、新技术、粉末冶金工艺1.引言粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。
粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。
由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用粉末冶金是一门新兴的材料制备技术。
近代粉末冶金兴起于19世纪末20世纪初。
至20世纪30年代, 粉末冶金整套技术逐步形成, 工业生产初具规模, 对工艺过程及其机理的研究也取得了一定成果。
20世纪中期, 粉末冶金生产技术发展迅速, 产品应用领域不断扩大, 成为现代工业的重要组成部分。
并在此基础上, 为适应科学技术飞速发展对材料性能和成形技术提出的更高要求, 开发了多项粉末冶金新工艺, 包括: 热等静压、燃烧合成、快速凝固、喷射成形、机械合金化、粉末注射成形、温压成形、快速全向压制、粉末锻造、热挤压、爆炸。
2.粉末冶金新技术--制粉2.1雾化法制备金属粉末---低氧含量铁粉生产在无氧气氛中进行, 并包含一些石蜡,这些分解为碳与氢。
碳与铁反应, 形成很薄的富碳表面层。
碳含量使颗粒的延性降低, 但提高了表面的烧结活性。
在粉末压块中, 碳易于扩散到颗粒中心及相邻的颗粒中, 因而可用于生产不需添加石墨的粉末冶金钢。
瑞典IPS钢粉公司每年低氧含量雾化铁粉, 其氧含量低于 (0.015%)。
对于粉末冶金应用来说,这种无氧粉末允许使用便宜的合金元素(铬和锰等)代替镍和铜。
镍作为战略性资源，不但价格昂贵，并且还是一种致癌物, 应尽量避免使用。
这种粉末也很适合于用温压与热等静压工艺来生产高强度部件。
粉末冶金学
Ⅰ还原法
用还原剂还原金属氧化物及盐类来生产金 属粉末是一种最广泛采用的制粉方法。 MeO(金属氧化物)+X(还原剂)=Me+XO 那么到底哪些物质能做哪些氧化物的还原 剂呢？这可由金属氧化物的标准生成自由 能图中得出：
氧化物的标准生成自由能-温度图
氧化物的标准生成自由能-温度图的说明
随温度升高，△G°增大，各种金属的氧化反应愈难进 行，由于随温度升高，金属对氧的亲和力减小。因此， 还原金属氧化物通常要在高温下进行 △G°-T关系线在相变温度处，特别是在沸点处发生明 显的转折，这是由于系统的熵在相变时发生了变化。 CO生成的△G°-T关于系统得走向是向下的；即CO的 △G°随温度升高而减小。即这条线与很多金属氧化物 的△G°相交。这说明在一定温度下碳能还原很多金属 氧化物。如Fe、W的氧化物。 2H2+O2=2H2O的△G°-T关系线在Cu、Fe、Ni、Co、 W等氧化物的关系线以下，说明在一定条件下氢可以还 原Cu、Fe、Ni、Co、W等氧化物 位于图中最下面的几条关系线所代表的金属如Ca、Mg 等与氧的金和力最大。所以Ti、Zr、Th、U等氧化物要 用Ca、Mg作还原剂，这就是所谓的金属热还原。 在同一温度下，图中位置愈低的氧化物，其稳定性愈大， 即该元素对氧的亲和力愈大。
晶粒
各种粉末实物图
锌粉
铁粉
合成金刚石粉
不锈钢粉
粉末实物照片
纯钨粉
a)
b
Al2O3和C粉
1mm
粉末颗粒的形状
球形、近球形、片状、多角形、树枝状、多孔海绵状、碟状、不规则形
§2-2 粉末的性能
1、化学成分：主要金属的含量和杂质的含 量 2、物理性能 :颗粒密度,显微硬度 ,颗粒大 小,粒度组成,比表面积 3、工艺性能：包括松装密度、摇实密度、 流动性、压缩性和成型性。
粉末冶金原理
雾化机理分析：有物理—机械作用和物理—化学变化（具体分析见P95）。
影响雾化粉末性能的因素：
（1）雾化介质
1）雾化介质类别：气体：空气和惰性气体等。空气-雾化过程氧化不严重或雾化后经还原处理可脱氧的金属（如铜、铁和碳钢等）。惰性气体—减少金属液的氧化和气体溶解。液体：水
利用机械旋转的离心力将金属液流击碎成细的液滴，然后冷却凝结成粉末。
3.快速冷凝技术（RST）
主要特点：
（1）急冷可大幅度地减小合金成分的偏析；
3）金属液流股直径：当雾化压力与其他工艺参数不变时，金属液流股直径愈细，所得细粉末也愈多。
（3）其他工艺因素
1）喷射参数：金属液流长度、喷射长度、喷射顶角等对不同的体系，适当的喷射顶角一般都通过试验确定。
2）聚粉装置参数的影响：液滴飞行路程较长，有利于形成球形颗粒，粉末也较粗。
气雾化和水雾化的区别：
2.雾化法
①二流雾化法，分气体雾化和水雾化；
②离心雾化，分旋转圆盘雾化、旋转电极雾化、旋转坩埚雾化；
③其他雾化法，如真空雾化、油雾化等
比较原理：二流雾化法是利用高速气流或高压水击碎金属液流的，而机械粉碎法是借机械作用破坏固体金属原子间的结合，所以雾化法只要克服液体金属原子间的键合力就能使之分散成粉末，因而，雾化过程所消耗的外力比机械粉碎法小得多。
第六节：雾化法
1.雾化法
雾化法属于机械制粉法，是直接击碎液体金属或合金而制得粉末的方法。又称喷雾法。可用于制取铅、锡、铝、铜、镍、铁、锌等金属粉末，也可制取合金粉末。
液体金属的击碎包括制粒法和雾化法：
粉末冶金原理 雾化法
０.６４
３.５０
５.６０
８.００
８.４０
１６.１ ０
１４.１ ０
１.５０
４１.９ ０
.
水压对雾化青铜粉粒度组成的影响
水压 ＭＰａ ４.９ ５.４ ５.９
－１００－ ＋１４５目
２４.１
－１４５－ ＋２００目
２３.８
粒度组成，％
－２００－ ＋２５０目
１５.４
－２５０－ ＋３２５目
１７.９
－３２５目 １８.２
界
速
500
度
400
700
300
200
100
０ 100
350 0
200 300 400 500
颗粒粒度，μ
铜液滴破碎的临界速度与颗粒粒度的关系
.
7.雾化中成球的条件
• τ球化≤ τ凝固
• r1- 球化后的颗粒半径 • r2-球化前的液滴半径 • μ-金属液体粘度
• σ-金属液体表面张力
• V-颗粒体积
dp dm
Km g W 1(1M A)1/2
.
5.气体雾化喷嘴结构
环孔喷嘴结构
.
旋涡环缝喷嘴结构
.
喷嘴出口形状
• １直线型
２收缩型 ３拉瓦尔型
ν临界
进 口
出
进
口
口
出 口
进 口
出 口
v1 v2
v2
v1
(
r1 r2
)2
气体出口速度不超过音速
v K 2gK 1RT2[1(PP12)KK1]
g－重力加速度 R--气体常数 K（压容比），对空气而言，＝1.4 T2－压缩气体进喷嘴前温度 P1--气体进口压力 P2--气体出口压力
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第三章成形
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、孔隙度和强度
3.1 成形前的原料预处理
粉末退火，筛分，混合，制粒，加润滑
一般指将两种或两种以上不同成分
各种混合机将粉末或混合料机硬质合金或含易氧化组份合金的生
将金属或化合物粉末与添加金属的盐溶液均匀混合，或者是各组元全部以某种盐的溶液形式混合，然后经沉淀、干燥、还原等处理
筛分的目的在于把颗粒大小不匀的原始粉末进行分级，使粉末能够按照粒度分成大小范围更
将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序，常
成形剂是为了提高压坯强度或为了防止粉末混合
润滑剂是为了降低压形时粉末颗粒与模壁和模冲间摩擦、改善压坯的密度分布、
选择成形剂、润滑剂的基本条件：
（1）有较好的粘结性和润滑性能，在混合粉末中容（2）软化点较高，混合时不易因温度升高而熔化；
原料粉末其它添加剂
等静压制轧制挤压粉末冶金成品
（2）赋予坯体以精确的几何形状与尺寸，应
工序组成：称粉、装粉、压制、保压及脱模。
自动装粉方式
a）落入法b）吸入法c）多余充填法
2012/3/617
基本压制方式
a)单向压制b)双向压制c)浮动压制
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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
③粉末颗粒表面的凹凸部分被压紧且啮合成牢固接
二、金属粉末压制时的位移与变形
粉末在松装堆集时，由于表面不规则，彼此之间有摩擦，颗粒相互搭架而形成拱桥孔洞的现象。
当施加压力时，粉末体内的拱桥效应遭到破坏，粉末
滑动；（d）粉末颗粒的转动；（e）粉末颗粒因粉碎而产生的移动2012/3/623
压坯反抗外力作用保持其几何形状和尺寸不变的
3.3 压制压力与压坯密度的关系
图3-10 压坯密度与成形压
力的关系
二、压制压力与压坯密度关系的解析
粉末压制理论研究粉末压制成形过程中颗粒移动和变形的规律，讨论并定量描述压坯密度和压制
方程假设粉末体在压制时发生弹性压缩变形，服从虎克定律，不考虑粉末压制时加工硬化的影响，并假设
式(3-12)为巴尔申半对数压制方程，表示压制压力对数(lgp)与粉末相对体积β成线性关系。
的压制，对
在高压与低压情形下出现偏差的原因粉末颗粒以位移方式填充孔隙空间为主
巴尔申方程曲线之所以与实际情况不大一将粉末体当作理想弹性体看待，运用虎克定律
由日本人川北公夫于1956年以经验公式的形式提出，
3）粉末层各断面上的外压力与该断面上粉末的实际断面积受的压力总和保持平衡；
4）每个粉末颗粒仅能承受它所固有的屈服极
3.艾西-沙皮罗-柯诺皮斯基压制理论简介
由德国人柯诺皮斯基(K．Konopicky)于40年代提出。
我国黄培云教授首次将粉末视为标准非线性弹滞体，考虑粉末体的非弹性性质、加工硬化、模壁摩擦和压制时间(弛豫)对粉末压制成形的
(3-49) (3-53)
，适用于粉末压。
用回归分析方法整理铜、锡、钨、钼、碳化钨粉末的模压成形和冷等静压成形实验数据表明，与巴尔申、
巴尔申方程用于硬粉末比软粉末效果好
川北公夫方程在压制压力不太大时优越性显著
压制过程中由垂直压力所引起的模壁
粉末体与模壁之摩擦力的大小与摩擦系
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在没有润滑剂的情况下，外摩擦的压力损失可达60-90%，这是引起压块密度沿高度分布不均匀的根本原因。
使压坯由模中脱出所需的压力。
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弹性后效：在压制过程中，当除去压制压力并把压坯压出压模后，由于内应力。