第四章 粉末压制 材料成型技术基础
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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。
粉末冶金材料的成型
粉末冶金材料的成型一、压制成型基本规律压模压制是指松散的粉末在压模内经受一定的压制压力后，成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。
当对压模中粉末施加压力后，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。
粉末压制时出现的过程有：颗粒的整体运动和重排；颗粒的变形和断裂；相邻颗粒表面间的冷焊。
颗粒主要沿压力的作用方向运动。
颗粒之间以及颗粒与模壁之间的摩擦力阻止颗粒的整体运动，并且有些颗粒也阻止其他颗粒的运动。
最终颗粒变形，首先是弹性变形，接着是塑性变形；塑性变形导致加工硬化，削弱了在适当压力下颗粒进一步变形的能力。
与被压制粉末对应的金属或合金的力学性能决定塑性变形和加工硬化的开始。
例如，压制软的铝粉时颗粒变形明显早于压制硬的钨粉时的颗粒变形，最后颗粒断裂形成较小的碎片。
而压制陶瓷粉时通常发生断裂而不是塑性变形。
随着压力的增大，压坯密度提高。
不同粉末压制压力与压坯密度之间存在一定的关系。
然而，至今没有得到令人满意的压坯密度与压制压力之间的关系。
建立在实际物理模型基础上的一些关系，仍然是经验性的，因为其中使用了与粉末性能无关的调节参数。
更准确地应当使用给定粉末的压制压力与压坯密度之间关系的图形或表格数据。
二、粉末的位移粉末体的变形不仅依靠颗粒本身形状的变化，而且主要依赖于粉末颗粒的位移和孔隙体积的变化。
粉末体在自由堆积的情况下，其排列是杂乱无章的。
当粉末体受到外力作用时，外力只能通过颗粒间的接触部分来传递。
根据力的分解可知，不同连接处受到外力作用的大小和方向都不一样。
所以颗粒的变形和位移也是多种多样的。
当施加压力时，粉末体内的拱桥效应遭到破坏，粉末颗粒便彼此填充孔隙，重新排列位置，增加接触。
可用图4.9所示的两颗粉末5种状态来近似地说明粉末的位移情况。
图4.9 粉末位移的形式三、粉末的变形粉末体在受压后体积明显减小，这是由于粉末体在压制时不但发生了位移，而且还发生了变形。
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
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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
(完整word版)粉末压制成型
(完整word版)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)。
粉料压制成型
颗粒50%，中颗粒10%，细颗粒40%，孔隙率仅23%）
7
流动性
• 粉料流动性好，颗粒间的内摩擦力小，重排致密化时也容 易滑移。
• 喷雾干燥 后的颗粒是圆形，流动性好。 • 烘干泥饼打碎 后的颗粒是多角形的，流动性差，很难致密
化。
8
含水率
粉料的含水率控制合适，可以获得极小的孔隙率。 粉料含水率 影响坯体的密度和收缩率 粉料水分分布的均匀程度 对坯体质量也有一定的影响，局 部过干或过湿都会使压制过程出现困难，随后的干燥和烧成 中容易产生开裂或变形。
5
压制成型对粉料的要求
• ①体积密度 • ②流动性 • ③含水率 • ④易碎性
6
体积密度
• 应尽量提高粉料的体积密度，以降低其压缩比。从两个方面进 行：
• ①造粒 • 轮碾造粒：体积密度 0.90~1.10g/cm • 喷雾干燥：体积密度 0.75~0.90g/cm • ②调整颗粒级配 • 单一粒度的粉料堆积时最低孔隙率为40% • 三级颗粒配合，可降低孔隙率，获得更大的堆积密度。（如粗
• 压制成型中坯体的密度变化和强度变化是两个核心问题。
2
密度的变化
3
强度的变化
4
压制成型只要问题是坯体中压力分布不均匀
产生的原因 颗粒移动重新排列时，颗粒之间产生内摩擦力， 颗粒与模壁之间产生外摩擦力，摩擦力妨碍着压力的传递。
（最均匀的加压方式） 等静压成型 粉料的各个方面同时均匀受压的一种加压方式。 压制出的坯体密度大且均匀。
9
压制设备
10
等静压设备
11
12
将粉状的坯料在钢模中压成致密坯体（具有一 定形状、尺寸）的一种成型方法。
• 优点 压制成型工艺简单，生产效率高，缺陷少，便于连续 化、机械化和自动化生产。
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流动性
• 粉料流动性好，颗粒间的内摩擦力小，重排致密化时也容 易滑移。
• 喷雾干燥 后的颗粒是圆形，流动性好。 • 烘干泥饼打碎 后的颗粒是多角形的，流动性差，很难致密
化。
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含水率
粉料的含水率控制合适，可以获得极小的孔隙率。 粉料含水率 影响坯体的密度和收缩率 粉料水分分布的均匀程度 对坯体质量也有一定的影响，局 部过干或过湿都会使压制过程出现困难，随后的干燥和烧成 中容易产生开裂或变形。
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压制成型对粉料的要求
• ①体积密度 • ②流动性 • ③含水率 • ④易碎性
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体积密度
• 应尽量提高粉料的体积密度，以降低其压缩比。从两个方面进 行：
• ①造粒 • 轮碾造粒：体积密度 0.90~1.10g/cm • 喷雾干燥：体积密度 0.75~0.90g/cm • ②调整颗粒级配 • 单一粒度的粉料堆积时最低孔隙率为40% • 三级颗粒配合，可降低孔隙率，获得更大的堆积密度。（如粗
• 压制成型中坯体的密度变化和强度变化是两个核心问题。
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密度的变化
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强度的变化
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压制成型只要问题是坯体中压力分布不均匀
产生的原因 颗粒移动重新排列时，颗粒之间产生内摩擦力， 颗粒与模壁之间产生外摩擦力，摩擦力妨碍着压力的传递。
（最均匀的加压方式） 等静压成型 粉料的各个方面同时均匀受压的一种加压方式。 压制出的坯体密度大且均匀。
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压制设备
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等静压设备
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将粉状的坯料在钢模中压成致密坯体（具有一 定形状、尺寸）的一种成型方法。
• 优点 压制成型工艺简单，生产效率高，缺陷少，便于连续 化、机械化和自动化生产。
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
27
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
粉末成形与烧结讲义第四部分课件
（2）达到共晶温度 γ相与Wc发生共晶反应，生成液相，如充分保温达到完 全平衡相应全部进入液相，但仍有大量WC固相存在，作为烧结体的骨架。
（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。
（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
• 加压介质一般用氩气。
• 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。
• 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。
第四章 粉末压制 材料成型技术基础
3）分解反应及多晶转变 4）粘接剂残留物
4.1.5 烧结后的其他处理及加工
(1) 渗透（熔渗） 渗透 将低熔点金属或合金渗入到多孔烧结制品 的孔隙中去的方法。制品密度高，组织均匀细致， 塑性和韧性有较大提高，但费用较贵。
（2）复压 复压 将烧结后的粉末压制件放入模具中压一次。 起一定的校形作用。
（3）粉末金属锻造 利用粉末冶金提供坯料，然后将其进行模锻
常用牌号： YT5、YT10、YT15
3) 钨钽类（YW）：主要组成为碳化钨、碳化 钛、碳化钽（TaC）和钴。
特点：抗弯强度高。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。
常用牌号：YW1、YW2
4.2.5 粉末压制钢结硬质合金及高速钢
（1）钢结硬质合金
钢结硬质合金是通过钢胶结碳化物，在钢的基体 上分布大量的一次碳化钨的金属基复合材料，碳化钨 30～50%，其余为钢。
（3）三向压制 综合单向钢模压制和等静压制 的特点。其压坯的密度和强度超过用其他成形 方法，适用于成形规则零件，如圆柱形、正方 形、长方形等。
另外，可利用挤压与轧制直接从粉末状态 生产挤压制品或轧制新产品，如杆件、棒料等。
压制质量可由压制密度、强度、精度来 衡量。
密 度 一般 压力↑；松装比↑；粉末的硬度和强度 ↓；成形速度↓；→ 密度↑。 强 度 压力↑，强度↑。
4.1.4 压坯烧结
压坯通过高温加热，粉粒间原子发生扩散等 过程，使压坯粉粒接触面结合起来，成为一体。
烧结过程在专用的烧结炉中进行，主要技术 因素为烧结温度、保温时间、与炉内气氛。
烧结的基本过程
接触点
烧结开始
中间阶段
最终阶段
固相烧结与液相烧结
固相烧结 粉粒在高温下仍然保持固态。 烧结温度 T烧结=（2/3～3/4）T熔点
4.1.5 烧结后的其他处理及加工
(1) 渗透（熔渗） 渗透 将低熔点金属或合金渗入到多孔烧结制品 的孔隙中去的方法。制品密度高，组织均匀细致， 塑性和韧性有较大提高，但费用较贵。
（2）复压 复压 将烧结后的粉末压制件放入模具中压一次。 起一定的校形作用。
（3）粉末金属锻造 利用粉末冶金提供坯料，然后将其进行模锻
常用牌号： YT5、YT10、YT15
3) 钨钽类（YW）：主要组成为碳化钨、碳化 钛、碳化钽（TaC）和钴。
特点：抗弯强度高。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。
常用牌号：YW1、YW2
4.2.5 粉末压制钢结硬质合金及高速钢
（1）钢结硬质合金
钢结硬质合金是通过钢胶结碳化物，在钢的基体 上分布大量的一次碳化钨的金属基复合材料，碳化钨 30～50%，其余为钢。
（3）三向压制 综合单向钢模压制和等静压制 的特点。其压坯的密度和强度超过用其他成形 方法，适用于成形规则零件，如圆柱形、正方 形、长方形等。
另外，可利用挤压与轧制直接从粉末状态 生产挤压制品或轧制新产品，如杆件、棒料等。
压制质量可由压制密度、强度、精度来 衡量。
密 度 一般 压力↑；松装比↑；粉末的硬度和强度 ↓；成形速度↓；→ 密度↑。 强 度 压力↑，强度↑。
4.1.4 压坯烧结
压坯通过高温加热，粉粒间原子发生扩散等 过程，使压坯粉粒接触面结合起来，成为一体。
烧结过程在专用的烧结炉中进行，主要技术 因素为烧结温度、保温时间、与炉内气氛。
烧结的基本过程
接触点
烧结开始
中间阶段
最终阶段
固相烧结与液相烧结
固相烧结 粉粒在高温下仍然保持固态。 烧结温度 T烧结=（2/3～3/4）T熔点
材料成型第四章课程PPT课件
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❖ （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。
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❖ 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）。
❖ （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
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❖ 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。
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❖ （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）。
材料成型技术基础--名词解释
名词解释一、二章(绪论+铸造成型)：1缩孔、缩松：液态金属在凝固的过程中，由于液态收缩和凝固收缩，因而在铸件最后凝固部位出现大而集中的孔洞，这种孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。
2顺序凝固：指采用各种措施保证铸件结构各部分，从远离冒口部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，实现由远离冒口的部分最先凝固再向冒口方向顺序凝固的凝固方式。
3同时凝固：由顺序凝固的定义可得。
4偏析：铸件凝固后截面上不同部位晶粒内部化学成分不均匀的现象称为偏析。
5:宏观偏析：其成分不均匀现象表现在较大尺寸范围，也称为区域偏析。
6微观偏析：指微小范围内的化学成分不均匀现象。
7流动性：液态金属自身的流动能力称为“流动性”。
8充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力叫充型能力。
9正偏析：当溶质的分配系数K>1的合金进行凝固时，越是后来结晶的固相，溶质的浓度越低，这种成分偏析称之为正偏析。
10逆偏析：当溶质的分配系数K<1的合金进行凝固时，越是后来结晶的固相，溶质的浓度越高，这种成分偏析称之为逆偏析。
11：自由收缩：铸件在铸型中收缩仅受到金属表面与铸型表面的摩擦阻力时，为自由收缩。
12：受阻收缩：如果铸件在铸型中的收缩除了受到金属表面与铸型表面的摩擦阻力，还受到其他阻碍，则为受阻收缩。
13：析出性气孔：溶解于熔融金属中的气体在冷却和凝固的过程中，由于溶解度的下降而从合金中析出，当铸件表面已凝固，气泡来不及排除而保留在铸件中形成的气孔。
14：反应性气孔：浇入铸型的熔融金属与铸型材料、芯撑、冷铁或熔渣之间发生化学反应所产生的气体在、铸件中形成的孔洞，称为反应气孔。
15：侵入性气孔：浇注过程中熔融金属和铸型之间的热作用，使型砂和型芯中的挥发物挥发生成，以及型腔中原有的空气，在界面上超过临界值时，气体就会侵入金属液而不上浮逸出而形成的气孔。
三章（固态材料塑性成型）1金属塑性变形：是指在外力作用下，使金属材料产生预期的变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。
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
粉末冶金成形技术基础10
性和减小粉末的粒度。 ③ 减小粉末的松装密度。 ④ 减小颗粒表面的氧化和污染 ⑤ 增高压坯密度(或压制压力)。 ⑥ 减少某些有害添加剂的加入量
单轴向钢模压制压坯密度的不均匀分布
仅通过上模冲的单向压制
由于压制压力沿压坯高度自上而下地降低，以及 由于模冲 模壁与压坯表面的摩擦而造成的应力分 布不均匀，导致压坯密度的不均匀分布。
非对称几何形状截面采用： ⑴解析法：
x0
S1x1 S2 x2 S1 S2
Sn xn Sn
y0
S1y1 S2 y2 Sn S1 S2 Sn
yn
式中 x0为重心的横坐标； y0为重心纵坐标；xi (i 1 ~ n) 为
分截面的横坐标；yi (i 1 ~ n) 为分截面纵坐标；Si为分截面 面积。
怎么样降低外摩擦力？
F摩与粉末与模壁的摩擦系 数有关。
脱模压力
● 定义：压制压力卸除后，使压坯由模中脱出所需的压力 称为脱模压力。
● 脱模压力与压制压力、粉末性能、压坯密度和尺寸、压 模和润滑剂等有关。
P脱 f ' p侧余S侧
式中 f ' 为粉末对阴模壁的静摩擦系数，铁基压坯单位压制 力在400~700MPa的范围内时， f ' 值为0.18~0.29
②
节点数 支路数 1
2
①
1 有向支路 k 背离 j 节点。
3
③
ajk = -1 有向支路 k指向 j 节点。
4
5
0 有向支路 k 与 j 节点无关。
④6
节支 1 2 3 4 5 6
1 1 0 0 -1 0 1
Aa=
2 3
-1 -1 01
1 0
000 0 -1 -1
单轴向钢模压制压坯密度的不均匀分布
仅通过上模冲的单向压制
由于压制压力沿压坯高度自上而下地降低，以及 由于模冲 模壁与压坯表面的摩擦而造成的应力分 布不均匀，导致压坯密度的不均匀分布。
非对称几何形状截面采用： ⑴解析法：
x0
S1x1 S2 x2 S1 S2
Sn xn Sn
y0
S1y1 S2 y2 Sn S1 S2 Sn
yn
式中 x0为重心的横坐标； y0为重心纵坐标；xi (i 1 ~ n) 为
分截面的横坐标；yi (i 1 ~ n) 为分截面纵坐标；Si为分截面 面积。
怎么样降低外摩擦力？
F摩与粉末与模壁的摩擦系 数有关。
脱模压力
● 定义：压制压力卸除后，使压坯由模中脱出所需的压力 称为脱模压力。
● 脱模压力与压制压力、粉末性能、压坯密度和尺寸、压 模和润滑剂等有关。
P脱 f ' p侧余S侧
式中 f ' 为粉末对阴模壁的静摩擦系数，铁基压坯单位压制 力在400~700MPa的范围内时， f ' 值为0.18~0.29
②
节点数 支路数 1
2
①
1 有向支路 k 背离 j 节点。
3
③
ajk = -1 有向支路 k指向 j 节点。
4
5
0 有向支路 k 与 j 节点无关。
④6
节支 1 2 3 4 5 6
1 1 0 0 -1 0 1
Aa=
2 3
-1 -1 01
1 0
000 0 -1 -1
材料成型：粉末成型
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。
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
31
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。
25
• 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）。
36
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
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。
25
• 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
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。
26
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）
第4章-粉末的成形
5、金属粉末的硬度与压制压力的关系
粉末种类 松装密 硬度 压坯达到60％ 压坯达到80％
度
HBW 相对密度所需 相对密度所需
/(g/cm3)
压制力/MPa 压制力/MPa
铅（Pb） 3.98 35 245
618
锡（Sn） 3.50 50 515 铜（Cu） 3.51 49 2205 铁（Fe） 2.70 70 2009
讲解：XX
8
模压原理
讲解：XX
9
模压作用
（1）将粉末成形为所要求的形状。 （2）赋予坯体以精确的尺寸。 （3）赋予坯体要求的孔隙度和孔隙类型。 （4）赋予坯体以适当的密度与强度，以便
搬运。
讲解：XX
10
4.2.1 称粉与装粉
• 称粉就是称量成形一个压坯所需的粉料的重 量或容量。
• 采用非自动压模和小批量生产时，多用重量 法；大量生产和自动化压制成形时，一般采 用容量法，且是用压模型腔来进行定量。
a.垂直截面上，上层密度大于下层密度； b.水平截面上，接近上模冲断面上，两侧大中间小；
远离上模冲断面上，中间大两侧小； c.压坯底部的边缘密度低。
导致制品性能不均匀； 烧结时收缩不均匀，产生内应力而变形或开裂。
讲解：XX
15
讲解：XX
16
单向与双向压制时压坯密度沿高度的分布
（a）单向压制讲解：X（Xb）双向压制
1．尽量采用简单、对称的形状，避免截面变化过大 以及窄槽、球面等，以利于制模和压实。
讲解：XX
31
2．避免局部薄壁，以利于装粉压实和防止出现裂纹。
讲解：XX
32
3．避免侧壁上的沟槽和凹孔，以利于压实或减少余块。
讲解：XX
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2000年亚洲粉末冶金零件应用市场分布%
粉末压制的特点
1）能生产其他方法不能或很难制造的制品 2）材料利用率很高 3）经济效益高 4）适合大批量零件生产，原材料价格昂贵，设
备投资大
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
4.1.1 金属粉末的制取及其特性
3）分解反应及多晶转变 4）粘接剂残留物
4.1.5 烧结后的其他处理及加工
(1) 渗透（熔渗） 渗透 将低熔点金属或合金渗入到多孔烧结制品 的孔隙中去的方法。制品密度高，组织均匀细致， 塑性和韧性有较大提高，但费用较贵。
（2）复压 复压 将烧结后的粉末压制件放入模具中压一次。 起一定的校形作用。
（3）粉末金属锻造 利用粉末冶金提供坯料，然后将其进行模锻
硬质合金分类
1）钨钴类（YG）：主要组成为碳化钨（WC）和钴 Co），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，一般多用作粗加工。 常用牌号： YG3、YG6、YG8等
2）钨钴钛类（TY）：主要组成为碳化钨、碳化钛 （TiC）和钴。
此类硬质合金含有比碳化钨更硬的碳化钛， 硬度高，热硬性也较好，切削加工时刀具表面形 成氧化钛薄膜，切屑不易粘附，适宜制作切削高 韧度钢材的刀具。
如弥散强化型材料（金属陶瓷材料、弥散 型合金材料）。
4.3 粉末压制零件的结构特征
粉末压制零件结构设计原则
（1） 压制坯件应能顺利从模具中取出 （2）避免压制件出现窄尖部分 （3）零件壁厚尽量均匀，台肩尽可能少，高宽
比不超过2.5（保证压坯密度均匀） （4） 制品尺寸精度及表面精度
常用牌号： YT5、YT10、YT15
3) 钨钽类（YW）：主要组成为碳化钨、碳化 钛、碳化钽（TaC）和钴。
特点：抗弯强度高。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。
常用牌号：YW1、YW2
4.2.5 粉末压制钢结硬质合金及高速钢
（1）钢结硬质合金
钢结硬质合金是通过钢胶结碳化物，在钢的基体 上分布大量的一次碳化钨的金属基复合材料，碳化钨 30～50%，其余为钢。
加工。
（4） 精压 精压 烧结后进行锻造和冲压整形的工序。精压 后空隙度接近为零，提高制品的性能和使用寿 命。
（5）其他处理 浸油、机械加工、喷砂、热处理
根据要求选择不同成形过程
1）压制+烧结 2）压制+烧结+复压 3）压制+预烧结+精压+烧结 4）压制+预烧结+精压+烧结+复压
4.2 粉末压制产品及应用
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）。
具有一定的锻造、焊接、热处理及机械加工等技术 性能；力学性能保持了合金钢和硬质合金的基本特性， 且有所发展。
广泛用于工模具和结构零件。
（2）粉末压制高速钢
雾化法生产高速钢粉粒，通过粉末压制 过程生产的粉末高速钢坯料没有偏析，制品 寿命提高一倍，并具有一定加工性能。
4.2.6 耐热材料及其它材料
（1）难熔金属耐热材料 难熔金属：熔点越过2000度以上的金属。如
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。
（2）金属粉末的特性
1）化学成分 粉末的组分、杂质和气体含量
2）颗粒形状和大小 形状影响技术特征，通常粉 粒以球状或粒状为好；大小以粒度表示。
颗粒直径表示粒度：
150μm以上 粗粉 10～40 μm 细粉 0.5 μm 以下 超细粉
钨（3380℃）、钽（2600℃）、铌（2468℃） 这些金属常用还原法或从其他冶金方法得到
金属粉末。
（2） 耐热合金材料
以钴镍铁等为基的耐热合金材料由于机 加工比较困难，金属消耗量大，也常采用粉末 冶金法制造。
组织细致均匀，高温蠕变强度与抗拉强 度比铸造材料高。
（3）其他材料
通过粉末冶金还能获得在特殊条件或核能 工业中所使用的材料。
（3）三向压制 综合单向钢模压制和等静压制 的特点。其压坯的密度和强度超过用其他成形 方法，适用于成形规则零件，如圆柱形、正方 形、长方形等。
另外，可利用挤压与轧制直接从粉末状态 生产挤压制品或轧制新产品，如杆件、棒料等。
压制质量可由压制密度、强度、精度来 衡量。
密 度 一般 压力↑；松装比↑；粉末的硬度和强度 ↓；成形速度↓；→ 密度↑。 强 度 压力↑，强度↑。
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 烧结材料结构上的多孔性和复合材料特点，
可制成摩擦系数大，耐磨性、耐热性及导热性好 摩擦材料
其产品有刹车片、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。
4.1.4 压坯烧结
压坯通过高温加热，粉粒间原子发生扩散等 过程，使压坯粉粒接触面结合起来，成为一体。
烧结过程在专用的烧结炉中进行，主要技术 因素为烧结温度、保温时间、与炉内气氛。
烧结的基本过程
接触点
烧结开始
中间阶段
最终阶段
固相烧结与液相烧结
固相烧结 粉粒在高温下仍然保持固态。 烧结温度 T烧结=（2/3～3/4）T熔点
4.2.1 粉末压制机械结构零件
粉末压制机械结构零件又称烧结结构件， 这类制品在粉末冶金工业中产量最大、应用面 最广。
在汽车工业中广泛采用粉末压制制造零件。
4.2.2 粉末压制轴承材料
(1) 含油轴承材料 利用粉末压制材料制作的多孔性浸渗润滑
油的减磨材料，用作轴承、衬套等。
空隙度高含油多润滑好，强度低，适宜于低载、中 速条件工作；空隙度低含油少，强度高，适宜于中高载 荷，低速条件工作。
4. 粉末压制
4.1 粉末压制成形过程
粉末压制(粉末冶金) 金属粉末(金属和非金 属粉末的混合物)做原料，经压制成形后烧结， 制造各种类型零件和产品的加工方法。
颗粒材料兼有液体和固体的双重特性，即 整体具有一定流动性和每个颗粒本身的塑性， 利用此性质实现粉末成形，获得所需产品。
美国金属粉末工业联合会（MPIF）将粉末冶金定义为：
40 ～150 μm 0.5～10 μm
中等粉 极细粉
筛分法粒度表示
目=每英寸长度上的筛孔数
M 25.4 ad
3）粒度分布 不同大小颗粒的相对含量。分布广制品 密度愈高，性能愈好，尤其是边角强度。
4）技术特征 松装密度（松装比）单位容积自由松装粉末的质量。 流动性 50g粉末在流动仪中自由流完所需的时间。 压制性 压缩性和成形性
4.2.4 硬质合金
硬质合金 将难熔的金属碳化物（碳化钨、 碳化钛等）和金属粘结剂（钴、镍等）粉末混 合，压制成形，并经烧结而成的一类粉末压制 制品。
硬质合金硬度高、热硬性好，耐磨性好，用硬质合金制作刀具， 寿命可提高5－8倍，切削速度比高速钢高十几倍。
硬质合金还广泛用于制作模具、量具和耐磨零件等。
4.1.2 粉末配混
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进行充分地混合，此工 序通过混粉机完成。
4.1.3 压制成形
压制成形的基本工序：称粉、装粉、压制、 保压及脱模等。 （1）钢模压制 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的成形方法。
典型的粉末冶金技术包括粉末制备和粉末 材料成形两大类。
粉末制备 雾化技术、化学还原技术、溶胶凝胶 技术等；
成形 烧结技术、热等静压、粉末注射成形、 激光快速成形等。
粉末冶金在零部件制造和材料合成方面具有近
形成形（少、无切削）、材料显微组织细小、 成分均匀等优点，而且能够制造传统铸造方法 无法制备的材料，如多孔材料、复合材料、难 熔金属材料和陶瓷材料。因此粉末冶金零部件 由于原材料利用率高（达95%），制造成本低， 材料综合性能好。
液相烧结 烧结温度超过其中某组成粉粒的熔 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。
液相烧结过程
烧结过程生产的缺陷
1）翘曲：由于烧结时没有支撑好压坯，或压坯 体中的密度分布不均所致。
2）过烧：温度过高或保温时间过长，导致翘曲、 压坯胀大或压坯内部晶粒成长过大。
(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 融的金属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。
烧结含油轴承工作原理示意图
（2）金属塑料减磨材料
粉末压制多孔制品与聚四氟乙烯、二硫化钼 或二硫化钨等固体润滑剂复合制成，是一种具 有良好综合性能的无油润滑减磨材料。
特点：工作时不需润滑油，工作温度范围较 宽，能在真空、水和其他液体中工作。
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 及灭火装置等。