粉末冶金成形技术
第三章粉末冶金
第三章成形 d.弹性后效
加载（或卸载）后经过一段时间应变才增加（或减小）到一定数值的 现象。压制过程中，当卸掉压制力并把坯块从模具内取出后，由于弹性 内应力的作用，坯块发生弹性膨胀，这种现象称为弹性后效。
a.粉末颗粒发生位移，填充孔隙，施加压力，密度增加很快； b.密度达到一定值后，粉末体出现一定压缩阻力，由于位移大大减少， 而变形尚未开始，压力增加，但密度增加很少； c.当压力超过粉末颗粒的临界应力时，粉末颗粒开始变形，使坯块密度 继续增大。
图3-10坯块密度的变化规律
第三章成形
（5）压制压力与坯块相对密度的关系 相对密度指物质的密度与参考物质的密度在各自规定的条件下之比，
第三章成形
退火温度： T退 （0.5 ~ 0.6）T熔
退火气氛： a.还原性气氛（氢、离解氨、转化天然气或煤气） b.惰性气氛 c.真空退火
第三章成形
（2）混合 a.混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合 b. 将相同成分而粒度不同的粉末混合（合批） 混合方法：机械法（干混、湿混）和化学法 机械法：干混用于生产铁基制品；湿混用于生产硬质合金。混料设备有
a.普通模压法：将粉末装在模具内，用压机将其成形； b.特殊方法：等静压成形、连续成形、无压成形等。
第三章成形
1.成形前原料准备 （1）退火
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。
粉末冶金成型
2.高速压制
瑞典开发出粉末冶金用高速压制法。这可能是 粉末冶金工业的又一次重大技术突破。高速压制采 用液压冲击机,它与传统压制有许多相似之处,但关 键是压制速度比传统快500～1000倍,其压头速度高 达2～30m/s,因而适用于大批量生产。液压驱动的 重锤(5～1200kg)可产生强烈冲击波,0.02s内将压 制能量通过压模传给粉末进行致密化。重锤的质量 与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度。
（2）生坯强度高
常规工艺的生坯强度约为10~20MPa，温压压坯的强度则为 25~30MPa，提高了1.25-2倍。生坯强度的提高可以大大降 低产品在转移过程中出现的掉边、掉角等缺陷，有利于制备 形状复杂的零件；同时，还有望对生坯直接进行机加工，免 去烧结后的机加工工序，降低了生产成本。这一点在温压烧结连杆制备中表现得尤为明显。
温压成型技术发展趋势： 预合金化粉末的制造技术； • 新型聚合物润滑剂的设计； • 石墨粉末有效添加技术； • 无偏析粉末的制造技术； • 温压系统制备技术。
温压成型技术应用：
温压技术主要适合生产铁基合金零件。同时人们正在 尝试用这种技术制备铜基合金等多种材料零件。由于温压 零件的密度得到了较好的提高，从而大大提高了铁基等粉 末冶金制品的可靠性，因此温压技术在汽车制造 机械制 造、武器制造等领域存在着广阔的应用前景。
6.注射成形技术
Injection molding technology
金属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。它是使用大量热塑性粘结剂与 粉料一起注入成形模中，施于低而均匀的等静压力， 使之固结成形，然后脱粘结剂烧结。
5.注射成形技术
美国开发出一种能在室温下生产全致密零 件而无需后续烧结的粉末冶金工艺。此工艺称 之为“冷成形粉末冶金”。 它采用特殊配制的活化溶液与革新的进料 靴技术,在压力下精确地将粉末注入模中。加 压输送的进料靴使粉末填充更加均匀,而活性 溶液则防止形成氧化物,从而大大促进了冷焊 效应。
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。
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。
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。
粉末冶金成形技术
粉末冶金成形技术总则✶粉末成形技术就是将预混合好的粉末填入设计好的模腔中，通过压机施加一定的压力使之形成所设计的形状的产品，然后由压机将产品脱出模腔的过程。
✶与之相关的有以下几个方面1.粉末制造及粉末混合2.模具3.成形压机4.模架5.模具的组立粉末方面与模具方面 这里不作具体介绍成形压机✶成形压机中模面分两种形式：1.中模面浮动2.中模面固定✶成形压机中模面浮动形式分两种类型：1.脱模位置固定，成形位置可以调整2.成形位置固定，脱模位置可以调整一般，压力吨位较小的采用中模面固定类型，压力吨位较大的采用中模面浮动。
成形过程中压机运转的几个阶段✶1.充填阶段：从脱模结束后开始至中模面上升到最高点结束，压机运行的角度从270度开始至360度左右结束；✶2.加压阶段：是粉末在模腔中受压成形阶段。
一般有上模加压和中模面下降（即下压）加压，有时还有最终加压，即在下压结束后上冲再次加压，压机的运行角度从120度左右开始至180度结束；✶3.脱模阶段：此过程是产品由模腔被顶出的过程。
压机的运行角度由180度开始至270度结束中模面浮动的两种类型的区别：1.脱模位置固定，成形位置可以调整的形式以脱模下死点作为成形压机的基准点，基准点位置的角度270度。
充填的变化只能改变脱模的行程量和加压的行程量，对最终的脱模位置点不可改变，下压的变化不改变充填量；2.脱模位置浮动，成形位置固定的形式以压制过程结束时作为成形压机的基准点，基准点的位置在180度。
充填的变化不光改变脱模行程量和加压行程量，还将改变脱模位置点，下压的变化会改变充填量。
模架✶模架是模具的执行者，在成形过程中模具通过模架的动作从而产生各个冲子之间的相对运动，挤压模腔中的粉末，使之成形成所设定的形状。
✶从模架结构方面来分：有上一下一直至上二下三机构，主要有上模板、中模板、第一浮动板、第二浮动板、固定板和芯棒板组成。
上模板与机台的上加压部连接，芯棒板与机台的主轴连接，芯棒板通过四根导柱与中模板连成一个整体。
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
粉末冶金螺旋齿轮成形工艺
粉末冶金螺旋齿轮成形工艺
粉末冶金螺旋齿轮成形工艺主要包括粉末制备、混合、压制、烧结和加工等环节。
具体流程如下：
1. 粉末制备：采用化学法或机械法等方法制备金属粉末，以保证粉末的纯度和均匀性。
2. 混合：将所需金属粉末按比例混合，一般采用球磨机或高速搅拌器等设备进行混合，以使各种金属粉末充分混合均匀。
3. 压制：将混合好的金属粉末装入模具中，通过等静压或注射成形等方式将金属粉末压制成所需形状的基体，并在基体上留下齿轮的齿形。
4. 烧结：经过压制后的金属基体需要进行烧结处理，即将金属基体放入高温炉中，在一定温度下进行烧结，使金属粉末颗粒形成致密的金属结构，增强其力学性能。
5. 加工：经过烧结处理后的金属基体需要进行进一步的加工，包括车削、磨削、齿轮切削等操作，以使其达到所需的精度和表面质量。
在以上工艺中，压制和烧结是最关键的环节。
通过不同的压制方式和烧结条件，可以获得不同性能的螺旋齿轮。
压制时需要控制压力、温度和时间等参数，以确保金属粉末充分填充模具，并保证形成的基体密度和强度。
烧结时需要控制温度和气氛等条件，以确保金属粉末颗粒间的结合力达到理想的水平。
综上所述，粉末冶金螺旋齿轮的成形工艺是一个复杂的过程，需要对各个环节进行精密控制，以获得高质量的产品。
粉末材料的主要成型方法
粉末材料的主要成型方法
粉末材料的主要成型方法包括：
1. 烧结成型：将粉末材料加压成形后，在高温下进行烧结，使粉末颗粒粘结和合并，形成坚固的固体。
2. 注射成型：将粉末和粘结剂混合后注射到模具中，然后通过加热或固化使粉末颗粒固化成形。
3. 挤出成型：将粉末和粘结剂混合后挤出成型，通过加热或固化使粉末颗粒固化成形。
4. 粉末冶金成型：通过压制、烧结或热压等方式，将粉末材料制成金属产品或零件。
5. 粘结剂成型：将粉末材料与粘结剂混合后进行成型，其中粘结剂的作用是使粉末颗粒粘结在一起。
6. 激光烧结成型：利用激光束将粉末颗粒局部加热，使其熔化和熔接成形。
7. 真空烧结成型：在真空环境中进行烧结成型，可以减少氧化反应和杂质的产生，提高成品质量。
8. 喷雾成型：将粉末材料喷雾成细小颗粒，在加热或加压条件下使其固化成形。
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。
粉末冶金注射成型工艺
粉末冶金注射成型工艺
粉末冶金注射成型，简称MIM（Metal Injection Molding），是一种将金属粉末与粘结剂混合进行注射成型的方法。
它首先将所选粉末与粘结剂进行混合，然后将混合料进行制粒再注射成形所需要的形状，经过脱脂烧结将粘结剂处理掉，从而得到我们想要的金属产品，或再经过后续的整形、表面处理、热处理、机加工等方式使产品更加完美。
MIM是典型的学科跨界产物，将两种完全不同的加工工艺（粉末冶金和塑料注塑成型）融为一体，使得工程师能够摆脱传统束缚，以塑料注塑成型的方式获得低价、异型的不锈钢、镍、铁、铜、钛和其它金属零件，从而拥有比很多其它生产工艺更大的设计自由度。
MIM工艺过程主要分为四个阶段，包括造粒、注射、脱脂和烧结，如有需要后续可以进行机加工或者拉丝、电镀等二次加工工艺。
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
粉末冶金原理-粉末成形-第一讲
提纲
第4章 粉末成形
1. 成形前粉末的预处理 2. 粉体压制成形原理与技术 3. 特殊成形技术
2
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。
粉末退火
作用: 1. 降低氧碳含量，提高纯度 2. 消除加工硬化，改善粉末压制性能 3. 退火温度：高于回复-再结晶温度（0.5-0.6）Tm。 4：退火气氛：还原性气氛（CO，H2），惰性气氛， 真空
十四面体是一种高效率的空间填充方 式，表面积和体积的比值最小。
十四面体示意图
V 1281 2 L3 11.31L3
S 4321 2 6 L2 26.78L2
G 81 2 L 2.83L
L是多面体的棱长；
V 体积；S面积；G晶粒尺寸
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4.2粉体压制成形原理与技术
内，通过模冲对粉末进行加压，卸载后，压坯从阴 模内压出。
19
4.2粉体压制成形原理与技术
粉体压制成形
粉体压制现象
压力经上模冲传向粉末时，粉末向 各个方向流动，产生垂直于侧模壁 的压力（侧压力）。
粉末所受压力的分布是不均匀的： 压力沿横向比垂向困难很多； 压坯在高度上出现显著的压力降， 上模冲端面的压力相比很大； 中心部分与边缘部分也存在着压力 差。
即该离子的配位数。如在NaCI 结构中，钠离子在八 面体空隙中，每个钠离子周围有6个氯离子，钠离子 的配位数即为6。 压缩过程中配位数 Nc 随残余孔隙度 有如下的变化：
Nc 14 10.4 0.38
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4.2粉体压制成形原理与技术
粉体压制成形-位移和变形
开始阶段大孔隙消失，随着压力的增加，每个颗粒 与相邻颗粒接触的配位数增加；
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第四章粉末冶金成形技术一、粉末冶金成形定义：用金属粉末或金属与非金属粉末的混合物作原料，采用压制、烧结及后处理等工序来制造某些金属材料、复合材料或制品的工艺技术。
粉末冶金生产工艺与陶瓷制品的生产工艺相似，因此粉末冶金成型技术又常常叫金属陶瓷法。
方法：将均匀混合的粉末材料压制成形，借助粉末原子间的吸引力和机械啮合作用，使制品结合成为具有一定强度的整体，然后再高温烧结，进一步提高制品的强度，获得与一般合金相似的组织。
二、粉末冶金材料或制品1. 难熔金属及其合金（如钨、钨——钼合金）；2. 组元彼此不相溶，熔点十分悬殊的特殊性能材料，如钨——铜合金；3. 难溶的化合物或金属组成的复合材料（如硬质合金、金属陶瓷）三、粉末冶金成型技术特点：1. 某些特殊性能材料的唯一成型方法；2. 可直接制出尺寸准确，表面光洁的零件，是少甚至无切削的生产工艺；3. 节约材料和加工工时；4. 制品强度较低；5. 流动性较差，形状受限；6. 压制成型的压强较高，制品尺寸较小；7. 压模成本较高。
四、粉末冶金成形过程原始粉末+添加剂→混合→压制成型→烧结→零件成品五、粉末冶金工艺理论基础一）、金属粉末的性能金属粉末的性能对其成型和烧结过程及制品质量有重要影响，分为化学成分、物理性能和工艺性能。
固态物质按分散程度不同分为致密体、粉末和胶体。
致密体：通常所说的固体，粒径在1mm以上；胶体微粒：粒径在0.1μm以下；粉末体或简称粉末：粒径介于二者之间。
1. 粉末的化学成分主要金属或组元的含量，杂质或夹杂物的含量，气体的含量。
金属的含量一般不低于98-99%。
2. 粉末的物理性能1）颗粒形状：球状、粒状、片状和针状。
影响粉末的流动性、松装密度等。
2）粒度：粉末颗粒的线性尺寸，用“目”来表示，用筛分法等测量。
对压制时的比压、烧结时的收缩及烧结制品的力学性能有影响。
3）粒度分布：按粒度不同分为若干级，每一级粉末（按质量、数量或体积）所占的百分比。
对粉末的压制和烧结有影响。
4）颗粒比表面积：单位质量粉末的总表面积，可算出颗粒的平均尺寸。
对粉末的压制和烧结有影响。
3. 粉末的工艺性能1）流动性：粉末的流动能力，用50g粉末在规定条件下从标准漏斗中流出所需的时间来表示,单位为s/50g。
等轴状或粗颗粒的粉末流动性好，但受颗粒粘附作用的影响。
流动性直接影响压制操作时的自动装粉和最终得到的压件密度的均匀性。
2）松装密度在规定条件下粉末自由填充单位容积的重量，单位为g/cm3.颗粒较粗、密度较大的粉末，松装密度大。
松装密度不同，压制成形坯料的高度或孔隙率不同。
3）压缩性在加压条件下粉末被压缩的程度，用规定压力下粉末所能达到的压坯密度表示。
提高压制力或松装密度、减小压坯速度或粉末的强度，压缩性增大，压坯密度增加。
4）成形性粉末被压缩成一定形状并在后续加工中保持这种形状的能力。
一定压力下获得的压坯强度越高，成形性越好。
二、粉末压制原理1.压制的机理：在模具或其他容器中，在外力作用下，将粉末紧实成具有预定形状和尺寸的工艺过程。
松散粉末加压→(1空隙被填满 2.氧化膜被破碎 3.接触面积增大 4.原子产生吸引力5颗粒间机械咬合作用增强)→具有一定密度和强度的压坯三、粉末烧结原理烧结定义：粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下加热并保温一定时间，使粉末颗粒间产生一系列物理、化学变化（原子扩散、固溶和化合），从而获得一定的物理及力学性能的材料或制品的工序。
烧结目的：通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。
烧结原理：（1.表面能大 2.结构缺陷多 3.活性状态原子多）→加热→（1.粉末物质迁移2.再结晶 3.晶粒长大）→颗粒接触面积增大→压坯空隙减少，密度增大，强度增加烧结分类1. 固相烧结：烧结发生在低于其组成成分熔点的温度，成分不发生熔化。
2. 液相烧结：烧结发生在两种组成成分熔点之间，烧结过程中液体、固体同时存在。
如硬质合金和金属陶瓷制品的烧结。
液相烧结时，在液相表面张力的作用下，颗粒相互靠紧，故烧结速度快，制品强度高。
烧结时的影响因素：烧结温度、烧结时间和大气环境、粉末材料、颗粒尺寸及形状、表面特性以及压制压力等。
烧结温度的影响：1）烧结温度过高或时间过长，会使压坯歪曲或变形，其晶粒亦大，产生所谓的“过烧”的废品；2）烧结温度过低或时间过短，则产品的结合强度等性能达不到要求，产生所谓的“欠烧”的废品。
常用材料的烧结温度和烧结气氛如课本表4.2所示四、粉末冶金工艺流程粉末制备、粉末预处理、成形、烧结和烧结后处理一）、粉末的制备主要取决于该材料的性能及制取方法的成本。
按转变的作用原理将粉末制取方法分为：☆机械法☆物理化学法机械法：将原材料进行机械粉碎，而其化学成分基本不发生变化；物理、化学法：借助物理或化学作用改变材料的聚集状态或化学成分来获得粉末。
1. 机械法：靠压碎、击碎和磨削等作用，将块状金属或合金粉碎成粉末的制粉方法。
1）粉碎法：球磨法，适用脆性材料或通过脆化处理的金属粉末，是粉碎法中最常用的方法。
但对于软态金属粉，可采用漩涡研磨法，即通过螺旋桨的作用产生漩涡高速气流，使金属颗粒自行相互撞击而磨碎。
2）雾化法：采用高速的气流或水流，使液态金属雾化、冷凝成细小粒状金属粉末。
工艺简单，可连续、大量生产而被广泛应用。
2. 物理、化学方法1）物理法：蒸气冷凝法，将金属蒸气冷凝而制取金属粉末。
制取蒸气压较大的金属，如Zn等，要求金属具有较低的熔点和较高的挥发性。
2）化学法：还原法、电解法☆电解法金属盐水溶液中电解沉积金属粉末。
制粉工艺简单，粉末纯度高，颗粒呈树枝状，其成形性和烧结性好，但生产成本比还原法和雾化法要高，因此只是特殊性能要求时采用。
二）、粉末预处理1.退火2.筛分3混合4制粒（p244）三）、粉末的成形1.粉末成形过程将松散的粉末置于压模中受一定的压力后，使其成为具有一定尺寸、形状、密度、强度的压坯。
1）粉末颗粒产生相对移动并重新排布，孔隙被填充，随着压力增大，使压坯密度急剧增大，达到最大松装密度。
2）粉末颗粒相互压紧，再继续增大压力时，压坯密度无变化；3）随着压力继续增加，粉末颗粒发生弹、塑性变形或脆断，压坯密度进一步增大。
2. 粉末成形方法封闭钢模压制成形：常温下将金属粉末装入钢模型腔中，通过模冲对粉末加压使之成型为压坯。
1）单向压制：阴模和下模冲不动，上模冲单向对粉末施加压力。
模具简单，操作方便，生产率高，但由于上模冲和阴模间摩擦阻力作用，使制品上下两端密度不均匀。
压坯直径越小，高度越大，密度越不均匀。
适用于压制高度或厚度较小的制品。
2）双向压制：阴模固定不动，上、下模冲以大小相等，方向相反的压力同时对粉末施加压力，使得制品中间密度低、两端密度高。
压坯密度较单向压制均匀，适用于压制高度或厚度较大的制品。
3）浮动模压制：阴模由弹簧支撑。
开始下模冲固定不动，由上模冲对粉末施压，当施压一定程度时，模壁与粉末间的摩擦力增大，超过弹簧的支撑力时，阴模将与上模冲一起运动，相当于下模冲上升，实现双向压制。
压坯密度较单向压制均匀，适用于压制高度或厚度较大的制品。
4）引下法：阴模不断被加压，与上模冲一起下将，当压制结束后，上模冲回升，阴模继续下降，直到下模冲上的压坯呈静止状态脱出。
压制形状复杂的零件和因摩擦力小而不能浮动压制的制品。
3. 粉末成型中的基本问题1）摩擦措施：压坯从阴模中脱出时，与阴模壁的摩擦阻碍脱模。
措施：采取一定的润滑剂混合金属粉末中，但会对压坯的性能产生影响，另一个方法是模壁润滑法。
2）压坯沿高度密度不均：压制过程中会产生垂直压模壁的侧压力，侧压力的作用使靠近模壁的外层粉末与模壁之间产生摩擦，使接近模冲断面处压力大，远离模冲端面处压力减小，压力分布不均使压坯各个部分密度分布的不均匀。
措施：①减小摩擦力，在模具内壁上涂抹润滑油，或提高模具内壁的表面光洁度；②采用双向压制可改善；③设计模具时，尽量减小高径比。
四）、烧结工艺将成型的坯体在低于其主要成分熔点的温度下加热，粉体相互结合并发生收缩与致密化，形成具有一定强度和性能的固体材料的过程。
烧结是一个自发的不可逆的过程，系统表面能降低是推动烧结进行的基本动力。
1）、烧结过程：a . 烧结初期：坯料中颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、缩小（大气孔消失），固—气总表面积没有变化。
b. 烧结中期：传质开始，粒界增大，空隙进一步变形，变小，但仍然连通，形如隧道。
c. 烧结后期：传质继续进行，粒径增大，气孔变成孤立闭气孔，密度达到95%以上，制品强度高。
2）烧结方法a.连续烧结：待烧结材料连续地、平稳地通过烧结炉进行烧结。
生产率高，适用于大批、大量生产。
b. 间歇烧结：在炉内分批烧结零件的方式。
生产率低，适用于单件、小批生产。
c. 固相烧结：烧结速度较慢，制品强度较低。
d. 液相烧结：烧结速度较快，制品强度较高，用于具有特殊性能的制品。
3）,影响粉末制品烧结质量的因素粉末制品的烧结质量取决于烧结温度、烧结时间和烧结气氛。
a. 烧结温度和时间：烧结温度过高或过低，时间过长或过短，都会使产品性能下降。
通常烧结温度高，保温时间短。
b. 烧结气氛：烧结时通常采用还原性气氛，以防压坯烧损并可使表面氧化物还原。
4）.烧结后处理a. 复压:提高烧结体的精度和性能而进行的施加压力的处理方法。
b. 浸渗: 利用烧结件空隙，在烧结件中浸入各种液态的过程。
浸油和塑料可改善烧结体的润滑性；浸熔融金属可改善烧结体的强度和耐磨性。
c. 切削加工:在制品上加工横槽、横孔等.d. 热处理:进一步提高制品的强度和硬度。
e. 表面保护处理提高制品的耐蚀性等性能。
五、粉末制品的结构工艺性（参照课本表4.3)1. 尽量采用形状简单、对称的形状，避免截面变化过大以及窄槽、球面等。
2. 避免局部薄壁，壁厚一般不小于2mm，壁厚尽量均匀,以利于装粉压实和防止出现裂纹。
3.避免侧壁上的径向孔和径向槽出现，这个一般是不能压制的，需要在烧结后用切削加工来完成。
4.沿压制方向的截面有变化时，只能沿压制方向逐渐缩小，而不能逐渐增大，以利压实。
5.各壁的交接处应避免尖角，采用圆角或倒角过渡。
圆角半径不小于0.5mm，球面部分应留出小块平面。
6.锥面和斜面需要一段平直带，避免模具出现易损现象。
7.与压制方向一致的内孔、外凸台等，要有一定的锥度，可以简化模冲结构，利于脱模。
8. 阶梯圆柱体每级直径之差不宜大于3mm，每级长度与直径之比应在3以下。
表4.3的4.9. 粉末冶金制品上无法压制出网状花纹。
表4.3的510. 粉末冶金制品上应避免小而薄的凸台，不利于制出工件，如表中的11.11. 壁厚应均匀，尽量采用对称结构，以利于压坯密度均匀，表中的13.六、粉末冶金材料粉末冶金常用制作减摩材料、结构材料、摩擦材料、硬质合金、难溶金属材料、过滤材料、金属陶瓷、无偏析高速工具钢、磁性材料、耐热材料等。