粉末锻造
相关主题
- 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)。
• 在模锻过程中，多孔预 成形坯受到外力和内力 的作用产生变形而致密。
对于动压设备（如摩擦压机、高能高速锤等） 来说：
由上式可知：增大锻锤质量M或提高打击 速度V，都能使作用力增大，即打击能量增大。 但是，在粉末锻造时，增大锻锤质量比增大打 击速度更易于控制。
在粉末模锻过程中，多孔预成形坯的变形和致密有 三种基本方式：单轴压缩、平面应变压缩和复压
• 单轴压缩：在无摩擦平板模镦粗时所发生的变形方
式。一种无侧向约束的压缩变形。
• 平面应变压缩：在平板模镦粗长条预成形坯时，在
长条坯的中心截面上产生平面应变压缩。是一种在 一个侧向上有约束的压缩变形。
• 复压：是发生在热复压过程中的一种变形。在闭式
模锻变形的最后阶段，当预成形坯填满模腔后所发 生的变形，也属于复压。这是一种全约束的压缩变 形。
二、基本流动模型的研究
----变形分析
• 在锻造过程中，可把复杂形状的粉末锻件分 割为几个区域，每个区域都用一个特殊的塑 性流动模型来表征。对于各种轴对称锻件， 这些区域包括横向流动（垂直于冲头运动方 向）、后挤压（与冲头方向相反）和前挤压 （与冲头运动方向相同）
• 锻造初期由于多孔坯易于变形，锻件密度增加很快； 锻造后期由于部分孔隙封闭，金属流动阻力增大，锻 造压力迅速增高，若要排除锻件中的残留孔隙，则需 要非常高的锻造压力
• 阿忍等研究了铁粉预成形坯在820~1080℃锻造到一定 应变所需要的锻造压力与温度的关系，并指出：当锻 造温度低于900℃时，锻造压力随温度的升高而降低； 900℃以上时，锻造压力几乎不再降低。
• 保持普通粉末冶金少、无切屑工艺的优点，通过合理 设计预成形坯和实行少、无飞边锻造，具有成形精确、 材料利用率高、锻造能量低、模具寿命高和成本低等 特点。
粉末锻造分类： • 常用的粉末锻造方法有粉末热锻和粉末冷锻； • 粉末热锻又分为粉末锻造、烧结锻造和锻造烧结三种
粉末锻造关键技术：
• 粉末原料的选择。粉末锻件材质的选择、粉末类型、
• 锻模的温度、润滑及冷却状况强烈影响锻件的质量和 锻模的使用寿命。在粉末热锻低合金钢时，锻模温度 一般为200~310℃，所采用的润滑剂与精密模锻相同， 常采用胶体石墨水剂或二硫化钼油剂；且用压缩空气 来强制冷却锻模以得到均匀的润滑薄膜
第二节 粉末锻造过程的塑性理论
一、粉末锻造过程三种基本变形和致密方式
镦粗：在外力作用下，使坯料高度减小，横截面增大的塑 性成形工序。
二、锻造过程多孔预成形坯的变形特性
1、质量不变 • 致密体在塑性变形过程中遵循着体积不变，而多孔体
在锻造时遵循着质量不变
2、低屈服强度和低拉伸塑性 • 多孔预成形坯的屈服强度随着预成形坯孔隙度的增大
而减小；且比致密体的屈服强度小得多 • 多孔预成形坯由于显著致密化和较小横向流动而使鼓
杂质含量和粒度分布以及预合金化程度等等 • 预成形压坯的设计。锻造过程中材料的致密、变形和
断裂主要取决于预成形坯的设计，包括预成形坯的形 状、尺寸、密度和质量的设计。 • 锻模设计和寿命 • 锻造工艺条件和热处理
粉末锻造工艺影响因素
• 多孔坯的可锻性； • 锻造压力； • 锻造温度； • 锻模温度； • 润滑及冷却等。
进行锻造； • 采用大变形量锻造方式使锻造初期出现的裂纹重新
锻合起来。
粉末锻造过程的断裂极限
• 通过一系列圆柱体试样的镦粗试验，测定断 裂点的压应变（高度真实应变εh=㏑（h/h0） 和拉应变（周向真实应变ε0=㏑（D/D0 ）,从 而可以得到多孔坯断裂时表面主应变之间的 关系，叫做断裂应变迹线，也叫成形极限应 变曲线。
第六章 粉末锻造
第一节 粉末锻造工艺
• 粉末锻造：将烧结的预成形坯，加热后在闭式模中锻 造成零件的工艺。
• 优点：兼有粉末冶金和精密模锻两者的优点，可以制 取相对密度在98%以上的粉末锻件，克服了普通粉 末冶金零件密度低的缺点；可获得较均匀的细晶粒组 织，并可显著提高强度和韧性，使粉末锻件的物理机 械性能接近、达到甚至超过普通锻件水平。
形曲率减小，导致鼓形表面的周向应力减小，但是与 致密坯相比，孔隙对拉应力更加敏感，从而使多孔预 成形坯在拉应力状态下具有低塑性的特点。
3、小的横向流动
• 金属在压缩过程中的横向流动是锻造时 的主要变形特性多孔预成形坯在锻造过 程中同时产生变形和致密化，遵循着质 量不变条件，但其体积是不断减小的。 由于锻造时消耗了部分能量来减少预成 形坯的孔隙，所以多孔预成形坯同致密 坯相比，具有较小的横向流动，
• 由图可知所有试验材料的断裂应变迹线都 是一条斜率为1/2的直线，且平行于均匀压 缩（无摩擦）的应变迹线。这说明各种材 料断裂时鼓形表面的总应变关系相同。
• 在均匀压缩中，圆柱体表面不形成鼓形， 其周向应力为零，所以不会产生断裂。而 偏离此条件时则可能产生断裂。各条断裂 应变迹线与纵坐标轴的截距，表示在平面 应变条件下断裂前的应变。烧结坯由于存 在孔隙，断裂应变迹线的纵截距比致密坯 低得多，且室温下的断裂应变迹线比高温 下低。
4、变形和致密的不均匀性
• 在粉末锻造过程中，由于外摩擦的存在， 使预成形坯内的应力分布不均匀，应力 状态不同，导致预成形坯变形和致密的 不均匀性。
第三节 粉末锻造过程的断裂
一、粉末锻造过程的断裂
• 在粉末冶金锻造过程中预成形坯的横向流动， 对粉末锻件的冶金结构完整性和机械性能有很 大的影响。据研究指出热复压件比同材质的热 锻件，具有较小的冲击韧性，且随着横向流动 量的减少而降低；同时，由于横向流动而使孔 隙受到垂直压缩和剪切变形的作用，从而有利 于孔隙的闭合，降低预成形坯致密时所需的压 力。
• 但是在闭式模锻过程中，预成形坯极易产生裂Байду номын сангаас纹。
多孔预成形坯的低拉伸塑性是限制粉末锻造的主要 因素。为了解决预成形坯低拉伸塑性和锻造时需要 横向流动之间的矛盾，可采取的办法：
• 改善润滑条件和合理设计预成形坯，控制变形方式， 以便增加裂纹产生前的应变量；
• 采用高温烧结方法，提高预成形坯的可锻性； • 采用无横向流动无断裂危险的热复压方式； • 利用粉末合金的微细晶粒超塑性和相变超塑性状态
对于动压设备（如摩擦压机、高能高速锤等） 来说：
由上式可知：增大锻锤质量M或提高打击 速度V，都能使作用力增大，即打击能量增大。 但是，在粉末锻造时，增大锻锤质量比增大打 击速度更易于控制。
在粉末模锻过程中，多孔预成形坯的变形和致密有 三种基本方式：单轴压缩、平面应变压缩和复压
• 单轴压缩：在无摩擦平板模镦粗时所发生的变形方
式。一种无侧向约束的压缩变形。
• 平面应变压缩：在平板模镦粗长条预成形坯时，在
长条坯的中心截面上产生平面应变压缩。是一种在 一个侧向上有约束的压缩变形。
• 复压：是发生在热复压过程中的一种变形。在闭式
模锻变形的最后阶段，当预成形坯填满模腔后所发 生的变形，也属于复压。这是一种全约束的压缩变 形。
二、基本流动模型的研究
----变形分析
• 在锻造过程中，可把复杂形状的粉末锻件分 割为几个区域，每个区域都用一个特殊的塑 性流动模型来表征。对于各种轴对称锻件， 这些区域包括横向流动（垂直于冲头运动方 向）、后挤压（与冲头方向相反）和前挤压 （与冲头运动方向相同）
• 锻造初期由于多孔坯易于变形，锻件密度增加很快； 锻造后期由于部分孔隙封闭，金属流动阻力增大，锻 造压力迅速增高，若要排除锻件中的残留孔隙，则需 要非常高的锻造压力
• 阿忍等研究了铁粉预成形坯在820~1080℃锻造到一定 应变所需要的锻造压力与温度的关系，并指出：当锻 造温度低于900℃时，锻造压力随温度的升高而降低； 900℃以上时，锻造压力几乎不再降低。
• 保持普通粉末冶金少、无切屑工艺的优点，通过合理 设计预成形坯和实行少、无飞边锻造，具有成形精确、 材料利用率高、锻造能量低、模具寿命高和成本低等 特点。
粉末锻造分类： • 常用的粉末锻造方法有粉末热锻和粉末冷锻； • 粉末热锻又分为粉末锻造、烧结锻造和锻造烧结三种
粉末锻造关键技术：
• 粉末原料的选择。粉末锻件材质的选择、粉末类型、
• 锻模的温度、润滑及冷却状况强烈影响锻件的质量和 锻模的使用寿命。在粉末热锻低合金钢时，锻模温度 一般为200~310℃，所采用的润滑剂与精密模锻相同， 常采用胶体石墨水剂或二硫化钼油剂；且用压缩空气 来强制冷却锻模以得到均匀的润滑薄膜
第二节 粉末锻造过程的塑性理论
一、粉末锻造过程三种基本变形和致密方式
镦粗：在外力作用下，使坯料高度减小，横截面增大的塑 性成形工序。
二、锻造过程多孔预成形坯的变形特性
1、质量不变 • 致密体在塑性变形过程中遵循着体积不变，而多孔体
在锻造时遵循着质量不变
2、低屈服强度和低拉伸塑性 • 多孔预成形坯的屈服强度随着预成形坯孔隙度的增大
而减小；且比致密体的屈服强度小得多 • 多孔预成形坯由于显著致密化和较小横向流动而使鼓
杂质含量和粒度分布以及预合金化程度等等 • 预成形压坯的设计。锻造过程中材料的致密、变形和
断裂主要取决于预成形坯的设计，包括预成形坯的形 状、尺寸、密度和质量的设计。 • 锻模设计和寿命 • 锻造工艺条件和热处理
粉末锻造工艺影响因素
• 多孔坯的可锻性； • 锻造压力； • 锻造温度； • 锻模温度； • 润滑及冷却等。
进行锻造； • 采用大变形量锻造方式使锻造初期出现的裂纹重新
锻合起来。
粉末锻造过程的断裂极限
• 通过一系列圆柱体试样的镦粗试验，测定断 裂点的压应变（高度真实应变εh=㏑（h/h0） 和拉应变（周向真实应变ε0=㏑（D/D0 ）,从 而可以得到多孔坯断裂时表面主应变之间的 关系，叫做断裂应变迹线，也叫成形极限应 变曲线。
第六章 粉末锻造
第一节 粉末锻造工艺
• 粉末锻造：将烧结的预成形坯，加热后在闭式模中锻 造成零件的工艺。
• 优点：兼有粉末冶金和精密模锻两者的优点，可以制 取相对密度在98%以上的粉末锻件，克服了普通粉 末冶金零件密度低的缺点；可获得较均匀的细晶粒组 织，并可显著提高强度和韧性，使粉末锻件的物理机 械性能接近、达到甚至超过普通锻件水平。
形曲率减小，导致鼓形表面的周向应力减小，但是与 致密坯相比，孔隙对拉应力更加敏感，从而使多孔预 成形坯在拉应力状态下具有低塑性的特点。
3、小的横向流动
• 金属在压缩过程中的横向流动是锻造时 的主要变形特性多孔预成形坯在锻造过 程中同时产生变形和致密化，遵循着质 量不变条件，但其体积是不断减小的。 由于锻造时消耗了部分能量来减少预成 形坯的孔隙，所以多孔预成形坯同致密 坯相比，具有较小的横向流动，
• 由图可知所有试验材料的断裂应变迹线都 是一条斜率为1/2的直线，且平行于均匀压 缩（无摩擦）的应变迹线。这说明各种材 料断裂时鼓形表面的总应变关系相同。
• 在均匀压缩中，圆柱体表面不形成鼓形， 其周向应力为零，所以不会产生断裂。而 偏离此条件时则可能产生断裂。各条断裂 应变迹线与纵坐标轴的截距，表示在平面 应变条件下断裂前的应变。烧结坯由于存 在孔隙，断裂应变迹线的纵截距比致密坯 低得多，且室温下的断裂应变迹线比高温 下低。
4、变形和致密的不均匀性
• 在粉末锻造过程中，由于外摩擦的存在， 使预成形坯内的应力分布不均匀，应力 状态不同，导致预成形坯变形和致密的 不均匀性。
第三节 粉末锻造过程的断裂
一、粉末锻造过程的断裂
• 在粉末冶金锻造过程中预成形坯的横向流动， 对粉末锻件的冶金结构完整性和机械性能有很 大的影响。据研究指出热复压件比同材质的热 锻件，具有较小的冲击韧性，且随着横向流动 量的减少而降低；同时，由于横向流动而使孔 隙受到垂直压缩和剪切变形的作用，从而有利 于孔隙的闭合，降低预成形坯致密时所需的压 力。
• 但是在闭式模锻过程中，预成形坯极易产生裂Байду номын сангаас纹。
多孔预成形坯的低拉伸塑性是限制粉末锻造的主要 因素。为了解决预成形坯低拉伸塑性和锻造时需要 横向流动之间的矛盾，可采取的办法：
• 改善润滑条件和合理设计预成形坯，控制变形方式， 以便增加裂纹产生前的应变量；
• 采用高温烧结方法，提高预成形坯的可锻性； • 采用无横向流动无断裂危险的热复压方式； • 利用粉末合金的微细晶粒超塑性和相变超塑性状态