4.2粉末压制成形教程
粉末压制和常用复合材料成形过程材料成型技术基础讲课稿
3—高压容器； 4—高压泵
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3）三向压制
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。
综合了单 向钢模压 制与等静 压制的特 点
1—侧向压力；2—轴向冲头；3—放气孔
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在现今汽车工业中广泛采用粉末压制制造零件。烧 结结构件总产量的60%~70%用于汽车工业，如发动 机、变速箱、转向器、启动马达、刮雨器、减震 器、车门锁中都使用有烧结零件。
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汽车变速箱中粉末压制件
零件名称 材料及处理 零件名称 材料及处理
离合器导向轴 Fe-C-Pb， Fe-
承
Cu-C
B 烧结分类
① 固相烧结 ：烧结过程中各组元均不形成液相。
② 液相烧结：烧结时部分组元形成液相。在液相表面张力的作用 下，粉粒相互靠紧，故烧结速度快，制品强度高。
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4.1.4 压坯烧结
粉末压坯一般因孔隙度大，表面积大，在烧结 中高温长时间加热下，粉粒表面容易发生氧化，造 成废品。因此，烧结必须在真空或保护气氛中进行， 若采用还原性气体作保护气氛则更为有利。
（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0.1~50 0μm，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，0.5 μm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=6.45×104 m2）筛网上的网孔数。
粉末压制成形详解
School of Materials Scienቤተ መጻሕፍቲ ባይዱe and Engineering
3. 随粉末体密实，压坯密度增加，压坯强度也增加。 压坯强度是如何形成的
三、 粉末体在压制过程中的变形
（一） 粉末体受压力后的变形特点（与致密材料受力变形比 较）
1. 致密材料受力变形遵从质量不变和体积不变，粉末体压制 变形仅服从质量不变。
粉末体变形较致密材料复杂。 2.致密材料受力变形时，仅通过固体质点本身变形，粉末体
变形包括粉末颗粒的变形，还包括颗粒之间孔隙形态的改 变，即颗粒发生位移。
4. 由于粉末颗粒之间摩擦，压力传递不均匀，压坯中不同部位密 度存在不均匀。 压坯密度不均匀对压坯乃至产品性能有十分重要的影响。
5. 卸压脱模后，压坯尺寸发生膨胀—产生弹性后效 弹性后效是压坯发生变形、开裂的最主要原因之一。
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本章内容
§2.1 概述 §2.2 压制过程中力的分析 §2.3 压制压力与压坯密度的关系 §2.4 粉末压坯密度的分布 §2.5 粉末压坯的强度
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第一节 概述
一、基本概念
● 成形（Forming）的定义： 将粉末密实（densify）成具有一定形状、尺
寸、孔隙度和强度的坯体（green compacts）的工 艺过程。
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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
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（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
粉末成型方法
粉末成型方法简介粉末成型方法是一种常用的制造工艺，用于将金属、陶瓷等材料的粉末通过压制和烧结等工艺形成所需的零件或产品。
这种方法具有高效、灵活、经济等优点，被广泛应用于各个领域，如汽车制造、电子设备、航空航天等。
本文将详细介绍粉末成型方法的原理、步骤和应用，并对其优缺点进行分析。
原理粉末成型方法基于粉末冶金原理，通过对粉末进行压制和烧结等处理，使其形成所需形状和性能的零件或产品。
其原理可以概括为以下几个方面：1.粉末选择：根据所需产品的材料特性和性能要求，选择合适的金属、陶瓷等材料的粉末作为原料。
2.混合：将选定的粉末进行混合，以保证成品的均匀性和一致性。
3.压制：使用压力机将混合后的粉末放入模具中，并施加一定压力进行压制。
通过压制，粉末颗粒之间的接触面增加，形成初步的绿体。
4.烧结：将压制后的绿体进行烧结处理，使其在高温下发生结合和致密化。
烧结过程中，粉末颗粒之间发生扩散和晶粒长大，从而形成具有一定强度和密度的成品。
5.后处理：根据产品要求进行表面处理、加工等后续工艺，以得到最终的零件或产品。
步骤粉末成型方法一般包括以下几个步骤：1.原料准备：选择合适的金属、陶瓷等材料的粉末作为原料，并根据需要进行混合、筛选等处理。
2.压制：将混合后的粉末放入模具中，并使用压力机施加一定压力进行压制。
压制过程中要控制好压力和时间，以确保绿体的均匀性和致密性。
3.烧结：将压制后的绿体放入高温炉中进行烧结处理。
烧结温度和时间根据原料性质和产品要求进行选择，以确保绿体能够完全结合和致密化。
4.后处理：根据产品要求进行表面处理、加工等后续工艺，如研磨、抛光、镀层等，以得到最终的零件或产品。
应用粉末成型方法具有广泛的应用领域，如下所示：1.汽车制造：粉末成型方法可以用于制造汽车发动机的曲轴、连杆等关键零件，以提高其强度和耐磨性。
2.电子设备：粉末成型方法可以用于制造电子设备中的散热器、连接器等零件，以提高其导热性能和连接稳定性。
粉末冶金：压制成形原理与工艺过程
加压方式的影响
➢振动压制 ➢磁场压制
压制成形工艺
工艺过程
原料准备 称料 装料 压制 脱模
压制成形工艺
原料准备 ➢ 退火 ➢ 混合 ➢ 筛分 ➢ 制粒 ➢ 加润滑剂
压制成形工艺
称料
➢ 容积法
Q Vd松
➢ 重量法 Q Vd松 1 K
压制成形工艺
装料 ➢ 手工装料 ➢ 自动装料
✓ 落入法 ✓ 吸入法 ✓ 多余装料法 ✓ 零腔法 ✓ 超满法 ✓ 不满法
4H D
4
dp外 4 dH
p
D
p'
4H
pe D
p' p exp 4 H
D
p" p exp 8 H
D
压制过程力的分析
➢ 脱模压力pt
pt C p
与压制压力、粉末性能、压坯密度、压坯形状 尺寸、润滑剂等有关。
压制过程力的分析
➢ 弹性后效
l l0 100%
l0
层裂
x3
p1x E
x1 x2 x3 0
p1x p1y p1
p1 p 1
压制过程力的分析
➢ 压制压力（总压力）p ➢ 侧压力p1、侧压系数ξ
p1 p 1
f p1
➢ 外摩擦力f、摩擦系数μ
f p
压制过程力的分析
➢ 模底压力p’ ，p”
p外 p1
p外 p
p1
p
DHp D2 p
粉末压制成形
➢压制成形原理 ➢压坯密度分布 ➢压制成形工艺 ➢等静压成形简介
压制成形原理
压制过程与压坯密度： ➢ 消除松装拱桥效应 ➢ 塑性变形 陶瓷与金属压坯密度的比较
压制成形原理
压制过程力的分析
粉末压制
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。
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
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）。
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。
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。
(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。 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。
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)。
阴模下降的速度可调整，其拉下的距离相当于浮动的距离。
粉末冶金成型工艺流程
粉末冶金成型工艺流程
粉末冶金成型工艺流程，那可真是个神奇又有趣的领域啊！
你知道吗，粉末冶金就像是一场魔法表演！把各种细小的粉末当作神奇的道具，通过一系列奇妙的步骤，最终变成了坚固又实用的制品。
首先是粉末的制备，这就好比是为魔法表演准备好独特的材料。
这些粉末要足够精细，均匀，就像精心挑选的宝贝一样。
然后呢，就是把这些粉末进行混合，让它们充分融合，就像是把不同的魔法元素融合在一起，产生奇妙的反应。
接下来就是成型啦！这可是关键的一步，就好像是要把魔法固定下来，变成具体的形状。
可以通过压制等方式，让粉末乖乖地按照我们想要的形状排列起来。
然后就是烧结啦！这就像是给魔法注入能量，让粉末们紧紧地结合在一起，变得坚固无比。
在高温的作用下，粉末之间发生奇妙的变化，它们相互连接，融为一体。
经过烧结后，还可能需要一些后续的处理，比如加工啊，热处理啊等等，这就像是给已经很精彩的魔法表演再加上一些华丽的装饰。
想想看，那些我们日常生活中用到的各种零件，小工具，说不定就是通过粉末冶金成型工艺流程诞生的呢！这难道不令人惊叹吗？粉末冶金能让我们用看似普通的粉末创造出各种了不起的东西，这是多么伟大的技艺啊！它就像是一个隐藏在工业世界里的魔法，默默地为我们的生活带来便利和惊喜。
粉末冶金成型工艺流程真的是太神奇了，它让不可能变成可能，让平凡变得非凡！这就是它的魅力所在啊！。
粉末冶金成型
（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。
微注射成型
传统粉末注射成形技术, 可制得0 1～1ｍｍ尺寸的 部件, 已制得最小20mg的零件。但随着微型系统的发展, 包括微观光学, 最小侵害外科及微观射流技术等, 需要形 状复杂、尺寸在微米范围内的金属与陶瓷零件。微注射 成形适用于大规模制造微型结构件。
德国在10年前就开始研究微注射成形技术, 不过所用的原 料为热塑性塑料,最小件尺寸已达0.2μｍ。德国在此研究的 基础上, 现正研究微金属注射成形与微陶恣注射成形技术。 所用粉末为平均粒度1 5μｍ的羰基铁粉, 4～5μｍ的不锈钢 粉和0.6μｍ的氧化铝粉。所用粘结剂有自混聚烯烃/蜡化合 物与常态聚醛基化合物。研究中的脱粘结剂方法有加热去除 有机物法, 聚醛基化合物催化脱粘结剂法及超临界二氧化碳 脱粘结剂法。
第二种方法是:比传统粉末冶金工艺加入更多的粘结剂和润 滑剂,但其加入量要比粉末注射成形少得多。粘结剂或润滑剂的 加入量达到最优化后,混合粉末在压制中就转变成一种填充性很 高的液流体。
流动温压工艺主要特点: (1)可成形零件的复杂几何形状。国外已利用
常规温压工艺成功制备出了一些形状较复杂的粉 末冶金零件,如汽车传动转矩变换器涡轮毂、连杆 和齿轮类零件等。
这一工艺是利用调节粉末的填充密度与润滑 剂含量来提高粉末材料的成形性。它是介于金属 注射成形与传统模压之间的一种成形工艺。
4.流动温压技术
粉末注射成型工艺流程
粉末注射成型工艺流程粉末注射成型工艺流程，是一种先进的制造技术，广泛应用于各种工业领域。
该工艺流程通过将粉末材料注射到模具中，形成所需的零件或产品。
本文将详细介绍粉末注射成型的工艺流程。
一、材料准备粉末注射成型的成功与否，与材料的选择和准备密切相关。
在进行粉末注射成型之前，需要对粉末进行筛选、清洁、干燥等处理，以确保粉末的质量和纯度。
材料的选择应根据所需产品的性质和用途，选择合适的粉末材料。
二、模具设计模具的设计是粉末注射成型中至关重要的一步。
模具的设计应考虑到产品的形状、尺寸、结构等因素，并根据粉末的流动性和压缩性等特性，设计出合适的模具结构和大小。
三、充填将经过处理的粉末材料充填到模具中，粉末通过模具中的注射孔进入模腔。
在充填过程中，需要保持粉末的均匀性和紧密性，以确保最终产品的质量和精度。
四、压缩在充填完成后，需要对粉末进行压缩，使其达到所需的密度和强度。
压缩过程中需要控制压力和时间，以避免粉末材料的过度压缩或不充分压缩。
五、脱模在粉末经过压缩后，需要将模具中的产品取出，这个过程叫做脱模。
在脱模之前，需要等待一段时间，以确保产品内部的压力和温度趋于稳定。
在脱模过程中需要注意产品的变形和损伤，以避免产品的质量问题。
六、烧结在脱模完成后，需要对产品进行烧结处理。
烧结是将产品在高温下加热，以使其颗粒间发生结合，形成一个坚固的整体。
在烧结过程中，需要控制温度和时间，以确保产品的质量和性能。
七、后处理在产品经过烧结处理后，还需要进行一些后处理。
这些后处理包括清洗、涂漆、表面处理等。
这些后处理可以改善产品的外观和性能，使其更加耐用和美观。
粉末注射成型工艺流程是一种复杂的制造技术，需要合理的材料选择、模具设计、充填、压缩、脱模、烧结和后处理等步骤，才能获得高质量的产品。
随着科技的不断发展，粉末注射成型技术的应用将会越来越广泛。
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。
第四章 粉末压制 材料成型技术基础ppt课件
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（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 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
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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
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(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。
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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。
常423多孔性材料及摩擦材料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不传递扭40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
4. 粉末压制
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4.1 粉末压制成形过程
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4.3 粉末压制零件的结构特征
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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
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
29
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
27
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；
粉末袋压成型工艺流程
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1. 原料准备。
采用粒度分布合适、流动性良好的粉末原料。
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p侧
1
p p
p侧 — 单位侧压力（MPa）；p — 单位压制压力（MPa）； ξ = γ /（1-γ ）—侧压系数；γ—泊桑比
（二）侧压系数
● 定义： ξ = γ /（1-γ ）= p侧 /p ：单位侧压力与单位正压力之比 ● 影响因素
☻ 泊桑比γ—材料本性（下表）
☻ 压制压力（压坯密度）
（二）压力损失
● 定义：用于克服外摩擦力而消耗的压制（正）压力。
● 与压制压力的关系（推导）
p P exp( 4 H ) D
式中，p/ —模底受到的压力（N）；H为压坯高度（mm）；D为压坯直径（mm）
考虑到消耗在弹性变形上的应力，则：
p1 P exp( 8 H ) D
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● 成形方法的一般分类
粉末压制成形（钢模压制）compacting，briquetting，pressing ————普通成形 等静压成形 isostatic（hydrostatic） pressing 热法（热压注法）：钢模 注浆成形法 冷法
● 净压力（有效压力）：p，，P1
● 压力损失：∆p，P2—克服内外摩擦力，
单向压制各种力的示意图
P = P1 + P2
∆p = p-p，
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压力分布
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本章内容
§2.1 概述 §2.2 压制过程中力的分析 §2.3 压制压力与压坯密度的关系 §2.4 粉末压坯密度的分布 §2.5 粉末压坯的强度
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第一节 概述
一、基本概念
● 成形（Forming）的定义： 将粉末密实（densify）成具有一定形状、尺
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粉末混合料
钢模 压制 粉末 的 基本 过程
Powder mix Weighting，filling
称量、装模
压制
卸压 脱模 粉末压坯
Compacting
compacts
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粉末压制过程中发生的现象：
1. 压制后粉末体的孔隙度降低，压坯相对密度明显高于 粉末体的相对密度。 压制使粉末体堆积高度降低，一般压缩量超过50% 2. 轴向压力（正压力）施加于粉末体，粉末体在某种程 度上表现出类似流体的行为，向阴模模壁施加作用力， 其反作用力—侧压力产生。 但是粉末体非流体，侧压力小于正压力！
拱桥效应产生的孔隙尺寸可能远大于粉末颗粒尺寸。
实例：Fe 理论密度 7.8 g/cm3 ，松装密度一般为2-3g/cm3； W 理论密度 19.3 g/cm3 ，中颗粒W粉松装密度3-4g/cm3 ， 细颗粒W粉松装密度∠3g/cm3。
？估算其孔隙率。
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3. 随粉末体密实，压坯密度增加，压坯强度也增加。 压坯强度是如何形成的 4. 由于粉末颗粒之间摩擦，压力传递不均匀，压坯中不同部位 密度存在不均匀。
压坯密度不均匀对压坯乃至产品性能有十分重要的影响。
5. 卸压脱模后，压坯尺寸发生膨胀—产生弹性后效
颗粒间可用于相互填充的空间（孔隙） 粉末颗粒间摩擦
颗粒表面粗糙度
润滑条件 颗粒的显微硬度
颗粒形状
加压速度
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2. 粉末颗粒的变形
● 弹性变形 颗粒所受实际应力超过其弹性极限，发生弹性变形。 ● 塑性变形
弹性后效是压坯发生变形、开裂的最主要原因之一。
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三、 粉末体在压制过程中的变形
（一） 粉末体受压力后的变形特点（与致密材料受力变形 比较） 1. 致密材料受力变形遵从质量不变和体积不变，粉末体压制 变形仅服从质量不变。
a）
b）
c）
d）
e）
压制过程中粉末运动示意图
a）松装粉末； b）拱桥破坏颗粒位移； c）、d）颗粒变形； e）压制成形后
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第二节 压制过程中力的分析
一、正压力、净压力、压力损失
( 压制压力的分配）
● 正压力: p，P（单位压制压力、总压力）
模压成形PM产品实例—汽车发动机用粉末烧结钢零件
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二、金属粉末压制过程中发生的现象
图12-4 粉末压制示意图
1— 阴模 Die 2—上模冲 Top（upper） punch 3—下模冲 Bottom（lower）punch 4— 粉末 Powder
二、模压成形时的侧压力
● 定义：压制过程中由垂直压力所引起的模壁施加于压坯 的侧面压力称为侧压力
（一）侧压力与压制压力的关系
z
园柱型压模中取小立方体压坯为 分析对象（径向受力均匀）， 假定：
● 阴模不发生变形 ● 不考虑粉末体的塑性变形
x
P
y
推导
压坯受力示意图
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粉末体高的孔隙率使其受力后易于发生重排
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2.
粉末颗粒良好的弹塑性 制粉过程中，粉末一般都经过专门处理 还原、退火→ 消除加工硬化、表面杂质等
3. 粉末体较高的比表面积 主要作为烧结动力，对压制也有影响。 实例：几种商品粉末的比表面积（cm2/g）：
寸、孔隙度和强度的坯体（green compacts）的工
艺过程。
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● 成形的重要性
1）是重要性仅次于烧结的一个基本的粉末冶金工艺过程。
2）比其他工序更限制和决定粉末冶金整个生产过程。
a）成形方法的合理与否直接决定其能否顺利进行。 b）影响随后各工序（包括辅助工序）及最终产品质量。 c）影响生产的自动化、生产率和生产成本。
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（二） 粉末体在压制过程中的变形动力（变形内因） 1. 粉末体的多孔性 粉末体中的孔隙包括：
一次孔隙（颗粒内部孔隙） 二次孔隙（颗粒之间孔隙） 拱桥效应产生的孔隙
拱桥效应现象（图）：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
还原Fe粉（79%-325目）：5160 还原Fe粉（1%-325目）： 516 电解Fe粉（-200目）：400 羰基Fe粉（7µ m）：3460 还原W粉（0.6µ m）：5000
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（三） 粉末体在压制过程中的（位移）变形规律
p1 —考虑弹性变形后模底受到的压力
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● 压力损失
∆ P = P2 = P-P1
1. 较低压力下首先发生位移，位移形式多样
（b） （c） （d） （e） 压制时粉末位移的形式 （a）颗粒接近；（b）颗粒分离；（c）颗粒相对滑动； （d）颗粒相对转动；（e）颗粒因粉碎产生移动
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（a）
影响压制时粉末位移的因素
赋予压坯以精确的几何尺寸；
赋予压坯所要求的孔隙度和孔隙模型；
赋予压坯以适当的强度以便于搬运。
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模压成形PM产品实例—电动工具零件
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上模冲 粉末 阴模
下模冲 成形压模的基本结构
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模压成形 是将金属粉末或粉末混合料装入
钢制压模（阴模）中，通过模冲对粉末加压，卸
压后，压坯从阴模内脱出，完成成形过程。
模压成形的主要功用是：
将粉末成形成所要求的形状；
不同粉末位移、变形规律不同 ● 粉末受力后，首先发生颗粒位移，位移方式多种多样； ● 粉末颗粒位移至一定程度，发生颗粒变形，变形方式多样； ● 位移和变形不能截然分开，有重叠； 位移总是伴随着变形而发生 ● 粉末变形必然产生加工硬化 模压成形不能得到完全致密压坯
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颗粒所受实际应力超过其屈服极限，发生塑性变形。
● 脆性断裂 颗粒所受实际应力超过其强度极限，发生脆性断裂。
粉末的位移和变形，促使了压坯密度和强度的增高
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3. 实际粉末位移变形的复杂性