粉末冶金成型教程

金属粉末的性能对其成形和烧结过程以及制品的质量 都有重大影响。金属粉末的性能可以用化学成分、物理性 能和工艺性能来表征。
1. 粉末的化学成分 粉末的化学成分一般是指主要金属或组元的含量、杂 质或夹杂物的含量以及气体的含量。 金属或合金粉末中的主要金属含量都不能低于98%∼99%。 粉末中的杂质主要指： 1）与主要金属结合，形成固溶体或化合物的金属或非金属 成分，如还原铁粉中的硅、锰、碳、硫、磷、氧等； 2）从原料和粉末生产过程中带进的机械夹杂，如二氧化硅、 三氧化二铝、硅酸盐、难熔金属或碳化物等酸不溶物。
2.压制成形 压模压制是将置于压模内的松散粉 末施加一定的压力后，成为具有一定 尺寸、形状和一定密度、强度的压坯， 如图5-2是压模示意图。 粉末的压缩过程一般采用压坯密 图5-2 模压示意图 度——成形压力曲线来表示，如图5-3 所示。压坯密度变化分为三个阶段。 滑动阶段：在压力作用下粉末颗粒发 生相对位移，填充孔隙，压坯密度随 压力增加而急剧增加；二是粉末体出 现压缩阻力，即使再加压其孔隙度不 能再减少，密度不随压力增高而明显 变化；三是当压力超过粉末颗粒的临 界压力时，粉末颗粒开始变形，从而 图5-3 压坯密度与压力 使其密度又随压力增高而增加。
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 压 成 形
爆 炸 成 形
5.1.2.2 压制成形
1.粉末预处理 预处理包括：粉末退火，筛分，混合，制粒，加润滑剂 等。 粉末的预先退火可使氧化物还原，降低碳和其他杂质 的含量，提高粉末的纯度；同时，还能消除粉末的加工硬 化、稳定粉末的晶体结构 。 筛分的目的在于把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。 混合一般是指将两种或两种以上不同成分的粉末混合 均匀的过程。混合可采用机械法和化学法。 制粒是将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序，以 此来改善粉末的流动性。
粉末冶金材料或制品种类较多，主要有:
难熔金属及其合金（如钨、钨—钼合金）；
组元彼此不相溶、熔点十分悬殊的特殊性能材料 （如钨—铜合金型电触头材料）； 难熔的化合物和金属组成的各种复合材料（如硬质 合金、金属陶瓷）等。
粉末冶金的特点：
1）某些特殊性能材料的唯一制造方法； 2 ）可直接制出尺寸准确，表面光洁的零件，是少甚至无 切削生产工艺； 3）节约材料和加工工时，成本低。 4）制品强度较低； 5）流动性较差，形状受限制； 6）压制成形的压强较高，制品尺寸较小；
工业上普遍采用的有：氧化物还原法、电解法、热离解 法、球磨法、涡旋研磨法、雾化法。
5.1.2 粉末的成形
5.1.2.1 成形方法
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、密度和强度的压坯。粉末冶金常用 的成形方法如下所示。模压成形是最基本方法。
成形 无压成形
加压成形
松 装 烧 结
3）粉末表面吸附的氧、水汽和其他气体（N 2、CO2）。
2.粉末的物理性能 粉末的物理性能：粉末颗粒大小和粒度组成、粉末颗 粒形状与结构、显微硬度、粉末比表面、粉末真密度以及 粉末颗粒的晶格状态。在技术条件中，通常只规定各级粉 末颗粒的百分含量——粒度组成或筛分组成 。 1）颗粒形状：主要由粉末的生产方法决定，同时也与物质 的分子或原子排列的结晶几何学因素有关；决定粉末工艺 性能。 2）粒度组成：指不同粒度的颗粒占全部粉末的百分含量， 又称粒度分布。 3 ）粉末比表面：指每克粉末所具有的总表面积，通常用 cm2/g或m2/g表示。
3.粉末的工艺性能
粉末的工艺性能用粉末的松装密度、流动性、压缩性 与成形性来表征。 1）松装密度是指粉末试样自然地充填规定的容器时，单 位体积内粉末的质量，单位为g／cm3。 2）流动性是50g粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间， 单位为s／50g，其倒数是单位时间内流出粉末的重量，俗 称为流速。 3）压缩性代表粉末在压制过程中被压紧的能力，通常以 在规定单位压力下粉末的压坯密度表示。 4）成形性是指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力， 通常用粉末得以成形所需的最小单位压制力表示或用压坯 强度来表示。
7）压模成本较高。
第1节
粉末冶金基础
粉末冶金的主要工序有粉末制备、粉末预处理、成形、 烧结及后处理等。粉末冶金材料或制品的工艺流程如图51所示。
5.1.1 粉末性能和粉末制备
5.1.1.1 粉末性能
固态物质按分散程度不同分成致密体、粉末体和胶体 三类。
致密体或常说的固体：粒径在lmm 以上；
胶体微粒： 0.1 μm 以下； 粉末体或简称粉末：介于二者之间。
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5.1.1.2 粉末的制备
金属粉末的制取方法可分成两大类：机械法和物理化 学法。
机械法是将原材料磨碎成粉而不改变原材料的化学成 分的方法。如将金属切削成粉末颗粒；把金属研磨成粉末； 液态金属的制粒和雾化。 物理化学法是在制取粉末过程中，使原材料受到化学 或物理的作用，而使其化学成分和集聚状态发生变化的工 艺过程。还原金属氧化物、电解水溶液或熔盐、热离解羰 基化合物、冷凝金属蒸汽、晶间腐蚀和电腐蚀法等。物理 化学制粉法是以还原和离解等化学反应为基础的。
粉末冶金成形
1 粉末冶金基础 2 粉末冶金模具
3 常用粉末冶金材料简介
4 粉末冶金制品结构工艺性 5 粉末冶金技术的新发展
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粉末冶金是以金属粉末(或金属粉末与非金属粉末 的混合物)为原料，通过成形、烧结或热成形制成金属 制品或材料的一种冶金工艺技术。粉末冶金生产工艺与 陶瓷制品的生产工艺类似，因此人们又常常称粉末冶金 方法为“金属陶瓷法”。
压坯密度分布不均匀：用石墨粉作隔层的单向压制实 验，得到如图5-4所示的压坯形状，各层的厚度和形状均发 生了变化，由图5-5可知在任何垂直面上，上层密度比下层 密度大；在水平面上，接近上模冲的断面的密度分布是两 边大，中间小；而远离上模冲的截面的密度分别是中间大， 两边小。 因为粉末体在压模内受力后向各个方向流动，于是引 起垂直于压模壁的侧压力。侧压力引起摩擦力，会使压坯 在高度方向存在明显的压力降。