第4篇 粉末冶金(PM)..

稳定晶体结构
表面钝化
2）工艺
温度：0.5-0.6Tm
气氛：惰性气体、分解氨、真空、氢气
2．筛分：粉末按粒度分级 3．混料
• 机械法：干混、湿混
• 化学法：通过液相化学反应的方法使混料更加均匀。
4．加添加剂
• 成形剂：提高粉末成形强度。如合成橡胶、石蜡等 • 润滑剂：减小成形摩擦。如硬脂酸钠等 • 造孔剂：帮助形成多孔材料。如碳酸铵
第9章 粉末的成形
1.定义：使金属坯料密实成具有一定形状、尺寸、孔隙度和强度的生坯的工艺.
Compaction Process 压制过程
2. 种类 普通模压成形：单向压制、双向压制
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特殊成形：等静压制、粉浆浇注、连续成形、流延法、爆炸成形
9．1 成形前的原料准备
1．退火
1）目的
提高粉末纯度 消除加工硬化
5．制粒：将粉末制成团粒。——提高流动性。
9．2 粉末的压制过程
一．粉末的位移与变形
1．位移： 2．变形：弹性变形、塑性变形、脆性断裂 位移、变形→孔隙↓，接触面↑→密度、强度↑ 二．压坯强度 1．强度的形成 颗粒间机械啮合 粘合 成形剂作用 2．评定 抗弯强度——整体强度 转鼓实验——边角强度
通常可将烧结过程分成几步：
二．烧结机构 1．概念：烧结过程中物质的迁移及速率
2．物质迁移方式：扩散、再结晶、塑性流动、蒸发
与凝聚等
两球几何模型
10．2 单元系烧结
1．概念：纯金属、有固定化学成分的化合物及均匀固溶体的粉末在固态 下烧结。 2．特征：无新相或新的组成物出现，也不发生凝聚态的改变。
• 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；
• 2）影响压坯密度分布的因素
压坯形状： H/D 密度分布均匀性
模壁状况：μ 压制方式：单向压制 双向压制
密度分布均匀性 密度分布均匀性
五．影响压制过程的因素
1．粉末性能 力学性能、粒度、纯度等的影响
2．润滑剂和成形剂
工艺
种类：一段还原、二段还原 二段还原优点：粒度↓，均匀度、生产率↑ 二段还原工艺：WO3——WO2——过筛——W粉——过筛——合批——过筛——成品
8．2 机械粉碎法
1．定义：通过压碎、击碎、研磨等方式将材料机械地粉碎成粉末的 方法
2．分类
机械研磨法：球磨、棒磨、震动 球磨、搅动球磨——脆性材料 旋涡研磨——塑性材料 冷气流粉碎——塑性材料
2．固相溶解和析出：颗粒球化合并、烧结体收缩 3．固相骨架形成：固相接触及烧结
四．组织形态
• 卵形：固相可溶解 • 多边形：固相不溶解
本章重点
• 还原法制粉的条件及常用还原剂 • 球磨的基本规律 • 雾化粉末主要影响因素 • 粉末成形前退火的作用 • 压坯密度分布影响因素 • 烧结基本过程及机构 • 互不溶系烧结制品组织特点
2．分类
8．3 粉末的性能
一．分类
化学组成：纯度及杂质组成、 物理性能：颗粒形状与结构、颗粒大小和粒度组成、比表面积、密度及声 热光电磁等性质。 工艺性能：流动性、松装密度、压制性等
力学性能：强度、硬度、塑性等
二．粉末的粒形、粒度及组成
1．颗粒形状，见图8-17
2．粒度及其组成：
1）粒度：颗粒的直径
多孔材料
难熔材料（难熔金属，金属间化合物，陶瓷）
各类复合材料 非平衡组织材料（假合金，过饱和固溶体等)
2)可生产性能更好的一些材料
制取偏析小的合金（高速钢，高温合金） 组织细小、均匀和加工性能好的稀有金属配料锭
3) 少切削或无切削加工。 4) 缺点：粉末成本高；制品形状及尺寸受限制；制品韧性较差。
4.主要工序
冷等静压设备类型（a）湿袋法（b）干袋法
第10章 烧结
1．定义：烧结是粉末或粉末压坯在适当的温度和气 氛中受热所发生的现象或过程。
2．分类 单元系
固相烧结
多元系
互溶
不互溶
液相烧结
10．1 烧结基本过程及机构
一．烧结基本过程
1．粘结阶段：形成烧结颈 宏观特征：密度变化很小，强度和导电性增加 2．烧结颈长大阶段：颗粒距离减小，晶粒长大，孔隙大幅减小。 宏观特征：烧结体收缩，密度、强度增加。 3．闭孔隙球化和缩小阶段：通孔 闭孔 球化 收缩
2)影响球磨的因素


转速
0.70-0.75 n临界：抛落——粗磨 <0.6 n临界：滑落 =0.6 n临界：滚落

装球量：装填系数=装球体积：球磨筒体积 （0.4-0.5） 球料比：太大，球磨损大；太小，效率低


球的大小：d≤（1/18—1/24）D，其中d——磨球直径
研磨介质：干磨，湿磨 物料性质：脆性/韧性
β—相对体积，β=1/(1-θ)，θ—孔隙度
四．压坯密度分布
1．粉末所受的力
1）压制压力： P=P1+P2 P1-—净压力； P2——克服粉体与模壁的外摩擦 2）侧压力：P侧=ξP ξ——侧压系数 3）模壁摩擦力：F=μ·P侧
2．压坯密度分布
1）压坯密度分布的不均匀性
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。
粉末制备 粉末混合
机械法和物理化学法。球磨法、雾化法等
加入必要的润滑剂、其他合金元素
成形工序
烧结
后序加工
浸油、整形、 少量机加工
清洗包装
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5.应用 一般结构零件:
•
• • • •
多孔材料
难熔金属 复合材料 电接触材料 耐热材料
产品简介
汽车变速器系统用粉末烧结钢件:
产品简介
汽车发动机用粉末烧结钢零件
• 二流雾化：气雾化、水雾化 • 离心雾化：旋转（圆盘、电极、坩埚）雾化 • 超声雾化 • 转辊雾化
一).二流雾化
1.二流：液流、介质流 2.雾化原理：利用介质流直接冲击液流获得粉末的方法。
3.种类：水雾化、气雾化
4.影响雾化粉末性能的因素
雾化介质 • • • 金属液流 • • 表面张力及粘度： 表面张力↑——球形粉末↑，粉末粒度↑ 粘度↑，粉末粒度↑，粉末不规则↑ 金属液流直径：↑，粉末粒度↑，生产率↑ 过热温度：↑——流动性↑，粘度↓，球形粉末↑，O、N↑，一般50-2500C 化学特性：氧化、其它杂质 动能：W=1/2 mv2，W↑，粉末细 冷却能力：↑，粉末形状不规则↑
2）粒度组成:全部粉末中不同粒度颗粒的分布(粒度级别见表8-7) 3）表示：工业中采用筛分方法测定，筛号表示粒度。
三．粉末的工艺性能
1．松装密度：粉末自然填充规定容器时，单位容积粉末的质量。见图8-18
决定装粉量 2．流动性：50g粉末从标准的漏斗中流出所需的时间。见图8-18 影响自动装粉和压制密度的均匀性。 3．压制性：压缩性和成形性的总称。 影响压制密度和强度。
其它因素 • • •
• •
金属液流长度：↑，细粉↑ 聚粉桶直径：↑——球形粉↑，粗粉↑ 冷却介质：冷却能力↑——不规则↑，细粉↑
气雾化：各种金属；球形粉，如Cu，Zn等 水雾化：高熔点金属；不规则粉末，如Fe
5.适用范围：
二)．离心雾化（简介）
1．原理：利用机械旋转形成的离心力将液态金属击碎并冷凝成粉末
三．压制压力与压坯密度的关系
1．压坯密度的变化规律
Ⅰ.P，ρ：主要发生位移，称滑移阶段 Ⅱ.P, ρ几乎不变：脆性材料; ρ：塑性材料 Ⅲ. P，ρ：以变形为主
2．压制压力与密度关系
lgPmax-lgP=L(β-1)
式中：Pmax—相应于压至最紧密状态(β=1)时的单位压力； L—压制因素，反映压制时的应力—应变比；m—
第4篇 粉末冶金（PM）
一、绪论
1.概念：通过粉末的制备、成形及烧结制备材料或零件的技术。
材料：金属，非金属，复合材料
2.粉末冶金发展概况
19世纪初：铂粉 1909年：粉末可锻钨的生产 1923年：硬质合金 20世纪30年代：多孔轴承， 铁基机械零件 1968年：粉末高速钢
3.特点
1)可制备熔铸法不能生产的材料
一．烧结温度与时间
1．烧结温度：2/3—4/5Tm T烧结速度，但过大会使晶粒长大。
2．烧结时间：t，性能，但影响小于烧结温度。
二．烧结中密度与尺寸变化
1．正常：收缩 2．反常：胀大 原因：1）内应力消除，抵消了收缩 3）聚晶长大 2）内部气体的存在 4）同素异晶转变。
三．烧结体显微组织的变化
1．空隙： 通孔 2．再结晶与晶粒长大 a)形变再结晶 b)聚集再结晶 闭孔 球化
四．影响烧结过程的因素
1．结晶构造与异晶转变
2．粉末活性 3．外在因素
1）氧化物
2）烧结气氛 4．压制工艺：对压坯密度及分布有影响
10．3 多元系固相烧结 ---互不溶系的固相烧结
特点： • 制备各类复合材料及假合金 • 常需后处理进一步致密化 • 常采用复合粉末或化学混料 • 性能受异相颗粒界面状况影响
• 液相烧结条件及机理。
产品简介
金属切削刀片
产品简介
硬质合金刀具：
产品简介
结论
广泛应用于工业生产
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第8章 粉末制备
按性质分：机械粉碎法，物理化学法 按状态分： 固体，还原法 气体，气相沉积法
液体，雾化法，电解法
8.1.还原法
1) 基本原理
基本反应：MeO+X=Me+XO 条件：△Z（XO）<△Z（MeO） 常用还原剂 气体还原剂-氢：可还原Cu，Fe，Co，Ni，W等
对成形有利，对烧结可能不利。 3．压制工艺
1）压制方式 2）速度：均匀性 3）保压时间：均匀性 4）震动：均匀性 5）磁场：
9．3 特殊成形
一．等静压成形 1．概念：同时在各个方向上受到相等的净压力作用而成形的方法 2．原理：各向均匀加载+弹性模套 3．分类：冷等静压和热等静压 4．特点
1）可制备复杂形状制品 2）损耗小 3）密度均匀 4）压坯强度高 5）烧结温度低 6）尺寸精度和表面光洁度低 7）生产率低 8）设备投资大
一．机械研磨法 球磨 1）球磨基本规律
A.磨球的运动状态
• 泻落：转速小——滚落、滑落 • 抛落：转速适中 • 无相对运动：超过临界转速
B. 抛射角α cosα=Rn2/900， R——球磨桶半径 C. 临界转速 当cosα=1，n=42.2/D1/2， D——球磨桶直径 D.自然坡度角β自然 β——坡度角，n↑，β↑ tgβ自然=μ/COSθ，μ——摩 擦系数；θ——取决于装球量 当β>β自然，滚动 β<β自然，滑动
二．其它机械粉碎法（塑性材料）
1．旋涡研磨 1）原理：主要依靠物料之间相互 撞击、物料与磨壁、螺旋桨之间的 撞击进行研磨 2）特点：粉末细、呈蝶形、可利 用边角料 2．冷气流粉碎 1）原理：高压（7MPa）——大气 压，绝热膨胀——降温——粉碎 2）特点：粉末细、不规则、无氧 化
8．3 雾化法
1．定义：直接击碎液态材料而获得粉末的方法 2．应用范围：可熔化的金属材料、液相的非金属材料 3．种类
固体还原剂-碳：包括Al在内的许多金属
熔体还原剂-Ca，Mg，Al（金属热还原）：可还原Ti，Th，Zr等
2）还原法制粉举例
氢还原钨 原理 WO3——WO2。9——WO2。72——WO2——W 其中，WO3——WO2过程颗粒长大严重
影响W粉粒度和纯度的因素
原料：颗粒、杂质、水分 氢气：湿度↓流量↑、逆向通气——钨纯度↑，粒度↓ 工艺：温度、推舟速度、料层厚度
10．4 液相烧结
一．概念：有部分液相出现的烧结过程 二．液相烧结条件
1．润湿性：固-液相润湿
2．固相在液相中有一定溶解度 改善润湿 增加液相数量 有利于借助液相迁移 冷却时析出可提高成分均匀性
3．液相数量：
以添满固相间隙为宜，一般20-50%
三．液相烧结过程和机构
1．液相生成及颗粒重排：致密化