粉末冶金新工艺4

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第二章 粉末冶金成型新技术
3.温压成型技术
特点 : (4)表面精度高 由于温压工艺使压坯密度升高,而且温压中处于粘流态的润 滑剂具有良好的“整平”作用,因此它可以使铁基粉末冶金 零件表面精度提高2个IT等级,使纳米晶硬质合金粉末压坯 表面精度提高3个IT等级。
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第二章 粉末冶金成型新技术
3.温压成型技术
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。
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3.温压成型技术
其与传统模压工艺主要区别之处在于压制过程中将粉末和模 具加热到一定的温度,温度通常设定在130~150℃范围以内, 可使铁基粉末冶金零件密度提高0.15~0.4g/cm3,粉末压坯 相对密度可达到98-99%。在该工艺中,为了充分发挥在压制 过程中的颗粒重排和塑性变形等温压致密化机制,往往需要 优化原料粉末设计(如形状、粒度组成的选择),通过退火 或扩散退火处理以改善粉末塑性,以及往粉末中掺入高性能 高温润滑剂(添加量通常为0.6wt%)。
及轴承座圈等产品。
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第二章 粉末冶金成型新技术
2.高速压制 与传统压制相比, 高速压制的优点是:
压制件密度提高,提高幅度在0.3g/cm3左右; 压制件抗拉强度可提高20%~25%;
高速压制压坯径向弹性后效很小, 脱模力较低; 高速压制的密度较均匀, 其偏差小于0.01g/cm3。
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3.温压成型技术
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第二章 粉末冶金成型新技术
3.温压成型技术
特点 : •(1)密度高且分布均匀 常规一次压制-烧结最高密度一般为7.1g/cm3左右,温压一 次压制-烧结密度可达到7.40-7.50 g/cm3,温压二次压制-烧 结密度可高达7.6g/cm3左右。温压工艺中高性能润滑剂保 证了粉末与模壁之间具有较低的摩擦系数,使得压坯密度分 布更加均匀,采用温压工艺制备齿轮类零件时齿部与根部间 的密度差比常规压制工艺低0.1~0.2g/cm3。
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第二章 粉末冶金成型新技术
4.流动温压技术
流动温压技术的关键是提高混合粉末的流动性,主要通过 两种方法来实现:
第一种方法是:向粉末中加入精细粉末。这种精细粉末能够 填充在大颗粒之间的间隙中,从而提高了混合粉末的松装密度。
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。
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第二章 粉末冶金成型新技术
3.温压成型技术
特点 : (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。
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第二章 粉末冶金成型新技术
1.动磁压制技术
许多合金钢粉用动磁压制做过实验,粉末中不 添加任何润滑剂,生坯密度均在95%以上。动磁压 制件可以在常规烧结条件下进行烧结,其力学性能 高于传统压制件。动磁压制适用于制造柱形对称 的近终形件、薄壁管、纵横比高的零件和内部形 状复杂的零件。
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第二章 粉末冶金成型新技术
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。
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。
a) 压制前 b) 压制后 用石墨粉作隔层的单向压坯
a)单向压制
b) 双向压制
压坯密度沿高度分布图
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为了改善压坯密度的不均匀性,一般采取 以下措施: 1)减小摩擦力:模具内壁上涂润滑油或采用内 壁更光洁的模具; 2)采用双向压制以改善压坯密度分布的不均匀 性; 3)模具设计时尽量降低高径比。
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3.温压成型技术
特点 : (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。
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a)单向压制
b)双向压制
压坯密度沿高度方向的分布图
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a)填充粉料 b)双向压坯 c)上冲模复位 d)顶出坯块 双向压制粉末冶金坯块工步示意图
粉末的压制一般在普通机械式压力机或液压机上进行。 常用的压力机吨位一般为500~5000kN。
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传统压制技术的局限 1、模具要求高,占用生产成本比例大; 2、所加工部件尺寸受到限制; 3、部件密度分布不均匀; 4、脱模困难,工序长,生产效率低。
模压示意图 压坯密度与压力
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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。
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第二章 粉末冶金成型新技术
1.动磁压制技术 动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革
命性变化,由粉末材料一次制成近终形定子与转子, 从而获得高性能产品,大大降低生产成本。
动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与 烧结钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密 度高,其磁能积可提高15%-20%。
第二章 粉末压制成形新技术
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


模热
等轧离 挤 爆
装 烧 结
浆 浇 注
压压 成成 形形
静 压 成 形
制 成 形
心 成 形
压炸 成成 形形
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第二章 粉末冶金成型新技术
1.动磁压制技术 原理:将粉末装于一个导电的容 器(护套)内,置于高强磁场线圈 的中心腔中。电容器放电在数 微秒内对线圈通入高脉冲电流, 线圈腔中形成磁场,护套内产生 感应电流。感应电流与施加磁 场相互作用,产生由外向内压缩 护套的磁力,因而粉末得到二维 压制。整个压制过程不足1ms。
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第二章 粉末冶金成型新技术
动磁压制的优点:
• 由于不使用模具,成型时模壁摩擦减少到0,因而可 达到更高的压制压力,有利于提高产品,并且生产成 本低;
•由于在任何温度与气氛中均可施压,并适用于所有材 料,因而工作条件更加灵活;
• 由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂,因而成型产 品中不含有杂质,性能较高,而且还有利于环保。
第二章 粉末冶金成型新技术
流动温压工艺主要特点如下: (1)可成形零件的复杂几何形状。国外已利用
第二章 粉末冶金成型新技术
3.温压成型技术 温压技术研究和开发的核心: • 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。
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第二章 粉末冶金成型新技术
3.温压成型技术
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。
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第二章 粉末冶金成型新技术
4.流动温压技术 将上述两种方法结合起来,混合粉末在
压制温度下就可转变成为流动性很好的黏 流体,它既具有液体的所有优点,又具有很 高的黏度。混合粉末的流变行为使得粉末 在压制过程中可以流向各个角落而不产生 裂纹。
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第二章 Baidu Nhomakorabea末冶金成型新技术
3.温压成型技术 温压技术是近几年新发展的一项新技术。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423K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,被国际粉末冶金界誉为 “开 创铁基粉末冶金零部件应用新纪元”和“导致粉 末冶金技术革命”的新型成型技术。
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第二章 粉末冶金成型新技术
2.高速压制 高速压制的另一个特点是产生多重冲击
波,间隔约0 3s的一个个附加冲击波将密度 不断提高。这种多重冲击提高密度的一个优 点是,可用比传统压制小的设备制造重达5kg 以上的大零件。
高速压制适用于制造阀座、气门导管、
主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套
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第二章 粉末压制成形新技术
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。
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第二章 粉末冶金成型新技术
1.动磁压制技术
动磁压制的亚毫秒压制过程有助于保持材 料的显微结构不变,因而也提高了材料性能。 对于象W、WC与陶瓷粉末等难压制材料,动 磁压制可达到较高的密度,从而降低烧结收缩 率。目前许多动磁压制的应用已接近工业化 阶段,第一台动磁压制系统已在运行中。
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。
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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。
粉末的压缩过程一般采用压坯密 度 —— 成 形 压 力 曲 线 来 表 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,从而使其密度又随 压力增高而增加。
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第二章 粉末冶金成型新技术
3.温压成型技术
特点 : (3)脱模压力小 温压工艺脱模压力(Slide pressure)约为10~20MPa,而常 规工艺却高达55~75MPa,其降低幅度超过60%。低的脱模 压力意味着温压工艺易于压制形状复杂的铁基P/M零件和减 小模具磨损从而延长其使用寿命。
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第二章 粉末冶金成型新技术
4.流动温压技术
流动温压技术以温压技术为基础,并结合了金 属注射成形的优点,通过加入适量的微细粉末和 加大润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动 性、填充能力和成形性, 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。
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