第5章粉末冶金成形.ppt

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1、第第5 5章章 粉末冶金成形粉末冶金成形粉末冶金材料：用粉末冶金方法制造的材料粉末冶金材料：用粉末冶金方法制造的材料常用的粉末冶金材料常用的粉末冶金材料(P36)(P36)(1)硬质合金：硬质合金：以高硬度、难熔的金属碳化物（以高硬度、难熔的金属碳化物（WC、TiC等）粉末为硬质等）粉末为硬质 点，加入点，加入Co、Mo或或Ni等作为粘结剂。等作为粘结剂。用于：用于：刃具刃具、冷作模具冷作模具、量具量具和和不受冲击和振动的高耐磨零件不受冲击和振动的高耐磨零件。(2)(2)烧结减摩材料：烧结减摩材料：铁铁+石墨、青铜石墨、青铜+石墨石墨 工作时要求减少摩擦的材料：工作时要求减少摩擦的材料：含油轴

2、承含油轴承 含油轴承特别适宜：含油轴承特别适宜：不能经常加油不能经常加油的场合。的场合。(3)(3)烧结摩擦材料：烧结摩擦材料：基体铁、铜基体铁、铜+摩擦组元石棉摩擦组元石棉、AL2O3+润滑剂石墨（润滑剂石墨（MoS2）能满足摩擦材料的性能要求能满足摩擦材料的性能要求 用于：机器上的用于：机器上的制动带制动带和和离合器片离合器片等。等。(4)(4)烧结钢：烧结钢：以碳钢或合金钢粉末为主并用粉末冶金法制成的材料以碳钢或合金钢粉末为主并用粉末冶金法制成的材料 用于：制造用于：制造电钻齿轮和油泵齿轮电钻齿轮和油泵齿轮等等 粉末冶金是粉末冶金是制取金属粉末制取金属粉末并通过并通过成形成形和和烧结烧结

3、等工艺将金属等工艺将金属粉末（或与非金属粉末）的混合物制成制品的加工方法。粉末（或与非金属粉末）的混合物制成制品的加工方法。特特 点点既可以制取用既可以制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料普通熔炼方法难以制取的特殊材料，又可以制造各种又可以制造各种精密的机械零件精密的机械零件省工省料省工省料模具和金属粉末成本较高模具和金属粉末成本较高批量小时或制品尺寸过大时不宜采用批量小时或制品尺寸过大时不宜采用粉末冶金成形粉末冶金成形5.1 5.1 粉末冶金基础粉末冶金基础 5.1.1 5.1.1 粉末的化学成分及性能粉末的化学成分及性能 粉末粉末通常指尺寸小于通常指尺寸小于1mm1mm的离散颗粒的集合体，

4、颗粒的离散颗粒的集合体，颗粒尺寸一般以微米（尺寸一般以微米（m m）或纳米（）或纳米（nmnm）计量）计量 。1 1粉末的化学成分粉末的化学成分 常用的金属粉末有常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金铁、铜、铝等及其合金的粉末的粉末,杂质和杂质和气体的含量一般不超过气体的含量一般不超过1%1%2%2%颗粒形状颗粒形状 球状、粒状、片状和针状球状、粒状、片状和针状 粒度粒度 单个粉末颗粒的线性尺寸单个粉末颗粒的线性尺寸,用筛分法等测量用筛分法等测量 粒度分布粒度分布 按粒度不同分为若干级，每一级粉末按粒度不同分为若干级，每一级粉末 （按质量、数量或体积）所占的百分比。（按质量、数量或体积）所占的百

5、分比。比表面积比表面积 单位质量粉末的总表面积，可算出颗粒的平均尺寸单位质量粉末的总表面积，可算出颗粒的平均尺寸2 2粉粉末的末的物理物理性能性能3 3粉粉末末的的工工艺艺性性能能流动性流动性：粉末的流动能力，粉末的流动能力，用一定质量的粉末在规定条用一定质量的粉末在规定条 件下从件下从标准漏斗中流出所需的时间标准漏斗中流出所需的时间来表示。来表示。球形或接球形或接 近球形的颗粒及较宽的粒度分布，流动性近球形的颗粒及较宽的粒度分布，流动性。松装密度松装密度：在在规定条件下粉末自由填充单位容积的重量规定条件下粉末自由填充单位容积的重量。密度较高的粉末、球形或接近球形的颗粒、密度较高的粉末、球形或

6、接近球形的颗粒、较粗的粒度或较宽的粒度分布，松装密度较粗的粒度或较宽的粒度分布，松装密度 压缩性压缩性：在加压条件下粉末在加压条件下粉末被压缩的程度被压缩的程度（达到所需达到所需 密度而所需的压力密度而所需的压力/已知压力下得到的密度值已知压力下得到的密度值)提高压制压力或松装密度、减小压制速度或粉末提高压制压力或松装密度、减小压制速度或粉末 颗粒的强度，压缩性颗粒的强度，压缩性 压坯的密度压坯的密度。成形性成形性：粉末被压缩粉末被压缩成一定形状并在后续加工中保持这种成一定形状并在后续加工中保持这种 形状的能力形状的能力。在一定压力下获得的压坯强度越高，。在一定压力下获得的压坯强度越高，成形性

7、成形性5.1.2 粉末冶金的机理1 1压制的机理压制的机理 压制压制是在模具或其它是在模具或其它容器中，在外力作用下，容器中，在外力作用下，将粉末紧实成具有预定将粉末紧实成具有预定形形状和尺寸的工艺过程。状和尺寸的工艺过程。压缩过程中，随着粉末的移动和变形，较大的空隙被压缩过程中，随着粉末的移动和变形，较大的空隙被填充，颗粒表面的氧化膜被破碎，接触面积增大，使原填充，颗粒表面的氧化膜被破碎，接触面积增大，使原子间产生吸引力且颗粒间的机械楔合作用增强，子间产生吸引力且颗粒间的机械楔合作用增强，从而形从而形成具有一定密度和强度的压坯。成具有一定密度和强度的压坯。图图5-1 粉末压制过程粉末压制过程

8、a)装粉装粉 b)压制开始压制开始 c)压制结束压制结束1下模冲下模冲 2阴模阴模 3上模冲上模冲2 2烧结的机理烧结的机理 烧结：粉末或压坯在烧结：粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理低于主要组分熔点的温度下的热处理。目的：目的：通过颗粒间的冶金结合以提高其强度通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。温度升高温度升高(1)水和有机物的蒸发或挥发水和有机物的蒸发或挥发 (2)吸附气体的排除吸附气体的排除 (3)应力的消除以及粉末颗粒表面氧化物的还原应力的消除以及粉末颗粒表面氧化物的还原 (4)粉末表层原子间的相互扩散和塑性流动粉末表层原子间的相互扩散和塑性流动 (5)颗粒间接触面的增大，再结

9、晶和晶粒长大固相的熔解和重结晶颗粒间接触面的增大，再结晶和晶粒长大固相的熔解和重结晶v 以上各过程往往相互重叠，相互影响以上各过程往往相互重叠，相互影响 5.2 5.2 粉末冶金工艺粉末冶金工艺金属粉末的制取金属粉末的制取预处理预处理坯料的成形坯料的成形烧结烧结后处理后处理5.2.1 粉末的制取粉末的制取 机械法和物理化学法机械法和物理化学法两大类两大类 1 1机械法机械法 用机械力将用机械力将原材料粉碎原材料粉碎而而化学成分基本不发生变化的化学成分基本不发生变化的工艺过程工艺过程。球磨法球磨法：用于脆性材料及合金用于脆性材料及合金 研磨法研磨法：用于金属丝或小块边用于金属丝或小块边 角料角料

10、雾化法雾化法：用于熔点较低的金属用于熔点较低的金属 a)高速气流雾化高速气流雾化 b)离心雾化离心雾化 c)旋转电极雾化旋转电极雾化2 2物理化学法物理化学法 借助物理或化学作用，改变物料的化学成分或聚集状态而获取借助物理或化学作用，改变物料的化学成分或聚集状态而获取粉末的方法。粉末的方法。还原法还原法：用用还原剂还原金属氧化物或盐类，使其成为金属粉末还原剂还原金属氧化物或盐类，使其成为金属粉末的方法，最常用，工艺简便、成本较低，适用于由金属氧化物的方法，最常用，工艺简便、成本较低，适用于由金属氧化物或卤族化合物制粉。或卤族化合物制粉。电解法电解法：在在溶液或熔盐中通入直流电，使金属离子电解析

11、出成溶液或熔盐中通入直流电，使金属离子电解析出成为金属粉末为金属粉末的方法。可制得高纯度粉末，但成本较高，适用于从的方法。可制得高纯度粉末，但成本较高，适用于从金属盐类中制取粉末金属盐类中制取粉末 热离解法热离解法：将将金属与金属与CO、H2或或Hg作用，生成化合物或汞齐（即作用，生成化合物或汞齐（即汞合金），再加热使其分解出汞合金），再加热使其分解出CO、H2或或Hg，从而制得金属粉末的从而制得金属粉末的方法。用于能与方法。用于能与CO、H2或或Hg作用生成化合物或汞齐的金属作用生成化合物或汞齐的金属。5.2.2 粉末的预处理粉末的预处理1 1分级分级 将将粉末按粒度分成若干级粉末按粒度分成

12、若干级的过程。的过程。使配料时易于控制粉末的粒度和粒度分布，以适应成形工艺的使配料时易于控制粉末的粒度和粒度分布，以适应成形工艺的要求。要求。2 2混合混合 将将两种或两种以上不同成分的粉末均匀掺合的过程两种或两种以上不同成分的粉末均匀掺合的过程,通过混合通过混合可获得所需的组分可获得所需的组分。为提高粉料的成形性能，常需加入某些为提高粉料的成形性能，常需加入某些添加剂添加剂:用于提高压坯强用于提高压坯强度或防止粉末成分偏析的度或防止粉末成分偏析的增塑剂增塑剂，用于减少颗粒间及压坯与模壁间，用于减少颗粒间及压坯与模壁间摩擦的摩擦的润滑剂润滑剂。3 3制粒制粒 为改善粉末流动性而使较为改善粉末流

13、动性而使较细颗粒团聚成粗粉团粒细颗粒团聚成粗粉团粒的工艺。的工艺。5.2.3 成形成形 将粉末转变成具有所需形状的凝聚体的过程将粉末转变成具有所需形状的凝聚体的过程 1 1模压模压 通过通过模冲加压使刚性封闭模中模冲加压使刚性封闭模中的粉末密实成形的粉末密实成形 单向压制单向压制：模具简单，操作方模具简单，操作方便，生产效率高，但制品密度便，生产效率高，但制品密度不均匀，适于不均匀，适于压制高度或厚度压制高度或厚度较小的制品。较小的制品。双向压制双向压制：压坯密度较单向压压坯密度较单向压制均匀，适于压制制均匀，适于压制高度或厚度高度或厚度较大的制品较大的制品 浮 动 模 压 制浮 动 模 压

14、制：浮 动 模 压 制浮 动 模 压 制 压坯密度较均匀，适于压坯密度较均匀，适于压制压制 高度或厚度较大的制品。高度或厚度较大的制品。单向压制单向压制双向压制双向压制 浮动模压制浮动模压制2 2粉末轧制粉末轧制 将粉末引入一对将粉末引入一对旋转轧辊之间旋转轧辊之间使其压实成连续带坯的方法。使其压实成连续带坯的方法。适用于生产多孔材料、摩擦材料、复合材料和硬质合金等的板材适用于生产多孔材料、摩擦材料、复合材料和硬质合金等的板材及带材。及带材。3 3挤压成形挤压成形 将置于挤压筒内的粉末、压将置于挤压筒内的粉末、压坯或烧结体通过坯或烧结体通过模孔模孔压出的成形压出的成形方法方法 设备简单、生产率

15、高，可以设备简单、生产率高，可以获得沿长度方向密度均匀的制品。获得沿长度方向密度均匀的制品。用于生产截面较简单的条、棒和用于生产截面较简单的条、棒和螺旋形条、棒（如麻花钻）螺旋形条、棒（如麻花钻）图图5-5 粉末挤压过程粉末挤压过程a)装粉装粉 b)挤压挤压1口模口模 2挤压筒挤压筒 3料斗料斗 4凸模凸模 5制品制品4 4等静压制等静压制 对对粉末（或压坯）表面或对装粉末（或压坯）的软膜表面施以各粉末（或压坯）表面或对装粉末（或压坯）的软膜表面施以各向大致相等向大致相等的压力的压制方法的压力的压制方法 (1)(1)冷等静压制冷等静压制：在在室温下室温下的等静压的等静压制，压力传递媒介通常为制

16、，压力传递媒介通常为液体液体 冷等静压制压坯密度较高，较均匀，力学性冷等静压制压坯密度较高，较均匀，力学性能较好，形状可较复杂，尺寸可较大能较好，形状可较复杂，尺寸可较大.用于管材、棒材和大型制品的生产。用于管材、棒材和大型制品的生产。(2)(2)热等静压制热等静压制：高温下高温下的等静压制的等静压制,同时同时进行压制和烧结进行压制和烧结，压制压力和烧结温度均低，压制压力和烧结温度均低于冷等静压制，能耗较低，生产效率较高；于冷等静压制，能耗较低，生产效率较高；制品密度高且均匀，晶粒细小，力学性能较制品密度高且均匀，晶粒细小，力学性能较高，形状和尺寸不受限制；但投资大。高，形状和尺寸不受限制；但投资大。用于用于粉末高速钢，难熔金属，高温合金和粉末高速钢，难熔金属，高温合金和金属陶瓷等制品的生产金属陶瓷等制品的生产 图图5-6 冷等静压制原理冷等静压制原理1软膜软膜 2粉末粉末5 5松装烧结成形松装烧结成形 粉末粉末未经压制未经压制直接进行的烧结直接进行的烧结。可用于多孔材料的生产可用于多孔材料的生产 6 6粉浆浇注粉浆浇注 将粉末中加入悬浮剂、水等并调成将粉末中加入悬浮剂、水等并调成粉浆