材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第四章

1、第四章第四章 粉末壓制和常用復(fù)粉末壓制和常用復(fù)合材料成形過(guò)程合材料成形過(guò)程 l美國(guó)金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會(huì)（美國(guó)金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會(huì)（MPIF）將粉末冶金定義）將粉末冶金定義為：為：l制造金屬（或無(wú)機(jī)非金屬）粉末和利用金屬（或無(wú)機(jī)制造金屬（或無(wú)機(jī)非金屬）粉末和利用金屬（或無(wú)機(jī)非金屬）粉末生產(chǎn)大塊材料和一定形狀零件的方法。非金屬）粉末生產(chǎn)大塊材料和一定形狀零件的方法。l典型的粉末冶金技術(shù)包括典型的粉末冶金技術(shù)包括粉末制備粉末制備和和材料成形材料成形兩大類，兩大類，l前者如霧化技術(shù)、化學(xué)還原技術(shù)、溶膠凝膠技前者如霧化技術(shù)、化學(xué)還原技術(shù)、溶膠凝膠技術(shù)等；后者包括燒結(jié)技術(shù)、熱等靜壓、粉末注術(shù)等；后者包括燒結(jié)技

2、術(shù)、熱等靜壓、粉末注射成形、激光快速成形等。粉末冶金在零部件射成形、激光快速成形等。粉末冶金在零部件制造和材料合成方面具有近型成形（少、無(wú)切制造和材料合成方面具有近型成形（少、無(wú)切削）、材料顯微組織細(xì)小、成分均勻等優(yōu)點(diǎn)，削）、材料顯微組織細(xì)小、成分均勻等優(yōu)點(diǎn)，而且能夠制造傳統(tǒng)鑄造方法無(wú)法制備的材料，而且能夠制造傳統(tǒng)鑄造方法無(wú)法制備的材料，如多孔材料、復(fù)合材料、難熔金屬材料和陶瓷如多孔材料、復(fù)合材料、難熔金屬材料和陶瓷材料。因此粉末冶金零部件由于原材料利用率材料。因此粉末冶金零部件由于原材料利用率高（達(dá)高（達(dá)95%），制造成本低，材料綜合性能好。），制造成本低，材料綜合性能好。l4.1、粉末壓制

3、成形過(guò)程粉末壓制成形過(guò)程l粉末壓制是用金屬粉末做成原料，經(jīng)壓制成形后燒粉末壓制是用金屬粉末做成原料，經(jīng)壓制成形后燒結(jié)而制造各種類型的零件和產(chǎn)品的方法。其特點(diǎn)是：結(jié)而制造各種類型的零件和產(chǎn)品的方法。其特點(diǎn)是：l1、能夠生產(chǎn)出其他方法不能或很難制造的制品。、能夠生產(chǎn)出其他方法不能或很難制造的制品。l2、材料的利用率很高，接近、材料的利用率很高，接近100%。l3、粉末冶金法更為經(jīng)濟(jì)。、粉末冶金法更為經(jīng)濟(jì)。l4、粉末冶金適宜于大批量生產(chǎn)的零件。、粉末冶金適宜于大批量生產(chǎn)的零件。l生產(chǎn)技術(shù)流程如下：生產(chǎn)技術(shù)流程如下：l原材料粉末原材料粉末 配混配混 壓制成形壓制成形 燒結(jié)燒結(jié)l添加劑添加劑 制品制品其

4、他處理加工其他處理加工 制品制品l4.1.1金屬粉末的制取及其特性金屬粉末的制取及其特性l1、金屬粉末的制取、金屬粉末的制取l（1）礦物還原法：金屬礦石在一定冶金條件下被還原后，）礦物還原法：金屬礦石在一定冶金條件下被還原后，得到一定形狀和大小的金屬料，然后將金屬料經(jīng)粉碎等處理得到一定形狀和大小的金屬料，然后將金屬料經(jīng)粉碎等處理以獲得粉末。以獲得粉末。l（2）電解法：采用金屬鹽的水溶液電解析出或熔鹽電解析）電解法：采用金屬鹽的水溶液電解析出或熔鹽電解析出金屬顆?；蚝＞d狀金屬塊，再用機(jī)械法進(jìn)行粉碎。出金屬顆粒或海綿狀金屬塊，再用機(jī)械法進(jìn)行粉碎。l（3）霧化法：將熔化的金屬液通過(guò)噴射氣流、水蒸氣或

5、水）霧化法：將熔化的金屬液通過(guò)噴射氣流、水蒸氣或水的機(jī)械力和急冷作用使金屬熔液霧化，而得到的金屬粉末。的機(jī)械力和急冷作用使金屬熔液霧化，而得到的金屬粉末。l（4）機(jī)械粉碎法：鋼球或硬質(zhì)合金球?qū)饘賶K或粒原料進(jìn)）機(jī)械粉碎法：鋼球或硬質(zhì)合金球?qū)饘賶K或粒原料進(jìn)行球磨，適宜于制備一些脆性的金屬粉末，或者經(jīng)過(guò)脆性化行球磨，適宜于制備一些脆性的金屬粉末，或者經(jīng)過(guò)脆性化處理的金屬粉末。處理的金屬粉末。l2、金屬粉末的特性、金屬粉末的特性l（1）化學(xué)成分）化學(xué)成分l（2）顆粒形狀和大?。和ǔ＃哿Ｒ郧驙罨蛄＃╊w粒形狀和大?。和ǔ＃哿Ｒ郧驙罨蛄顬楹?。狀為好。l（3）粒度分布）粒度分布l（4）技術(shù)特征）技術(shù)

6、特征松裝密度松裝密度流動(dòng)性流動(dòng)性壓制性壓制性l4.1.2 粉末配混粉末配混l是根據(jù)產(chǎn)品配料計(jì)算并按特定的粒度分布把各是根據(jù)產(chǎn)品配料計(jì)算并按特定的粒度分布把各種金屬粉末及添加物進(jìn)行充分地混合，此工序種金屬粉末及添加物進(jìn)行充分地混合，此工序通過(guò)混粉機(jī)完成。通過(guò)混粉機(jī)完成。l4.1.3壓制成形壓制成形l1、鋼模壓制：、鋼模壓制：指在常溫下，用機(jī)械式壓力機(jī)或液壓機(jī)，以指在常溫下，用機(jī)械式壓力機(jī)或液壓機(jī)，以一定的比壓將鋼模內(nèi)的松裝粉末成形為壓坯的方法。一定的比壓將鋼模內(nèi)的松裝粉末成形為壓坯的方法。l2、流體等靜壓制：、流體等靜壓制：利用高壓液體同時(shí)從各個(gè)方向?qū)Ψ勰┎睦酶邏阂后w同時(shí)從各個(gè)方向?qū)Ψ勰┎牧鲜?/p>

7、加壓力而成形的方法。料施加壓力而成形的方法。l3、三向壓制：、三向壓制：綜合了單向鋼模壓制和等靜壓制的特點(diǎn)。這綜合了單向鋼模壓制和等靜壓制的特點(diǎn)。這種方法得到的壓坯密度和強(qiáng)度超過(guò)用其他成形方法得到的壓種方法得到的壓坯密度和強(qiáng)度超過(guò)用其他成形方法得到的壓坯。它它適用于成形形狀規(guī)則的零件，如圓柱形、正方形、坯。它它適用于成形形狀規(guī)則的零件，如圓柱形、正方形、長(zhǎng)方形等。長(zhǎng)方形等。l另外，可利用擠壓與軋制直接從粉末狀態(tài)生產(chǎn)擠壓制品或軋另外，可利用擠壓與軋制直接從粉末狀態(tài)生產(chǎn)擠壓制品或軋制新產(chǎn)品，如桿件、棒料等。制新產(chǎn)品，如桿件、棒料等。 l4.1.4壓坯燒結(jié)壓坯燒結(jié)l1、燒結(jié)、燒結(jié)l燒結(jié)過(guò)程在專用的燒

8、結(jié)爐中進(jìn)行，主要技術(shù)因素為燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、燒結(jié)過(guò)程在專用的燒結(jié)爐中進(jìn)行，主要技術(shù)因素為燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、與爐內(nèi)氣氛。與爐內(nèi)氣氛。l2、固相燒結(jié)與液相燒結(jié)、固相燒結(jié)與液相燒結(jié)l固相燒結(jié)指粉粒在高溫下仍然保持固態(tài)。固相燒結(jié)指粉粒在高溫下仍然保持固態(tài)。l液相燒結(jié)指燒結(jié)溫度超過(guò)了其中某種組成粉粒的熔點(diǎn)，高溫下出現(xiàn)固、液相燒結(jié)指燒結(jié)溫度超過(guò)了其中某種組成粉粒的熔點(diǎn)，高溫下出現(xiàn)固、液共存狀態(tài)，燒結(jié)體將更為致密堅(jiān)實(shí)，進(jìn)一步保證了燒結(jié)體品質(zhì)。液共存狀態(tài)，燒結(jié)體將更為致密堅(jiān)實(shí)，進(jìn)一步保證了燒結(jié)體品質(zhì)。l3、燒結(jié)過(guò)程中可能發(fā)生的問(wèn)題、燒結(jié)過(guò)程中可能發(fā)生的問(wèn)題l（1）翹曲：一般是由于燒結(jié)時(shí)沒(méi)有支撐好壓坯，或壓

9、坯體中的密度分）翹曲：一般是由于燒結(jié)時(shí)沒(méi)有支撐好壓坯，或壓坯體中的密度分布不均造成的。布不均造成的。l（2）過(guò)燒：它會(huì)引起翹曲、壓坯脹大或壓坯內(nèi)部晶粒成長(zhǎng)過(guò)大。）過(guò)燒：它會(huì)引起翹曲、壓坯脹大或壓坯內(nèi)部晶粒成長(zhǎng)過(guò)大。l4.1.5燒結(jié)后的其他處理及加工燒結(jié)后的其他處理及加工l1、滲透（熔滲）、滲透（熔滲）l把低熔點(diǎn)金屬或合金滲入到多孔燒結(jié)制品的孔把低熔點(diǎn)金屬或合金滲入到多孔燒結(jié)制品的孔隙中去的方法叫滲透。通過(guò)滲透可獲得致密制隙中去的方法叫滲透。通過(guò)滲透可獲得致密制品，此法也可用于燒結(jié)體的補(bǔ)充處理。品，此法也可用于燒結(jié)體的補(bǔ)充處理。l2、復(fù)壓、復(fù)壓l將燒結(jié)后的粉末壓制件放到壓形模中壓一次，將燒結(jié)后的

10、粉末壓制件放到壓形模中壓一次，叫復(fù)壓。它可起一定的校形作用。叫復(fù)壓。它可起一定的校形作用。l3、粉末金屬鍛造、粉末金屬鍛造l以金屬粉末為原料，先用粉末冶金法制成具有以金屬粉末為原料，先用粉末冶金法制成具有一定形狀和尺寸的預(yù)成形坯，然后將預(yù)成形坯一定形狀和尺寸的預(yù)成形坯，然后將預(yù)成形坯加熱后置于鍛模中鍛成所需零件的方法。加熱后置于鍛模中鍛成所需零件的方法。l4、精壓、精壓l對(duì)于某些制品，為了嚴(yán)格保證其尺寸精度，及對(duì)于某些制品，為了嚴(yán)格保證其尺寸精度，及進(jìn)一步提高密度，常在燒結(jié)后進(jìn)行鍛造或沖壓進(jìn)一步提高密度，常在燒結(jié)后進(jìn)行鍛造或沖壓整形的工序。整形的工序。l5、其他后續(xù)處理、其他后續(xù)處理l（1）壓

11、制）壓制+燒結(jié)燒結(jié)l（2）壓制）壓制+燒結(jié)燒結(jié)+復(fù)壓復(fù)壓l（3）壓制）壓制+預(yù)燒結(jié)預(yù)燒結(jié)+精壓精壓+燒結(jié)燒結(jié)l（4）壓制）壓制+預(yù)燒結(jié)預(yù)燒結(jié)+精壓精壓+燒結(jié)燒結(jié)+復(fù)壓復(fù)壓l4.2 粉末壓制產(chǎn)品及應(yīng)用粉末壓制產(chǎn)品及應(yīng)用l4.2.1粉末壓制機(jī)械結(jié)構(gòu)零件粉末壓制機(jī)械結(jié)構(gòu)零件l粉末壓制機(jī)械結(jié)構(gòu)零件又稱粉末壓制機(jī)械結(jié)構(gòu)零件又稱燒結(jié)結(jié)構(gòu)件燒結(jié)結(jié)構(gòu)件，這類，這類制品在粉末冶金工業(yè)中產(chǎn)量最大、應(yīng)用面最廣。制品在粉末冶金工業(yè)中產(chǎn)量最大、應(yīng)用面最廣。在汽車工業(yè)中廣泛采用粉末壓制制造零件。在汽車工業(yè)中廣泛采用粉末壓制制造零件。l4.2.2 粉末壓制軸承材料粉末壓制軸承材料l1、多孔含油軸承材料、多孔含油軸承材料l是

12、一種利用粉末壓制材料制作的多孔性浸滲潤(rùn)滑油的是一種利用粉末壓制材料制作的多孔性浸滲潤(rùn)滑油的減磨材料，用作軸承、襯套等。常用的有鐵石墨和減磨材料，用作軸承、襯套等。常用的有鐵石墨和青銅石墨含油軸承材料。青銅石墨含油軸承材料。l2、金屬塑料減磨材料、金屬塑料減磨材料l這是一種具有良好綜合性能的無(wú)油潤(rùn)滑減磨材料。這這是一種具有良好綜合性能的無(wú)油潤(rùn)滑減磨材料。這種材料的特點(diǎn)是工作時(shí)不需潤(rùn)滑油，有較寬的工作溫種材料的特點(diǎn)是工作時(shí)不需潤(rùn)滑油，有較寬的工作溫度范圍。度范圍。l4.2.3 多孔性材料及摩擦材料多孔性材料及摩擦材料l1、多孔性材料、多孔性材料l多孔性材料制品有過(guò)濾器、熱交換器、觸媒以及一多孔性材

13、料制品有過(guò)濾器、熱交換器、觸媒以及一些滅火裝置等。過(guò)濾器是最典型的制品，主要用來(lái)些滅火裝置等。過(guò)濾器是最典型的制品，主要用來(lái)過(guò)濾燃料油、交換空氣、以及化學(xué)工業(yè)上過(guò)濾液體過(guò)濾燃料油、交換空氣、以及化學(xué)工業(yè)上過(guò)濾液體與氣體等。常使用的粉料有青銅、鎳、不銹鋼等。與氣體等。常使用的粉料有青銅、鎳、不銹鋼等。l2、摩擦材料、摩擦材料l摩擦材料用來(lái)制作剎車片、離合器片等，用于制動(dòng)摩擦材料用來(lái)制作剎車片、離合器片等，用于制動(dòng)與傳遞扭矩。與傳遞扭矩。l粉末摩擦材料主要分為粉末摩擦材料主要分為銅基銅基與與鐵基鐵基兩大類。兩大類。l4.2.4 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金l硬質(zhì)合金是將一些難熔的金屬碳化物和金屬粘結(jié)劑硬質(zhì)合金

14、是將一些難熔的金屬碳化物和金屬粘結(jié)劑粉末混合，壓制成形，并經(jīng)燒結(jié)而成的一類粉末壓粉末混合，壓制成形，并經(jīng)燒結(jié)而成的一類粉末壓制制品。硬質(zhì)合金制制品。硬質(zhì)合金硬度高、熱硬性好，耐磨性好硬度高、熱硬性好，耐磨性好，用硬質(zhì)合金制作刀具，壽命可提高用硬質(zhì)合金制作刀具，壽命可提高58倍，切削速倍，切削速度比高速鋼高十幾倍。但由于硬質(zhì)合金硬度太高且度比高速鋼高十幾倍。但由于硬質(zhì)合金硬度太高且又較脆，很難進(jìn)行機(jī)械加工因而，常將硬質(zhì)合金制又較脆，很難進(jìn)行機(jī)械加工因而，常將硬質(zhì)合金制成一定規(guī)格的刀片，鑲焊或裝夾在刀體上使用。硬成一定規(guī)格的刀片，鑲焊或裝夾在刀體上使用。硬質(zhì)合金還廣泛用于制作模具、量具和耐磨零件等

15、。質(zhì)合金還廣泛用于制作模具、量具和耐磨零件等。l硬質(zhì)合金有三類：硬質(zhì)合金有三類：l1、鎢鈷類、鎢鈷類(YG)：主要組成為碳化鎢和鈷，有較好的強(qiáng)：主要組成為碳化鎢和鈷，有較好的強(qiáng)度和韌度，適宜制作切削脆性材料的刀具。含鈷越高，度和韌度，適宜制作切削脆性材料的刀具。含鈷越高，強(qiáng)度和韌度越好，而硬度、耐磨性降低，因此，一般多強(qiáng)度和韌度越好，而硬度、耐磨性降低，因此，一般多用作粗加工。用作粗加工。l2、鎢鈷鈦類、鎢鈷鈦類(YT)：主要組成為碳化鎢、碳化鈦和鈷。：主要組成為碳化鎢、碳化鈦和鈷。此類硬質(zhì)合金含有比碳化鎢更硬的碳化鈦，因而硬度高，此類硬質(zhì)合金含有比碳化鎢更硬的碳化鈦，因而硬度高，熱硬性也較好

16、，故適宜制作切削高韌度鋼材的刀具。同熱硬性也較好，故適宜制作切削高韌度鋼材的刀具。同樣含鈷量較高的用作粗加工。樣含鈷量較高的用作粗加工。l3、鎢鉭類、鎢鉭類(YW)：主要組成為碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭：主要組成為碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭和鈷。其特點(diǎn)是抗彎強(qiáng)度高。這類硬質(zhì)合金制作的刀具和鈷。其特點(diǎn)是抗彎強(qiáng)度高。這類硬質(zhì)合金制作的刀具用于加工不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼等難加工的材料。用于加工不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼等難加工的材料。l4.2.5粉末壓制鋼結(jié)硬質(zhì)合金及高速鋼粉末壓制鋼結(jié)硬質(zhì)合金及高速鋼l1、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金l其主要特點(diǎn)是：其主要特點(diǎn)是：l（1）合金的基本組成是碳化物加合金鋼。）合金的基

17、本組成是碳化物加合金鋼。l（2）具有一定的鍛造、焊接、熱處理及機(jī)械加）具有一定的鍛造、焊接、熱處理及機(jī)械加工等技術(shù)性能。工等技術(shù)性能。l（3）在力學(xué)性能上不僅保持了合金鋼和硬質(zhì)合）在力學(xué)性能上不僅保持了合金鋼和硬質(zhì)合金的基本特性，且還有不同程度的發(fā)展。金的基本特性，且還有不同程度的發(fā)展。l2、粉末壓制高速鋼、粉末壓制高速鋼l高速鋼是一種用量較大的工具鋼，高速鋼的含碳量高速鋼是一種用量較大的工具鋼，高速鋼的含碳量尤其是合金元素含量較高，屬于萊氏體鋼，其分布尤其是合金元素含量較高，屬于萊氏體鋼，其分布極不均勻且粗大。即使經(jīng)過(guò)熱軋或鍛造后，碳化物極不均勻且粗大。即使經(jīng)過(guò)熱軋或鍛造后，碳化物的偏析及不

18、均勻度仍然較嚴(yán)重，這對(duì)高速鋼的使用的偏析及不均勻度仍然較嚴(yán)重，這對(duì)高速鋼的使用性能與技術(shù)性能帶來(lái)不良影響。性能與技術(shù)性能帶來(lái)不良影響。l生產(chǎn)粉末壓制高速鋼粉粒的方法主要是霧化法。通生產(chǎn)粉末壓制高速鋼粉粒的方法主要是霧化法。通過(guò)粉末壓制過(guò)程生產(chǎn)的粉末高速鋼坯料可進(jìn)行鍛造，過(guò)粉末壓制過(guò)程生產(chǎn)的粉末高速鋼坯料可進(jìn)行鍛造，以改變外形尺寸并適當(dāng)?shù)靥岣呙芏?。以改變外形尺寸并適當(dāng)?shù)靥岣呙芏取4.2.6 耐熱材料及其它材料耐熱材料及其它材料l1、難熔金屬耐熱材料、難熔金屬耐熱材料l難熔金屬耐熱材料是指熔點(diǎn)越過(guò)難熔金屬耐熱材料是指熔點(diǎn)越過(guò)2000度以上的金屬。這些金度以上的金屬。這些金屬常用還原法或從其他冶金方法得到金屬粉末。屬常用還原法或從其他冶金方法得到金屬粉末。l2、耐熱合金材料、耐熱合金材料l以鈷鎳鐵等為基的耐熱合金材料由于機(jī)加工比較困難，金屬以鈷鎳鐵等為基的耐熱合金材料由于機(jī)加工比較困難