粉末冶金及其成型-課件

第五章粉末冶金及其成型粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過(guò)成型和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金材料具有傳統(tǒng)熔鑄工藝所無(wú)法獲得的獨(dú)特的化學(xué)組成和物理、力學(xué)性能第五章粉末冶金及其成型粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末第五章粉末冶金及其成型常用粉末冶金材料：（1）粉末冶金減摩材料。通過(guò)在材料孔隙中浸潤(rùn)滑油或在材料成分中加減摩劑或固體潤(rùn)滑劑制得。廣泛用于制造軸承、支承襯套或作端面密封等。

（2）粉末冶金多孔材料。又稱多孔燒結(jié)材料。材料內(nèi)部孔道縱橫交錯(cuò)、互相貫通，一般有30％～60％的體積孔隙度，孔徑1～100微米。透過(guò)性能和導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好，耐高溫、低溫，抗熱震，抗介質(zhì)腐蝕。用于制造過(guò)濾器、多孔電極、滅火裝置、防凍裝置等。

（3）粉末冶金結(jié)構(gòu)材料。又稱燒結(jié)結(jié)構(gòu)材料。能承受拉伸、壓縮、扭曲等載荷，并能在摩擦磨損條件下工作。第五章粉末冶金及其成型常用粉末冶金材料：第五章粉末冶金及其成型（4）粉末冶金工模具材料。包括硬質(zhì)合金、粉末冶金高速鋼等。后者組織均勻，晶粒細(xì)小，沒(méi)有偏析，比熔鑄高速鋼韌性和耐磨性好，熱處理變形小，使用壽命長(zhǎng)?？捎糜谥圃烨邢鞯毒?、模具和零件的坯件。

（5）粉末冶金電磁材料。包括電工材料和磁性材料。用于制造各種轉(zhuǎn)換、傳遞、儲(chǔ)存能量和信息的磁性器件。

（6）粉末冶金高溫材料。包括粉末冶金高溫合金、難熔金屬和合金、金屬陶瓷、彌散強(qiáng)化和纖維強(qiáng)化材料等。用于制造高溫下使用的渦輪盤、噴嘴、葉片及其他耐高溫零部件。第五章粉末冶金及其成型（4）粉末冶金工模具材料。包括硬第五章粉末冶金及其成型能夠大量節(jié)約材料、無(wú)切削、少切削，普通鑄造合金切削量在30-50%，粉末冶金產(chǎn)品可少于5%。能夠大量節(jié)省能源能夠大量節(jié)省勞動(dòng)能夠制備其他方法不能制備的材料能夠制備其他方法難以生產(chǎn)的零部件粉末冶金技術(shù)的優(yōu)越性與局限性：第五章粉末冶金及其成型能夠大量節(jié)約材料、無(wú)切削、少切削，第五章粉末冶金及其成型粉末冶金技術(shù)的主要應(yīng)用：汽車動(dòng)力系統(tǒng)：第五章粉末冶金及其成型粉末冶金技術(shù)的主要應(yīng)用：汽車動(dòng)力第五章粉末冶金及其成型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用粉末燒結(jié)鋼零件第五章粉末冶金及其成型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用粉末燒結(jié)鋼零件第五章粉末冶金及其成型汽車變速器系統(tǒng)用粉末燒結(jié)鋼件:第五章粉末冶金及其成型汽車變速器系統(tǒng)用粉末燒結(jié)鋼件:第五章粉末冶金及其成型齒輪保持架(Ford)第五章粉末冶金及其成型齒輪保持架(Ford)溫壓成型連桿：溫壓成型連桿：不銹鋼注射成形件不銹鋼注射成形件第五章粉末冶金及其成型硬質(zhì)合金刀具：第五章粉末冶金及其成型硬質(zhì)合金刀具：第五章粉末冶金及其成型鐵基結(jié)構(gòu)合金的高精度﹑高質(zhì)量﹑大數(shù)量產(chǎn)品。致密高性能材料，主要是理想的密度和牢固性難加工材料的制造，全密度具有統(tǒng)一微觀結(jié)構(gòu)的高性能合金。特殊合金，主要為包含有多相的組分，通過(guò)增強(qiáng)密度的工藝來(lái)制造。.非平衡材料的合成非晶，微晶和亞穩(wěn)合金。具有獨(dú)特組分或不常用形狀的特殊附件的工藝。

粉末冶金未來(lái)

Thefutureofthepowdermetllurgy第五章粉末冶金及其成型鐵基結(jié)構(gòu)合金的高精度﹑高質(zhì)量﹑大數(shù)5.1粉末冶金基礎(chǔ)5.1.1金屬粉末的性能1.化學(xué)成分氧化物:通常，金屬粉末的氧化物含量越少越好氣體雜質(zhì)：氧、氫、一氧化碳及氮;真空脫氣處理2、物理性能材料熔點(diǎn),比熱,電學(xué),磁學(xué),光學(xué)性質(zhì),顆粒形狀、大小和粒度組成比表面積顆粒密度顯微硬度5.1粉末冶金基礎(chǔ)5.1.1金屬粉末的性能球形,針形,樹(shù)枝形,粒狀,片形,瘤狀,多角形,海綿形,不規(guī)則形球形,針形,樹(shù)枝形,粒狀,片形,瘤狀,多角形,海綿形,不規(guī)則顆粒形狀:顆粒形狀與制粉方法和制粉工藝相關(guān)球形粉末-霧化法Sphericalpowders多孔粉末-還原法Porouspowders樹(shù)枝狀粉末-電解法Dendritepowders片狀粉末-研磨法Platepowders顆粒形狀:顆粒形狀與制粉方法和制粉工藝相關(guān)5.1.1金屬粉末的性能松裝密度流動(dòng)性壓縮性成形性3.工藝性能5.1.1金屬粉末的性能松裝密度3.工藝性能5.1.1金屬粉末的性能3.1松裝密度apparentdensity1)Definition:單位體積內(nèi)自由松裝粉末體的質(zhì)量g/cm32）意義:自動(dòng)壓制容積法3）測(cè)量方法:流量法，粉末自由落下4）影響因素:

particleshape，size，andsurfaceconditions，components

5.1.1金屬粉末的性能3.1松裝密度appare松裝密度測(cè)定裝置一(a)裝配圖(b)流速漏斗

(c)量杯

松裝密度測(cè)定裝置一(a)裝配圖(b)流速漏斗(c)a、粒度:粒度小，松裝密度小還原鐵粉

d(um)65168g/cm30.972.193.03電解鐵粉d(um)536378g/cm32.052.563.32b、顆粒形狀形狀復(fù)雜松裝密度小粉末形狀影響松裝密度，從大到小排列

球形粉＞類球形＞不規(guī)則形＞樹(shù)枝形sphere-similarsphere-irregular-dentriticala、粒度:粒度小，松裝密度小c、表面粗糙Surfacecoarsed、粒度分布Particlesizedistribution

1細(xì)分比率增加，松裝密度減小;2粗粉中加入適量的細(xì)粉，松裝密度增大;如球形不銹鋼粉

-100＋15010080604020－32520406080100d松4.54.95.24.84.64.3c、表面粗糙Surfacecoarse3.2流動(dòng)性Flowability定義：一定量粉末(50g)流經(jīng)漏斗所需的時(shí)間：sec./50gram意義：影響壓制操作的自動(dòng)裝粉盒壓件密度均勻性影響因素:顆粒間的摩擦形狀復(fù)雜，表面粗糙，流動(dòng)性差理論密度增加，比重大，流動(dòng)性增加粒度組成，細(xì)粉增加,流動(dòng)性差5.1.1金屬粉末的性能3.2流動(dòng)性Flowability5.1.1金屬流動(dòng)性采用前述測(cè)松裝密度的漏斗來(lái)測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)漏斗（又稱流速計(jì)）是用150目金剛砂粉末，在40s內(nèi)流完50g來(lái)標(biāo)的;采用粉末自然堆積角試驗(yàn)測(cè)定流動(dòng)性。粉末通過(guò)一粗篩網(wǎng)自然流下并堆積在直徑為1inch.的圓板上;當(dāng)粉末堆滿圓板后，以粉末錐的高度衡量流動(dòng)性;粉末錐的底角稱為naturalangleofrepos。錐越高或自然堆積角越大，則表示粉末的流動(dòng)性越差；反之則流動(dòng)性越好。如果粉末的相對(duì)密度不變，顆粒密度越高，流動(dòng)性越好；5.1.1金屬粉末的性能流動(dòng)性采用前述測(cè)松裝密度的漏斗來(lái)測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)漏斗（又稱流速計(jì)同松裝密度一樣，流動(dòng)性受顆粒間粘附作用的影響，因此，顆粒表面吸附水分、氣體,加入成形劑減低粉末的流動(dòng)性;流動(dòng)性直接影響壓制過(guò)程自動(dòng)裝粉和壓件密度的均勻性，自動(dòng)壓制工藝中必須考慮的重要工藝性能---制粒工序,改善流動(dòng)性;

同松裝密度一樣，流動(dòng)性受顆粒間粘附作用的影響，因此，顆粒表面3.3壓縮性Compressiveability1)定義:

粉末被壓緊的能力，表示方法是：在恒定壓力下（30t/inch2）粉末壓坯的密度2)意義:壓坯密度，最終燒結(jié)密度和性能。3)影響因素:a顆粒塑性，顯微硬度b顆粒形貌：不規(guī)則的顆粒壓縮性差c密度減少時(shí)（空隙增加）壓縮性差d合金元素或非金屬夾雜時(shí)，會(huì)降低粉末的壓縮性5.1.1金屬粉末的性能3.3壓縮性Compressiveability5.3.4成型性Formationability定義:粉末壓制后，壓坯保持既定形狀的能力用壓坯強(qiáng)度表示意義:壓坯加工能力，加工形狀復(fù)雜零件的可能性影響因素:顆粒之間的嚙合與間隙a不規(guī)則顆粒，顆粒間連接力強(qiáng),成型性好b顆粒越小，成型性越好;

與壓縮性影響后果相反,必須綜合考慮5.1.1金屬粉末的性能3.4成型性Formationability5.1.5.1.2粉末制備方法

機(jī)械法：通過(guò)機(jī)械破碎、研磨或氣流研磨方法將大塊材料或粗大顆粒細(xì)化的方法。

物理法：采用蒸發(fā)凝聚成粉或液體霧化的方法使材料的聚集狀態(tài)發(fā)生改變，獲得粉末。

化學(xué)法：依靠化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，生成新的粉態(tài)物質(zhì)。5.1.2粉末制備方法機(jī)械法：通過(guò)機(jī)械破碎、研磨或氣5.1.2粉末制備方法5.1.2粉末制備方法5.1.2粉末制備方法機(jī)械法5.1.2粉末制備方法機(jī)械法5.1.2粉末制備方法滾筒式行星式振動(dòng)式攪動(dòng)式機(jī)械法：球磨法5.1.2粉末制備方法滾筒式行星式振動(dòng)式攪動(dòng)式機(jī)械法：球滾筒式球磨：滾筒式球磨：振動(dòng)球磨:振動(dòng)球磨:5.1.2粉末制備方法霧化法霧化聚并凝固外力沖擊相互接觸冷卻5.1.2粉末制備方法霧化法霧化聚并凝固外力沖擊相互接觸

金屬或合金先由電阻爐或感應(yīng)電爐融化，再注入金屬液中間包內(nèi)。金屬液由上方孔流出時(shí)液流與沿一定角度高速射擊的氣體或水相遇，然后被擊碎成小液滴，隨著液滴與氣體或水流的混合流動(dòng)，液滴的熱量被霧化介質(zhì)迅速帶走，使液滴在很短的時(shí)間內(nèi)凝固成為粉末顆粒。金屬或合金先由電阻爐或感應(yīng)電爐融化，再注入金氣霧化和水霧化的區(qū)別粉末形狀：氣霧化容易獲得球形粉末。水霧化獲得粉末表面張力較小的呈土豆?fàn)罨虿灰?guī)則形狀，只有那些表面張力較大的合金，例如鎳基合金，才能得到球形合金粉末。化學(xué)成分：不論是采用水霧化還是采用氣霧化，制作出的合金粉末的化學(xué)成份不會(huì)因?yàn)橹谱鞣椒ǖ牟煌a(chǎn)生差異。金相組織：采用氣霧化制作的合金粉末，合金的過(guò)冷度要比采用水霧化制作的小許多，所以相同的化學(xué)成份，采用不同的霧化方法制出的合金粉末的金相組織會(huì)不一樣。氣霧化和水霧化的區(qū)別粉末形狀：氣霧化容易獲得球形粉末。水霧化5.1.2粉末制備方法氣霧化顆粒形貌水霧化銅粉顆粒形貌5.1.2粉末制備方法氣霧化顆粒形貌水霧化銅粉顆粒形貌5.1.2粉末制備方法蒸汽冷凝法5.1.2粉末制備方法蒸汽冷凝法5.1.2粉末制備方法氣相氫還原還原劑----氫氣氣相金屬熱還原還原劑----低熔點(diǎn)、低沸點(diǎn)的金屬（Mg、Ca、Na…）

氣相還原法碳還原法5.1.2粉末制備方法氣相氫還原還原劑--被還原物料還原劑舉例備注固體固體固體固體氣體熔體FeO+C→Fe+COWO3+3H2→W+3H2OThO2+2Ca→Th+2CaO固體碳還原氣體還原金屬熱還原氣體氣體氣體固體氣體熔體——WCl6+3H2→W+6HClTiCl4+2Mg→Ti+2MgCl2

——?dú)庀鄽溥€原氣相金屬熱還原溶液溶液熔鹽固體氣體熔體CuSO4+Fe→Cu+FeSO4

Me(NH3)nSO4+H2→Me+(NH4)2SO4+(n-2)NH3ZrCl4+KCl+Mg→Zr+產(chǎn)物置換溶液氫還原金屬熱還原被還原物料還原劑舉例備注固體5.1.3金屬粉末的預(yù)處理1、退火還原氧化物消除加工硬化鈍化金屬，防止自燃消除雜質(zhì)，提高純度2、篩分：把顆粒大小不勻的原始粉末進(jìn)行分級(jí)，使粉末能夠按照粒度分成大小范圍更窄的若干等級(jí)。5.1.3金屬粉末的預(yù)處理1、退火5.1.3金屬粉末的預(yù)處理3、制粒：將小顆粒的粉末制成大顆?；驁F(tuán)粒的工序，常用來(lái)改善粉末的流動(dòng)性。4、混合：將兩種或兩種以上不同成分的粉末均勻混合的過(guò)程。有時(shí)需將成分相同而粒度不同的粉末進(jìn)行混合，稱為合批。（1）機(jī)械法（2）化學(xué)法：潤(rùn)滑劑或成形劑，造孔劑5.1.3金屬粉末的預(yù)處理3、制粒：將小顆粒的粉末制成大5.2粉末冶金工藝過(guò)程原料粉末其它添加劑熱壓松裝燒結(jié)粉漿燒注混合壓制等靜壓制軋制擠壓燒結(jié)燒結(jié)浸適熱處理電鍍預(yù)燒結(jié)高溫?zé)Y(jié)復(fù)壓鍛打復(fù)燒拉絲燒縮精整鍛造軋制擠壓燒結(jié)（浸油）熱處理粉末冶金成品5.2粉末冶金工藝過(guò)程原料粉末其它添加劑熱壓松裝燒結(jié)粉漿5.2.1金屬粉末壓制成型主要功能：（1）將粉末成形為所要求的形狀；（2）賦予坯體以精確的幾何形狀與尺寸，應(yīng)考慮燒結(jié)時(shí)的尺寸變化；（3）賦予坯體要求的孔隙度和孔隙類型；（4）賦予坯體以適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，以便搬運(yùn)。

5.2.1金屬粉末壓制成型主要功能：5.2.1金屬粉末壓制成型封閉鋼模壓制成型工序組成：稱粉、裝粉、壓制、保壓及脫模。（1）稱粉與裝粉自動(dòng)裝粉方式a）落入法b）吸入法c）多余充填法5.2.1金屬粉末壓制成型封閉鋼模壓制成型自動(dòng)裝粉方式5.2.1金屬粉末壓制成型基本壓制方式a)單向壓制b)雙向壓制c)浮動(dòng)壓制（2）壓制5.2.1金屬粉末壓制成型基本壓制方式（2）壓制5.2.1金屬粉末壓制成型壓制過(guò)程可分為四個(gè)階段：①粉末顆粒移動(dòng)，孔隙減小，顆粒間相互擠緊；②粉末擠緊，小顆粒填入大顆粒間隙中，顆粒開(kāi)始有變形；③粉末顆粒表面的凹凸部分被壓緊且嚙合成牢固接觸狀態(tài)；④粉末顆粒加工硬化到了極限狀態(tài)，進(jìn)一步增高壓力，粉末顆粒被破壞和結(jié)晶細(xì)化。5.2.1金屬粉末壓制成型壓制過(guò)程可分為四個(gè)階段：5.2.1金屬粉末壓制成型5.2.1金屬粉末壓制成型5.2.1金屬粉末壓制成型壓坯密度的均勻性

a.垂直截面上，上層密度大于下層密度；b.水平截面上，接近上模沖斷面上，兩側(cè)大中間??；遠(yuǎn)離上模沖斷面上，中間大兩側(cè)小；c.壓坯底部的邊緣密度低。5.2.1金屬粉末壓制成型壓坯密度的均勻性5.2.1金屬粉末壓制成型影響壓坯密度分布的因素

a.壓制壓力：靜壓力+壓力損失；b.壓力損失時(shí)壓坯密度分布不均的主要原因；c.高度越高，密度差越大；直徑越大，密度差越??；d.改善模壁的光潔度，加潤(rùn)滑劑e.雙向壓制。5.2.1金屬粉末壓制成型影響壓坯密度分布的因素5.2.1金屬粉末壓制成型壓坯密度與影響因素的關(guān)系a.隨壓制壓力的增高而增大；b.隨粉末的粒度或松裝密度的增大而增大；c.顆粒的強(qiáng)度和硬度降低，有利于提高壓坯密度；d.降低壓制速度，提高壓坯密度。5.2.1金屬粉末壓制成型壓坯密度與影響因素的關(guān)系5.2.1金屬粉末壓制成型（3）脫模脫模力彈性后效5.2.1金屬粉末壓制成型（3）脫模5.2.2燒結(jié)定義：壓坯置于基體金屬熔點(diǎn)以下溫度（約0.7~0.8T，單位K）加熱保溫，粉末顆粒之間產(chǎn)生原子擴(kuò)散、固溶、化合和熔接，致使壓坯收縮并強(qiáng)化，這一過(guò)程稱為燒結(jié)。目的：依靠熱激活作用，原子發(fā)生遷移，粉末顆粒形成冶金結(jié)合；提高燒結(jié)體的強(qiáng)度。原理：粉末在熱激活狀態(tài)下，表面能降低，導(dǎo)致空隙減小，密度增大，強(qiáng)度增加。影響因素：燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、加熱和冷卻速度5.2.2燒結(jié)定義：壓坯置于基體金屬熔點(diǎn)以下溫度（約0.5.2.2燒結(jié)水分或有機(jī)物的蒸發(fā)或揮發(fā)，吸附氣體的排除，應(yīng)力的消除，粉末顆粒表面氧化物的還原；原子間擴(kuò)散，粘性流動(dòng)和塑性流動(dòng)，顆粒間的接觸面增大，發(fā)生再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大等；出現(xiàn)液相時(shí)，還可能有固相的溶解和重結(jié)晶。5.2.2燒結(jié)水分或有機(jī)物的蒸發(fā)或揮發(fā)，吸附氣體的排除，5.2.3后處理1．浸漬利用燒結(jié)件多孔性的毛細(xì)現(xiàn)象浸入各種液體。潤(rùn)滑、提高強(qiáng)度和防腐能力、為了表面保護(hù)。2．表面冷擠壓提高零件的尺寸精度和減小表面粗糙度。3．切削加工橫槽、橫孔，以及軸向尺寸精度高的面等。4．熱處理可提高鐵基制品的強(qiáng)度和硬度。5．表面保護(hù)處理對(duì)用于儀表、軍工及有防腐要求的粉末冶金制品很重要。5.2.3后處理1．浸漬利用燒結(jié)件多孔性的毛細(xì)現(xiàn)象浸5.3粉末冶金新工藝1、等靜壓成形

借助高壓泵的作用把流體介質(zhì)（氣體或液體）壓入耐高壓的鋼體密封容器內(nèi)，高壓流體的等靜壓壓力直接作用于彈性模套內(nèi)的粉末上，使粉體各個(gè)方向同時(shí)均衡受壓，而獲得密度分布均勻以及強(qiáng)度較高的壓坯。5.3粉末冶金新工藝1、等靜壓成形5.3粉末冶金新工藝2、爆炸成形利用炸藥爆炸時(shí)產(chǎn)生的瞬間高沖擊波壓力，作用于粉體進(jìn)行成形的工藝?？杉庸て胀▔褐坪蜔Y(jié)工藝難以成形的材料，如難熔金屬、高合金材料等，還可壓制普通壓力無(wú)法壓制的大型壓坯。

5.3粉末冶金新工藝2、爆炸成形5.3粉末冶金新工藝3、擠壓成形5.3粉末冶金新工藝3、擠壓成形5.3粉末冶金新工藝4、粉末軋制5.3粉末冶金新工藝4、粉末軋制5.3粉末冶金新工藝5、粉漿澆注成型金屬粉末在不施加外力的情況下成形的，即將粉末加水或其它液體及懸浮劑調(diào)制成粉漿，再注入石膏模內(nèi)，利用石膏模吸取水分使之干燥后成形。

5.3粉末冶金新工藝5、粉漿澆注成型5.3粉末冶金新工藝6、粉末注射成形把粉料與熱塑性樹(shù)脂等有機(jī)物混