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文檔簡介
主講:李赫亮粉末冶金學主講:李赫亮粉末冶金學1緒論1粉末的制取2粉末的性能及其測定3成形4燒結5粉末冶金材料和制品6粉末冶金中的安全知識目錄緒論目錄21、定義
粉末冶金是一種制取金屬粉末,以及采用成形和燒結工藝將金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)制成制品的工藝技術。粉末冶金法與生產(chǎn)陶瓷有相似的地方,因此也叫金屬陶瓷法。緒論1、定義3定義粉末冶金是將粉末狀的金屬、合金或某些非金屬按一定比例混合后裝入模腔內(nèi)壓制成形,再經(jīng)過燒結和精整成為機械零件的一種少無切削加工方法。粉末冶金是用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料,經(jīng)過成形和燒結制造金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工藝過程。誠樸求是博學篤行定義粉末冶金是將粉末狀的金屬、合金或某些非金屬按一定比例混合4金屬粉末硬質(zhì)合金粉末二氧化鈦納米粉末誠樸求是博學篤行金屬粉末硬質(zhì)合金粉末二氧化鈦納米粉末誠樸求是博學篤行5粉末冶金制品誠樸求是博學篤行粉末冶金制品誠樸求是博學篤行6粉末冶金制品誠樸求是博學篤行粉末冶金制品誠樸求是博學篤行7粉末冶金制品誠樸求是博學篤行粉末冶金制品誠樸求是博學篤行8粉末冶金制品誠樸求是博學篤行粉末冶金制品誠樸求是博學篤行92、粉末冶金工藝
2、粉末冶金工藝10誠樸求是博學篤行2、粉末制品生產(chǎn)示意圖
誠樸求是博學篤行2、粉末制品生產(chǎn)示意圖11
粉末冶金的生產(chǎn)流程流程1:制粉、混粉、壓制/成型壓機、燒結/燒結爐、精整、后處理流程2:制粉、混粉、壓制/成型壓機、燒結/燒結爐、精整、再燒結、精整、后處理流程1是通常人們所采用的方法。流程2是針對零件密度、尺寸等條件要求高的產(chǎn)品。粉末冶金的生產(chǎn)流程流程1:制粉、混粉、壓制/成型壓機、燒結121、原料粉末的制取和準備。2、將金屬粉末制成所需形狀的坯塊。3、坯塊的燒結。4、產(chǎn)品的后處理。一般情況下,燒結好的制件可直接使用。對于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件還要進行燒結后處理。后處理包括精壓、滾壓、擠壓、淬火、表面淬火、浸油、及熔滲等。粉末冶金工藝1、原料粉末的制取和準備。粉末冶金工藝133、發(fā)展簡史誠樸求是博學篤行粉末冶金方法起源于公元前三千多年。埃及人已經(jīng)使用鐵粉。制造鐵的第一個方法實質(zhì)上采用的就是粉末冶金方法。公元300年,印度的德里柱是用大約6.5噸還原鐵粉制成的。3、發(fā)展簡史誠樸求是博學篤行粉末冶金方法起源于公元前三千多14德里柱又被稱為阿育王柱,位于印度德里奎瓦吐勒清真寺中庭,是印度極富盛名的古跡。德里鐵柱的地面高度為7.2米、直徑1.12米,地下部分長2米,總重量估計約10噸。材質(zhì)為純度高達98.72%的熟鐵,以鍛焊技術鑄成。標志了印度古代鑄鐵工藝的高度水平。德里柱又被稱為阿育王柱,位于印度德里奎瓦吐勒清真寺中庭,是15德里柱表面上刻的碑文德里柱最早是耆那教神廟建筑群,27座神廟之中某間房屋的一根柱子。十三世紀初,神廟全部被毀,并將拆毀后的材料,拿來興建宮殿與清真寺。德里鐵柱是剩余的建材,因此被移到現(xiàn)址。在印度的達哈、辛哈勒斯、克那拉克都發(fā)現(xiàn)豎有相同技術的古鐵柱德里柱表面上刻的碑文德里柱最早是耆那教神廟建筑群,27座神廟16德里鐵柱少有銹蝕的原因其一:材質(zhì)為純度高達百分之98.72,現(xiàn)代技術能以鐵合金的方法來達到99.997%以上;其二:鐵柱有磷成分,可以很好的與空氣形成致密氧化層,所以只有少許鐵銹。其三:當?shù)厝硕ㄆ谕坑捅pB(yǎng);其四:當?shù)靥鞖飧稍?。德里鐵柱少有銹蝕的原因其一:材質(zhì)為純度高達百分之98.72,17近代粉末冶金技術的發(fā)展近代粉末冶金技術的發(fā)展18第一個重要的標志克服了難熔金屬(如鎢、鉬等)熔鑄過程中產(chǎn)生的困難。在18世紀,粉末冶金技術才開始得到了真正的有價值的應用。在俄、英等國曾以工場規(guī)模制取海綿鉑粒,經(jīng)過熱壓、鍛和模壓、燒結等工藝制造錢幣和貴重器物。1909年,庫利奇發(fā)明用粉末冶金方法制造燈泡用鎢絲,奠定了現(xiàn)代粉末冶金的基礎。1923年硬質(zhì)合金的出現(xiàn)被譽為機械加工中的革命。第一個重要的標志克服了難熔金屬(如鎢、鉬等)熔鑄過程中產(chǎn)生的19第二個重要的標志本世紀30年代用粉末冶金方法制取多孔含油軸承取得成功。多孔含油軸承在汽車、紡織、航空等工業(yè)上得到了廣泛的應用。旋渦研磨鐵粉和碳還原鐵粉問世后,用粉末冶金法制造鐵基機械零件獲得了很快的發(fā)展,充分發(fā)揮了粉末冶金少切削甚至無切削的優(yōu)點。第二個重要的標志本世紀30年代用粉末冶金方法制取多孔含油軸承20多孔含油軸承(PorousBearing)利用燒結體的多孔性,使之含浸10%~40%(體積分數(shù))潤滑油,于自行供油狀態(tài)下使用。運轉時,軸承溫度升高,由于油的膨脹系數(shù)比金屬大,因而自動進入滑動表面以潤滑軸承,停止工作時油又隨溫度下降被吸回孔隙。分為銅基、鐵基、銅鐵基等。多孔含油軸承(PorousBearing)利用燒結體的多孔21第三個重要的標志向更高等級的新材料新工藝發(fā)展。四十年代,出現(xiàn)金屬陶瓷、彌散強化等材料;六十年代末至七十年代初,粉末高速鋼、粉末高溫合金相繼出現(xiàn);利用粉末冶金鍛造及熱等靜壓已能制造高強度的零件。粉末冶金技術發(fā)展迅速,新的生產(chǎn)工藝和技術裝備、新的材料和制品不斷出現(xiàn),成為現(xiàn)代工業(yè)中的重要組成部分。第三個重要的標志向更高等級的新材料新工藝發(fā)展。22我國粉末冶金法發(fā)展現(xiàn)狀我國粉末冶金制品行業(yè)上世紀50年代中期起步,后隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,加上自身具有的節(jié)材性,日益受到重視;1991~2004年,我國粉末冶金零件產(chǎn)量在14年內(nèi)增長了7.3倍,目前已進入高速發(fā)展期目前,粉末冶金技術正向著高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向發(fā)展。我國粉末冶金法發(fā)展現(xiàn)狀我國粉末冶金制品行業(yè)上世紀50年代中23黃培云黃培云,男,漢族,1917年8月出生,福建省福州市人,中共黨員。是中國粉末冶金學科奠基人,中南礦冶學院(現(xiàn)為“中南大學”)創(chuàng)始人之一他的研究成果,被國際上稱為“黃氏粉末壓制理論”。1994年5月當選為中國工程院首批院士;1998年起為中國工程院資深院士。2012年2月6日于長沙病逝,享年95歲。黃培云黃培云,男,漢族,1917年8月出生,福建省福州市人244粉末冶金特點材料成型方法鑄造(pour-casting,die-casting)塑性成形(plasticforming)
擠壓(extrusion)、軋制(rolling)、拉拔(drawing)、
沖壓(punching)、鍛造(forging)焊接(welding)切削(cutting)粉末成型(powderforming)復合成型(鑄軋、鑄擠、鍛軋、擠軋等)4粉末冶金特點材料成型方法25鑄造粉末冶金冷成形鍛造機械加工90958580507550250(%)材料利用率3828.54149820255075100(MJ)每kg零件的能耗各種方法材料利用率與能耗鑄造909585805075502526平均粗糙度加工工藝平均粗糙度鍛造沖壓高精度鍛造機械加工磨加工粉末冶金63040025016010063402516106.304.002.501.601.000.630.400.250.160.100.06平均粗糙度加工工藝27各種方法可達到的徑向尺寸公差徑向可達到的ISO公差標準級加工工藝5678910111213141516精密鍛造****鍛造(沖裁)******高精度鍛造****冷壓*****粉末冶金****拉拔成型****磨加工****誠樸求是博學篤行各種方法可達到的徑向尺寸公差徑向可達到的28粉末冶金與鑄造技術比較粉末冶金優(yōu)勢:①粉末冶金制件表面光潔度高;②制造的尺寸公差很窄,尺寸精確;③合金化與制取復合材料的可能性大④組織均一(無偏聚、砂眼、縮孔)、力學性能可靠;⑤在經(jīng)濟上,粉末冶金工藝能耗小。鑄造優(yōu)勢:①形狀不受限制;②適于制造大型零件;③零件生產(chǎn)批量小時,經(jīng)濟;④一般說來,工、模具費用低誠樸求是博學篤行粉末冶金與鑄造技術比較粉末冶金優(yōu)勢:鑄造優(yōu)勢:誠樸求是博29粉末冶金與熱模鍛技術比較粉末冶金優(yōu)勢:①粉末冶金制件精度比精鍛高;②粉末鍛造節(jié)省材料、重量控制精確、可無非邊鍛造,也能制造形狀較復雜制件;③粉末鍛造只需一副成形模具和一副鍛模;熱鍛需兩副以上鍛模、一副修邊模。熱模鍛優(yōu)勢:①可制造大型零件;②鍛件力學性能比燒結粉末冶金零件高,但與粉末鍛造件相當;③可制造形狀復雜程度較高的制品。誠樸求是博學篤行粉末冶金與熱模鍛技術比較粉末冶金優(yōu)勢:熱模鍛優(yōu)勢:誠樸求是304.粉末冶金的優(yōu)點(1)粉末冶金方法生產(chǎn)的某些材料,與普通熔煉法相比,性能優(yōu)越。粉末冶金技術通常粉末冶金零件表面光潔、尺寸精確,與鑄造相比,可以最大限度地減少合金成分偏聚,消除粗大、不均勻的鑄造組織。生產(chǎn)難熔金屬材料或制品,一般要依靠粉末冶金法。例如:鎢、鉬等。(2)粉末冶金法制造機械零件是一種少切削、無切削的新工藝,可以大量減少機加工量而節(jié)省機床,節(jié)約金屬材料,提高勞動生產(chǎn)率。誠樸求是博學篤行4.粉末冶金的優(yōu)點(1)粉末冶金方法生產(chǎn)的某些材料,與普通熔314.粉末冶金的優(yōu)點(3)粉末冶金能生產(chǎn)用普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊性能的材料。a、能控制制品的孔隙度。例如:多孔含油軸承等b、能利用金屬和金屬、金屬和非金屬的組合效果,生產(chǎn)各種特殊性能的材料。c、能生產(chǎn)各種復合材料。例如:金屬陶瓷、硬質(zhì)合金、彌散強化材料等絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法來制造。誠樸求是博學篤行4.粉末冶金的優(yōu)點(3)粉末冶金能生產(chǎn)用普通熔煉法無法生產(chǎn)的324.粉末冶金的優(yōu)點(4)粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。(5)有可能制取高純度的材料。由于粉末冶金工藝在材料生產(chǎn)過程中并不熔化材料,也就不怕混入由坩堝和脫氧劑等帶來的雜質(zhì),而燒結一般在真空和還原氣氛中進行,不怕氧化,也不會給材料任何污染。4.粉末冶金的優(yōu)點(4)粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性33(1)粉末成本高。(2)模具費用大,制作加工比較困難。(3)結構復雜的零件和零件的薄壁、銳角等成型困難。燒結零件的韌性較差。(4)粉末冶金制品的大小和形狀受到一定的限制。(5)某些較細的金屬粉末有爆炸和起火的危險,貯存有困難。粉末冶金的缺點誠樸求是博學篤行(1)粉末成本高。粉末冶金的缺點誠樸求是博學篤行345、應用及展望誠樸求是博學篤行5、應用及展望誠樸求是博學篤行35粉末冶金材料和制品種類及應用類別材料和制品的名稱機械零件和結構零件減磨材料多孔含油軸承鐵基含油軸承銅基含油軸承鋁基含油軸承金屬塑料減磨材料致密減磨材料機械零件鐵基機械零件有色金屬機械零件摩擦材料鐵基摩擦材料銅基摩擦材料多孔材料過濾器流體分布元件多孔電極發(fā)散發(fā)汗材料吸音材料密封材料誠樸求是博學篤行粉末冶金材料和制品種類及應用類別材料和制品的名稱機械零件和結36工具材料硬質(zhì)合金含鎢硬質(zhì)合金WC-CoWC-Ti-Co無鎢硬質(zhì)合金碳化鈦基硬質(zhì)合金碳化鉻基硬質(zhì)合金鋼結硬質(zhì)合金超硬材料立方氮化硼金剛石工具陶瓷工具材料粉末高速鋼磁性材料和電工材料磁性材料軟磁材料硬磁材料高溫磁性材料矩磁鐵氧體旋磁鐵氧體電接觸材料電觸頭材料金屬-金屬金屬-石墨金屬-金屬化合物電熱材料金屬電熱材料難熔金屬化合物誠樸求是博學篤行工具材料硬質(zhì)合金含鎢硬質(zhì)合金WC-CoWC-Ti-Co無鎢硬37耐熱材料粉末超合金粉末鎳基超合金粉末鈷基超合金難熔金屬及其合金金屬陶瓷高溫金屬陶瓷氧化物基碳化鈦基高溫涂層彌散強化材料氧化物彌散碳化物硼化物氮化物纖維強化材料原子能工程材料核燃料元件鈾合金化合物彌散強化其他原子能工程材料誠樸求是博學篤行耐熱材料粉末超合金粉末鎳基超合金粉末鈷基超合金難熔金屬及其合38粉末冶金技術的主要應用汽車工業(yè)是粉末冶金零件的最大應用市場誠樸求是博學篤行粉末冶金技術的主要應用汽車工業(yè)是粉末冶金零件的最大應用市場誠39汽車工業(yè)誠樸求是博學篤行汽車工業(yè)誠樸求是博學篤行40PMConnectingrodusedinBMWengines誠樸求是博學篤行PMConnectingrodusedinBMW41VVT鏈輪凸輪軸鏈輪平衡軸機構平衡軸鏈輪雙聯(lián)曲軸鏈輪機油泵總成誠樸求是博學篤行VVT鏈輪凸輪軸鏈輪平衡軸機構平衡軸鏈輪雙聯(lián)曲軸鏈輪機油泵總42EA888發(fā)動機真空泵總成水泵總成空調(diào)總成誠樸求是博學篤行EA888發(fā)動機真空泵總成水泵總成空調(diào)總成誠樸求是博學43進排氣座圈凸輪軸護圈搖臂支架氣門導管凸輪軸組件曲軸軸承蓋凸輪軸軸承蓋曲軸連桿桿導承誠樸求是博學篤行進排氣座圈凸輪軸護圈搖臂支架氣門導管凸輪軸組件曲軸軸承蓋凸輪44誠樸求是博學篤行誠樸求是博學篤行45MPIF確認VVT為PM里程碑技術真空泵燃油泵齒輪泵轉子泵內(nèi)外齒泵誠樸求是博學篤行MPIF確認VVT為PM里程碑技術真空泵燃油泵齒輪泵轉子泵內(nèi)46誠樸求是博學篤行誠樸求是博學篤行47鑄物產(chǎn)品誠樸求是博學篤行鑄物產(chǎn)品誠樸求是博學篤行48帶輪系列
Pulley鏈輪系列
SprocketGears軸承蓋系列
BearingCap同步器齒轂系列
SynchronicHub轉子齒輪系列
Rotor輪轂系列
Flange滑塊撥叉系列TransmissionParts轉向管柱系列
SteeringColumnParts空調(diào)壓縮機系列
AirCompressorParts誠樸求是博學篤行帶輪系列
Pulley鏈輪系列
SprocketGea49粉末冶金材料和制品的發(fā)展方向(1)與其他技術交叉產(chǎn)生新技術(2)向計算機控制集成自動化方向發(fā)展(3)粉末冶金近凈成形技術發(fā)展(4)粉末冶金快速成形技術發(fā)展(5)用于各種新材料及其成形加工誠樸求是博學篤行粉末冶金材料和制品的發(fā)展方向(1)與其他技術交叉產(chǎn)生新技術誠50(1)《粉末冶金原理和應用》
冶金工業(yè)出版社,美,萊內(nèi)爾著,1989;(2)《粉末冶金原理》
冶金工業(yè)出版社中南工業(yè)大學,黃培云主編,1982;誠樸求是博學篤行參考書(1)《粉末冶金原理和應用》誠樸求是博學篤行參考書51緒論1定義2粉末冶金工藝3發(fā)展簡史4粉末冶金的特點5應用及展望小結緒論小結52掌握粉末冶金的定義;掌握粉末冶金的特點;熟悉粉末冶金工藝;了解粉末冶金的發(fā)展史及應用;誠樸求是博學篤行教學要求掌握粉末冶金的定義;誠樸求是博學篤行教學要求53舉例說明兩種粉末冶金材料特點及其應用?思考題舉例說明兩種粉末冶金材料特點及其應用?思考題54在固態(tài)下制取粉末的方法包括(1)從固態(tài)金屬與合金制取金屬與合金粉末的有機械粉碎法和電化腐蝕法;(2)從固態(tài)金屬氧化物及鹽類制取金屬與合金粉末的有還原法;(3)從金屬和非金屬粉末、金屬氧化物和非金屬粉末制取金屬化合物粉末的有還原-化合法誠樸求是博學篤行1粉末的制取在固態(tài)下制(1)從固態(tài)金屬與合金制取金屬與合金粉末的有機械粉55在氣態(tài)制備粉末的方法包括(1)從金屬蒸氣冷凝制取金屬粉末的蒸氣冷凝法;(2)從氣態(tài)金屬羥基物離解制取金屬、合金以及包覆粉末的羰基物熱離解法;(3)從氣態(tài)金屬鹵化物氣相還原制取金屬、合金粉末以及金屬、合金涂層的氣相氫還原法;從氣態(tài)金屬鹵化物沉積制取金屬化合物粉末以及涂層的化學氣相沉積法。誠樸求是博學篤行在氣態(tài)制備粉末(1)從金屬蒸氣冷凝制取金屬粉末的蒸氣冷凝法;56在液態(tài)下制備粉末的方法包括(1)從液態(tài)金屬與合金制備金屬與合金粉末的霧化法;(2)從金屬鹽溶液置換和還原金屬、合金以及包覆粉末的置換法、溶液氫還原法;(3)從金屬鹽溶液電解制金屬與合金粉末的水溶液電解法;從金屬熔鹽電解制金屬和金屬化合物粉末的熔鹽電解法。誠樸求是博學篤行在液態(tài)下制備粉末(1)從液態(tài)金屬與合金制備金屬與合金粉末的霧57分類:機械法、物化法
誠樸求是博學篤行1粉末的制取機械法:是將原材料機械地粉碎,而化學成分基本上不發(fā)生變化的工藝過程。物化法:是借助化學或物理的作用,改變原材料的化學成分或聚集狀態(tài)而獲得粉末的工藝過程。分類:機械法、物化法誠樸求是博學篤行1粉末的制取機械法581粉末的制取生產(chǎn)方法原材料粉末產(chǎn)品金屬粉末合金、化合物粉末物理化學法還原碳還原氣體還原金屬熱還原金屬氧化物金屬氧化物及鹽類金屬氧化物Fe,WFe,W,Mo,Ni,Co,CuFe-Mo,W-ReCr-Ni還原化合碳化或碳與金屬氧化物作用硼化或碳化硼法硅化或與硅與金屬氧化物作用氮化或與氮與金屬氧化物作用碳化物硼化物硅化物氮化物氣相還原氣相氫還原氣相金屬熱還原氣態(tài)金屬鹵化物氣態(tài)金屬鹵化物W,MoTa,Nb,Ti,ZrCo-W,W-Mo化學氣相沉積氣態(tài)金屬鹵化物碳化物硼化物硅化物氮化物氣相冷凝熱離解金屬蒸汽冷凝氣態(tài)金屬Zn,Cd羰基物熱理解氣態(tài)金屬羰基物Fe,Ni,CoFe-Ni置換溶液氫還原從熔鹽中沉淀金屬鹽溶液金屬鹽溶液金屬熔鹽Cu,Sn,Ag,Cu,Ni,CoZr,BeNi-Co電解水溶液電解熔鹽電解金屬鹽溶液金屬熔鹽Fe,Cu,Ni,AgTa,Nb,Ti,Zr,Th,BeFe-NiTa-Nb電化腐蝕不銹鋼任何金屬和合金任何金屬不銹鋼任何金屬碳化物硼化物硅化物1粉末的制取生產(chǎn)方法原材料粉末產(chǎn)品物還碳還原金屬氧化物Fe59機械法機械粉碎機械研磨旋渦研磨冷氣流粉碎脆性金屬和合金人工增加脆性的金屬和合金Sb,Cr,Mn,高碳鐵Sn,Pb,TiFe,AlFe-Al,Fe-SiFe-Cr等合金Fe-Ni,鋼不銹鋼,超合金霧化氣體霧化水霧化旋轉圓盤霧化旋轉電極霧化液態(tài)金屬和合金液態(tài)金屬和合金液態(tài)金屬和合金液態(tài)金屬和合金Sn,Pb,Al,Cu,FeCu,FeCu,Fe,難熔金屬,無氧銅黃銅,青銅,合金鋼,不銹鋼黃銅,青銅,合金鋼鋁合金,鈦合金,不銹鋼機機機械研磨脆性金屬和合金Sb,Cr,Mn,高碳鐵Fe-Al60機械法和物化法特點機械法:最終產(chǎn)物純度主要有原材料成分決定。生產(chǎn)效率低,廣泛用來制取各種金屬和合金粉末,成本相當高物化法:更通用,可能利用便宜原料,經(jīng)濟、價廉;可制取難熔金屬、合金、化合物粉末。沒有明顯的界限,而是相互補充的。誠樸求是博學篤行機械法和物化法特點機械法:最終產(chǎn)物純度主要有原材料成分決定。61從工業(yè)規(guī)模而言,應用最廣泛的是還原法、霧化法、電解法、球磨法等等。原始粉末制取方法的選擇主要取決于因素:粉末的性能(該材料的特殊性能)最低的成本誠樸求是博學篤行從工業(yè)規(guī)模而言,應用最廣泛的是還原法、霧化法、電解法、球磨法621.1機械粉碎法既是一種獨立的制粉方法,又常常作為某些制粉方法不可缺少的補充工序??繅核椤羲楹湍ハ鞯茸饔?。分為粗碎和細碎兩類。粗碎的最終產(chǎn)品的尺寸一般不超過10~20mm;在大多數(shù)情況下,粒度是在1~10mm范圍內(nèi)。最終的研磨在球磨機,渦旋球磨機、振動球磨機、錘式破碎機中進行。誠樸求是博學篤行1.1機械粉碎法既是一種獨立的制粉方法,又常常作為某些制粉方63壓碎、擊碎和磨削以壓碎作用為主的有碾碎、輥軋以及鄂式破碎等;以擊碎作用為主的有錘磨等;屬于擊碎和磨削等多方面作用的機械粉碎有球磨、棒磨等。相應的設備:碾碎機、雙輥滾碎機、鄂式破碎機等屬粗碎設備;錘磨機、棒磨機、球磨機、振動球磨機、攪動球磨機等屬細碎或研磨設備。壓碎、擊碎和磨削以壓碎作用為主的有碾碎、輥軋以及鄂式破碎等;64球磨機球磨機65鄂式破碎機誠樸求是博學篤行鄂式破碎機誠樸求是博學篤行66錘磨機誠樸求是博學篤行錘磨機誠樸求是博學篤行67棒磨機誠樸求是博學篤行棒磨機誠樸求是博學篤行68雙輥碾碎機誠樸求是博學篤行雙輥碾碎機誠樸求是博學篤行69一、機械研磨法1、概述:研磨任務:減少或增大粉末粒度;合金化;固態(tài)混料;改善、轉變材料的性能等。適于:(1)粉碎脆性金屬和合金;(2)研磨經(jīng)特殊處理后具有脆性的金屬和合金。誠樸求是博學篤行一、機械研磨法1、概述:誠樸求是博學篤行702、研磨規(guī)律球體的運動有四種基本情況:誠樸求是博學篤行2、研磨規(guī)律球體的運動有四種基本情況:誠樸求是博學篤行71誠樸求是博學篤行轉速慢時,球體作滑動還是滾動,不僅取決于筒體轉速而且與裝球量有關。球體滾動和自由下落是最有效的研磨制度。誠樸求是博學篤行轉速慢時,球體作滑動還是滾動,不僅取決于筒72臨界轉速與圓筒直徑有關,為:r/min
式中D——球磨筒的直徑,m。球體發(fā)生滾動的臨界條件為:tgβ<tgβ臨界,球體產(chǎn)生滑動tgβ>tgβ臨界,球體產(chǎn)生滾動β臨界稱為自然坡度角求臨界轉速問題n臨界誠樸求是博學篤行臨界轉速與圓筒直徑有關,為:求臨界轉速問題n臨界誠樸求是博733、影響球磨的因素
(1)球磨筒A、球磨筒的轉速:n=(0.7~0.75)n臨界,球體發(fā)生拋落;適于較粗、性脆,需要沖擊作用的物料。n=0.6n臨界時,球體滾動;用來研磨較細物料。n<0.6n臨界時,球以滑動為主;研磨作用很小。誠樸求是博學篤行3、影響球磨的因素(1)球磨筒誠樸求是博學篤行74B、球磨筒尺寸可選用D/L>3的球磨機研磨硬而脆的材質(zhì);球筒直徑D、長度L。當D/L<3時,只發(fā)生摩擦作用,此時適于研磨塑性的材質(zhì)。B、球磨筒尺寸可選用D/L>3的球磨機研磨硬而脆的材質(zhì);球筒75裝球量過少,球在傾斜面上主要是發(fā)生滑動,使研磨效率降低;裝球量過多,球?qū)又g干擾大,破壞球的正常循環(huán),也會研磨效率降低。裝球體積與球磨筒體積之比稱為裝填系數(shù)。一般球磨機的裝填系數(shù)為0.4~0.5為宜;隨著轉速增大,裝填系數(shù)可略有增加。(2)裝載量誠樸求是博學篤行裝球量過少,球在傾斜面上主要是發(fā)生滑動,使研磨效率降低;(276料太少:則球與球之間碰撞加多,磨損太大;料過多:則磨削面積不夠,不能很好的磨細粉末,需要延長研磨時間,能量消耗增大。料與球裝得過滿,使磨筒上部空間太少,球的運動發(fā)生阻礙后球磨效率反而降低。一般在球體的裝填系數(shù)為0.4~0.5時,裝料量以填滿球間的空隙,稍掩蓋住球體表面為原則。也有建議裝料量為磨筒容積的20%的。(3)球料比誠樸求是博學篤行料太少:則球與球之間碰撞加多,磨損太大;(3)球料比誠樸求是77球太小,質(zhì)量輕,對物料的沖擊力弱;球太大,則裝球的個數(shù)太少,因而撞擊次數(shù)減少,磨削面積減小,也使球磨效率降低。一般大小不同的球配合使用,球的直徑d按球筒直徑D的(1/18~1/24)范圍選擇:另外,物料的原始粒度愈大,材料愈硬,則選用的球也應愈大;球磨鐵粉,選用10~20mm的鋼球;球磨硬質(zhì)合金,選用5~10mm的硬質(zhì)合金球。(4)球的大小和材質(zhì):誠樸求是博學篤行球太小,質(zhì)量輕,對物料的沖擊力弱;(4)球的大小和材質(zhì):誠樸78干磨、濕磨,應根據(jù)物料要求選擇。濕磨,在硬質(zhì)合金、金屬陶瓷及特殊材料的研磨工藝中常被采用。濕磨根據(jù)物料的性質(zhì),液體介質(zhì)可以采用水、酒精、汽油、丙酮等。水能使粉末氧化,除了不怕被氧化的物料才能用水作介質(zhì)進行濕磨外,一般不用水作介質(zhì)。(5)研磨介質(zhì)誠樸求是博學篤行干磨、濕磨,應根據(jù)物料要求選擇。(5)研磨介質(zhì)誠樸求是博學79濕磨優(yōu)點:1)可減少金屬氧化;2)防止金屬顆粒的再聚集和最大;3)可減少物料的成分偏析并有利于成形劑的均勻分散。4)加入表面活性物質(zhì)時可促進粉碎作用;5)可減少粉塵飛揚,改善勞動條件。輔助工序,如過濾、干燥等。濕磨優(yōu)點:80脆性的物料雖然硬度大,但可很快被粉碎;較塑性的物料雖然硬度小,但卻難粉碎;有些塑性物料要先進行人工脆化,再粉碎。(6)被研磨物料的性質(zhì):誠樸求是博學篤行脆性的物料雖然硬度大,但可很快被粉碎;(6)被研磨物料的性質(zhì)81(7)研磨時間:若要求物料最終粒度愈細時,則需要的研磨時間愈長;存在著極限研磨的顆粒大小。研磨時間一般是幾小時到幾十小時,很少超過100小時。
誠樸求是博學篤行(7)研磨時間:若要求物料最終粒度愈細時,則需要的研磨時間愈824、強化球磨目的:提高研磨效率,縮短研磨時間。(1)振動球磨(2)行星球磨誠樸求是博學篤行4、強化球磨目的:提高研磨效率,縮短研磨時間。誠樸求是博83振動球磨機誠樸求是博學篤行振動球磨機誠樸求是博學篤行84振動球磨誠樸求是博學篤行振動球磨誠樸求是博學篤行85振動研磨機技術參數(shù)表型號容積(L)電機功率KW出料口高度mm長×寬×高mm重量kgLMJ50501.16880×80×68180LMJ1001001.57501160×1050×1050360LMJ3003003.79501450×1450×1360720LMJ300GF30059501450×1450×1400760LMJ6006005.511551800×1800×15901100LMJ9009001112402350×2120×16602000振動研磨機技術參數(shù)表型號容積(L)電機功率KW出料口高度m86振動球磨機1500-3000次/分,振幅2-3mm假設1250個研磨體/dm3平均直徑10mm裝填系數(shù)0.81500r/min,容積200dm3振動磨內(nèi)總沖擊次數(shù)3×108次/min振動球磨機1500-3000次/分,振幅2-3mm87振動球磨機提高振動頻率,提高研磨效率。有關因素:頻率高時,振幅小,可研磨極細粉末。頻率低時,振幅大,適于研磨稍粗粉末。裝填系數(shù)比普通球磨可高些,可達0.8。缺點:彈簧在高頻振動下易于疲勞,振幅小,進料粒度不能很大,只適于研磨細和超細粉末,制取60μm以下粉末。振動球磨機提高振動頻率,提高研磨效率。88行星球磨誠樸求是博學篤行行星球磨誠樸求是博學篤行89行星球磨提高球磨筒轉速,來提高研磨效率?;竟に嚕褐饕醚b有物料的球磨筒圍繞中心軸作高速的圓周運動,同時,每一個球磨筒又圍繞自己的軸作反向運動,這樣成倍的提高效率。(超越臨界轉速反向運動,效率成倍增加)行星球磨提高球磨筒轉速,來提高研磨效率。90二、機械合金化(攪動球磨)一種高能球磨法注意與滾動球磨的區(qū)別在于使球產(chǎn)生運動的驅(qū)動力不同。轉子攪動。誠樸求是博學篤行二、機械合金化(攪動球磨)一種高能球磨法誠樸求是博學篤行91攪動球磨誠樸求是博學篤行攪動球磨誠樸求是博學篤行92攪動球磨基本工藝:利用轉子攪動使球產(chǎn)生相當大的加速度傳給物料,同時,球的旋轉運動在轉子中心軸的周圍產(chǎn)生漩渦作用,對物料產(chǎn)生了強烈的環(huán)流,使物料研磨得均勻。特點:攪動球磨氧含量比一般滾動球磨或振動球磨的要低,雜質(zhì)也要低。除了用于物料粉碎和硬質(zhì)合金混合物料的研磨外,也可用于機械合金化生產(chǎn)彌散強化粉末及金屬陶瓷等。攪動球磨基本工藝:利用轉子攪動使球產(chǎn)生相當大的加速度傳給物料93三、其它機械粉碎法1.渦旋研磨可有效地研磨
軟的塑性金屬或合金;誠樸求是博學篤行三、其它機械粉碎法1.渦旋研磨誠樸求是博學篤行94渦旋研磨機誠樸求是博學篤行渦旋研磨機誠樸求是博學篤行95水渦流式研磨機水渦流式研磨機96渦旋研磨基本工藝:旋渦研磨機工作室中不放任何研磨體,主要是依靠被研磨物料顆粒間自相撞擊和物料顆粒與磨壁、螺旋槳間的撞擊來進行研磨的。螺旋槳以3000r/min轉速,形成兩股相對的氣流,帶起粉末顆粒,使其相互撞擊而被磨碎渦旋研磨基本工藝:旋渦研磨機工作室中不放任何研磨體,主要是依972.冷氣流粉碎基本工藝:利用高速高壓的氣流帶著較粗的顆粒通過噴嘴轟擊于靶子上,壓力立即從高壓(高達7MPa)降到0.1MPa,發(fā)生絕熱膨脹,使金屬靶和擊碎室溫度降到室溫以下甚至零度以下,冷卻了的顆粒就被粉碎。誠樸求是博學篤行2.冷氣流粉碎基本工藝:誠樸求是博學篤行98冷氣流粉碎誠樸求是博學篤行冷氣流粉碎誠樸求是博學篤行99冷氣流粉碎冷氣流粉碎1002.冷氣流粉碎適于:粉碎硬質(zhì)的以及比較昂貴的材料,對粉碎塑性金屬和合金,如不銹鋼、合金鋼、超合金等效果都很好。特點:隨氣流壓力增加,粉末粒度愈細;粉末通常顆粒細(微米級)而均勻、形狀不規(guī)則,幾乎無氧化;簡單,生產(chǎn)費用低;作業(yè)溫度低(防止氧化),能保持高純度以及能控制被粉碎材料的粒度)。誠樸求是博學篤行2.冷氣流粉碎適于:誠樸求是博學篤行101離心研磨機離心研磨機1021粉末的制取1.1機械粉碎法一、機械研磨法1概述2研磨規(guī)律3影響因素4強化球磨二、機械合金化三、其他機械粉碎法小結1粉末的制取小結103掌握粉末制取方法的分類、定義及特點;掌握機械研磨法適用條件、研磨規(guī)律及影響因素;熟悉強化球磨的方法;掌握冷氣流粉碎的工藝、適于范圍、特點。了解渦旋研磨方法及特點;誠樸求是博學篤行教學要求掌握粉末制取方法的分類、定義及特點;誠樸求是博學篤行教學要104推導機械研磨法的臨界轉速。假設:1)筒體內(nèi)只有一個球;2)球的直徑比筒體小很多,可用筒體半徑表示球的回轉半徑;3)球與筒體之間不產(chǎn)生相對滑動,也不考慮摩擦力影響。思考題推導機械研磨法的臨界轉速。思考題1051.2霧化法對液體金屬或合金多采用制粒法和霧化法。由于受耐火材料的穩(wěn)定性和液態(tài)金屬過熱度的限制,霧化金屬和合金的最高熔點不超過1500~1600℃,實際上常用溫度是1400℃。誠樸求是博學篤行1.2霧化法對液體金屬或合金多采用制粒法和霧化法。誠樸求是106制粒法用于制取大顆粒粉末的工藝稱為“制?!薄W畛跏怯脕碇圃煦U彈的,它是讓熔化金屬通過小孔或篩網(wǎng)自動地注入空氣或水中,冷卻凝固后得到金屬粉末。粒度較粗,一般為0.5-1mm。適于制取熔點低的金屬。制粒法用于制取大顆粒粉末的工藝稱為“制?!薄?071.2霧化法優(yōu)點:簡便、經(jīng)濟,生產(chǎn)率高,容易制取合金粉末以及可以獲得球形粉末,它們所生產(chǎn)的粉末成本比鑄造金屬的成本高得不多;缺點:霧化金屬有一定限制;粉末純度不高;粉末退火是必須的;需要有熔化金屬用的設備。誠樸求是博學篤行1.2霧化法優(yōu)點:誠樸求是博學篤行108霧化法包括:⑴二流霧化法:氣霧化和水霧化;⑵離心霧化法:旋轉圓盤霧化、旋轉電極霧化等;⑶其它霧化法:如超聲波霧化、轉輥霧化等誠樸求是博學篤行霧化法包括:⑴二流霧化法:氣霧化和水霧化;誠樸求是博學篤行109水霧化和氣霧化示意圖誠樸求是博學篤行水霧化和氣霧化示意圖誠樸求是博學篤行110離心霧化示意圖誠樸求是博學篤行離心霧化示意圖誠樸求是博學篤行111一、二流霧化借助高壓水流或氣流沖擊破碎液流獲得粉末1、霧化過程原理:克服液體金屬原子間的結合力而成粉末的。噴射流的主要作用是:(1)把熔融液流擊碎成小顆粒(動力源)(2)通過急冷使顆粒凝固(冷卻劑)誠樸求是博學篤行一、二流霧化借助高壓水流或氣流沖擊破碎液流獲得粉末誠樸求是112⑴霧化形式根據(jù)霧化介質(zhì)對金屬液流作用的方式不同,分為平行噴射垂直噴射(1)V型噴射互成角度噴射⑵錐形噴射⑶漩渦環(huán)形噴射⑴霧化形式根據(jù)霧化介質(zhì)對金屬液流作用的方式不同,分為113誠樸求是博學篤行平行噴射垂直噴射誠樸求是博學篤行平行噴射垂直噴射114互成角度噴射V形噴射錐形噴射旋渦環(huán)形噴射互成角度噴射V形噴射錐形噴射115誠樸求是博學篤行誠樸求是博學篤行116某大學治金行業(yè)管理知識分析粉末117⑵霧化過程霧化過程是個復雜過程,粉末冶金涉及多個學科。按霧化介質(zhì)與金屬液流的相互作用的實質(zhì),既有物理-機械(熱量轉換)作用,又有物理-化學變化。能量轉換:動能表面能熱量交換:金屬液滴霧化介質(zhì)化學變化:氧化、脫碳誠樸求是博學篤行⑵霧化過程霧化過程是個復雜過程,粉末冶金涉及多個學科。誠樸求118(3)氣霧化和水霧化誠樸求是博學篤行(3)氣霧化和水霧化誠樸求是博學篤行119水霧化誠樸求是博學篤行水霧化誠樸求是博學篤行120噴霧干燥塔誠樸求是博學篤行噴霧干燥塔誠樸求是博學篤行121氣霧化時金屬粉末的形成誠樸求是博學篤行氣霧化時金屬粉末的形成誠樸求是博學篤行122(4)金屬液流在氣流作用四個區(qū)域(1)負壓紊流區(qū)(2)原始液滴形成區(qū)(3)有效霧化區(qū)(4)冷卻凝固區(qū)誠樸求是博學篤行(4)金屬液流在氣流作用四個區(qū)域(1)負壓紊流區(qū)誠樸求是123金屬液流的破碎程度取決于氣流的動能,特別是氣流對金屬液滴的相對速度以及金屬液流的表面張力和動粘度系數(shù)。當氣流對金屬液滴的相對速度達到第一臨界速度時,破碎過程開始;當氣流對金屬液滴的相對速度達到第二臨界速度時,液滴很快形成細小顆粒;金屬液流的破碎程度取決于氣流的動能,特別是氣流對金屬液滴的相124基于流體力學原理,金屬液滴破碎的速度范圍決定于液滴的破碎準數(shù)DD=ρv2d/γ其中:ρ為氣體密度;v為氣體對液滴的相對速度d為金屬液滴大??;γ為金屬表面張力當D=10時,V1=當D=14時,V2=基于流體力學原理,金屬液滴破碎的速度范圍決定于液滴的破碎準數(shù)125氣霧化和水霧化的比較誠樸求是博學篤行氣霧化和水霧化的比較誠樸求是博學篤行126水霧化形成金屬液滴的兩種模型
“濺落”機理誠樸求是博學篤行水霧化形成金屬液滴的兩種模型
127“擦落”機理誠樸求是博學篤行“擦落”機理誠樸求是博學篤行1282、噴嘴結構(1)設計要求:a、使霧化介質(zhì)獲得盡可能大的出口速度和所需要的能量;b、保證霧化介質(zhì)與金屬液流之間形成最合理的噴嘴角度;c、使金屬液流產(chǎn)生最大的能量;d、工作穩(wěn)定性好,噴嘴不易堵塞;e、加工制造簡單。(2)噴嘴結構自由降落式噴嘴限制式噴嘴(側限式)誠樸求是博學篤行2、噴嘴結構(1)設計要求:誠樸求是博學篤行129噴嘴結構誠樸求是博學篤行噴嘴結構誠樸求是博學篤行130噴嘴誠樸求是博學篤行噴嘴誠樸求是博學篤行1313、影響霧化粉末性能的因素(1)霧化介質(zhì)1)霧化介質(zhì)類別
氣體:1)氧化不嚴重或霧化后經(jīng)還原處理可脫氧的金屬,可采用空氣作霧化介質(zhì);2)易于氧化金屬或合金粉末可采用惰性氣體水:冷卻能力強,粉末多為不規(guī)則形狀;不適于活性很大的合金或金屬。適于易被還原的金屬或合金2)氣體或水的壓力:氣壓愈高,所得粉末愈細,誠樸求是博學篤行3、影響霧化粉末性能的因素(1)霧化介質(zhì)誠樸求是博學篤行132(2)金屬液流1)金屬液的表面張力和粘度通常,表面張力越小,粘度越低,所得粉末顆粒越細。表面張力愈大,粉末成球形越多,粉末粒度也越粗表面張力、粘度受加熱溫度和化學成分的影響金屬強烈氧化時,粘度大大提高。
2)金屬液過熱溫度金屬液過熱溫度愈高,越易得細、球形粉末3)金屬液流直徑誠樸求是博學篤行(2)金屬液流1)金屬液的表面張力和粘度誠樸求是博學篤行1333)金屬液流直徑通常,越細,細粉末越多;但太小,會降低霧化粉末生產(chǎn)率,堵塞漏嘴,使金屬液過冷,不易得細粉末。還要考慮金屬熔點的高低。通常熔點小于1000℃,金屬液流直徑5-6mm;通常熔點小于1300℃,金屬液流直徑6-8mm;通常熔點大于1300℃,金屬液流直徑8-10mm;3)金屬液流直徑通常,越細,細粉末越多;134(3)其它工藝因素1)噴射參數(shù):金屬液長度短,噴射角適當。2)聚粉裝置參數(shù):液滴飛行路長,利于形成球形,粉末也較粗誠樸求是博學篤行(3)其它工藝因素1)噴射參數(shù):誠樸求是博學篤行135二、離心霧化利用機械旋轉造成的離心力將金屬液流擊碎成細的液滴,然后冷凝成粉末。旋轉圓盤霧化旋轉電極霧化旋轉坩堝霧化誠樸求是博學篤行二、離心霧化利用機械旋轉造成的離心力將金屬液流擊碎成細的液滴136離心霧化示意圖誠樸求是博學篤行離心霧化示意圖誠樸求是博學篤行137離心霧化特點1)能制取幾乎所有的金屬及合金粉末,還可以制取難熔化合物;2)無坩堝耐火材料污染,可制取高純、無污染的難熔金屬化合物球形粉末;3)缺點是工藝受設備規(guī)模、生產(chǎn)過程連續(xù)化和自動化限制,效率低,粉末價格較高。離心霧化特點1)能制取幾乎所有的金屬及合金粉末,還可以制取難138旋轉圓盤霧化工作原理:漏嘴流出金屬液被壓力水引至圓盤,為葉片擊碎。適于:鐵、鋼等粉末,已用于生產(chǎn)鋁合金、鎳基高溫合金粉末等。冷卻速度:10000℃/s,粒度小于100μm,轉速24000r/min;冷卻氣體用氦氣。旋轉圓盤霧化工作原理:139旋轉電極工作原理:金屬合金作旋轉自耗電極,電弧熔化。旋轉速度1000-50000r/min;陽極直徑2-5cm。收集室內(nèi)先抽真空,霧化前充氬氣或氮氣等。誠樸求是博學篤行旋轉電極工作原理:誠樸求是博學篤行140旋轉電極霧化裝置誠樸求是博學篤行旋轉電極霧化裝置誠樸求是博學篤行141應用:制取高合金粉末、活性金屬粉末及超合金粉末。優(yōu)點:粉末純度很高,氧化物含量很低;球形;粒度均勻;缺點:生產(chǎn)率低;顆粒較粗;可能被污染。應用:制取高合金粉末、活性金屬粉末及142旋轉坩堝法工作原理:有一根固定電極和一個旋轉水冷坩堝,電極和坩堝內(nèi)的金屬之間產(chǎn)生電弧時金屬熔化。坩堝旋轉速度:3000-4000r/min適于:鋁合金、鈦合金和鎳合金粉末誠樸求是博學篤行旋轉坩堝法工作原理:誠樸求是博學篤行143旋轉盤旋轉坩堝法誠樸求是博學篤行旋轉盤旋轉坩堝法誠樸求是博學篤行144三、其它霧化工藝旋轉輪法振動電極霧化誠樸求是博學篤行三、其它霧化工藝旋轉輪法振動電極霧化誠樸求是博學篤行145旋轉網(wǎng)旋轉杯誠樸求是博學篤行旋轉網(wǎng)旋轉杯誠樸求是博學篤行146真空霧化和超聲霧化誠樸求是博學篤行真空霧化和超聲霧化誠樸求是博學篤行147四、各種霧化工藝比較誠樸求是博學篤行四、各種霧化工藝比較誠樸求是博學篤行148五、霧化粉末顯微結構的控制圖霧化粉末誠樸求是博學篤行五、霧化粉末顯微結構的控制圖霧化粉末誠樸求是博學篤行149五、霧化粉末顯微結構的控制用二次枝晶間距作霧化粉末中均勻程度以及冷卻速度的粗略估計。誠樸求是博學篤行五、霧化粉末顯微結構的控制用二次枝晶間距作霧化粉末中均勻程150水霧化粉末粒度與二次枝晶間距的關系誠樸求是博學篤行水霧化粉末粒度與二次枝晶間距的關系誠樸求是博學篤行151溫度梯度和溫度對快速凝固粉末的顯微組織結構的影響誠樸求是博學篤行溫度梯度和溫度對快速凝固粉末的顯微組織結構的影響誠樸求是博1521)間距越小,結構越好;2)高的溫度梯度及低的溫度有利于獲得均勻一致的顯微結構,甚至是非晶態(tài)固體3)低的熔融金屬粘度和高的噴嘴出口速度有利于縮短球化時間,同時,在凝固前,高的表面能和細的粉末粒度有助于球形粉末顆粒的形成。誠樸求是博學篤行1)間距越小,結構越好;誠樸求是博學篤行153六、快速冷凝技術RST是霧化技術的發(fā)展,它主要特點為:1)急冷可大幅度地減少合金成分的偏析;2)急冷可增加合金的固溶能力;3)急冷可消除相偏聚合形成非平衡相;4)某些有害相可能由于急冷而受到抑制甚至消除;5)由于晶粒細化達到微晶程度,在適當應變速度下可能出現(xiàn)超塑性等,快速冷凝技術可制非晶、準晶和微晶粉末。誠樸求是博學篤行六、快速冷凝技術RST是霧化技術的發(fā)展,它主要特點為:誠樸1541.2霧化法一、二流霧化1、霧化過程原理2、噴嘴結構3、影響霧化粉末性能的因素二、離心霧化三、其他霧化工藝四、各種霧化工藝比較五、霧化粉末顯微結構的控制六、快速冷凝技術小結1.2霧化法155掌握二流霧化法原理;掌握影響霧化粉末性能的因素及各種霧化工藝比較;熟悉噴嘴結構和離心霧化方法。熟悉其他霧化工藝。了解快速冷凝技術。誠樸求是博學篤行教學要求掌握二流霧化法原理;誠樸求是博學篤行教學要求156氣霧化和水霧化的比較。思考題氣霧化和水霧化的比較。思考題157某大學治金行業(yè)管理知識分析粉末158主講:李赫亮粉末冶金學主講:李赫亮粉末冶金學159緒論1粉末的制取2粉末的性能及其測定3成形4燒結5粉末冶金材料和制品6粉末冶金中的安全知識目錄緒論目錄1601、定義
粉末冶金是一種制取金屬粉末,以及采用成形和燒結工藝將金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)制成制品的工藝技術。粉末冶金法與生產(chǎn)陶瓷有相似的地方,因此也叫金屬陶瓷法。緒論1、定義161定義粉末冶金是將粉末狀的金屬、合金或某些非金屬按一定比例混合后裝入模腔內(nèi)壓制成形,再經(jīng)過燒結和精整成為機械零件的一種少無切削加工方法。粉末冶金是用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料,經(jīng)過成形和燒結制造金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工藝過程。誠樸求是博學篤行定義粉末冶金是將粉末狀的金屬、合金或某些非金屬按一定比例混合162金屬粉末硬質(zhì)合金粉末二氧化鈦納米粉末誠樸求是博學篤行金屬粉末硬質(zhì)合金粉末二氧化鈦納米粉末誠樸求是博學篤行163粉末冶金制品誠樸求是博學篤行粉末冶金制品誠樸求是博學篤行164粉末冶金制品誠樸求是博學篤行粉末冶金制品誠樸求是博學篤行165粉末冶金制品誠樸求是博學篤行粉末冶金制品誠樸求是博學篤行166粉末冶金制品誠樸求是博學篤行粉末冶金制品誠樸求是博學篤行1672、粉末冶金工藝
2、粉末冶金工藝168誠樸求是博學篤行2、粉末制品生產(chǎn)示意圖
誠樸求是博學篤行2、粉末制品生產(chǎn)示意圖169
粉末冶金的生產(chǎn)流程流程1:制粉、混粉、壓制/成型壓機、燒結/燒結爐、精整、后處理流程2:制粉、混粉、壓制/成型壓機、燒結/燒結爐、精整、再燒結、精整、后處理流程1是通常人們所采用的方法。流程2是針對零件密度、尺寸等條件要求高的產(chǎn)品。粉末冶金的生產(chǎn)流程流程1:制粉、混粉、壓制/成型壓機、燒結1701、原料粉末的制取和準備。2、將金屬粉末制成所需形狀的坯塊。3、坯塊的燒結。4、產(chǎn)品的后處理。一般情況下,燒結好的制件可直接使用。對于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件還要進行燒結后處理。后處理包括精壓、滾壓、擠壓、淬火、表面淬火、浸油、及熔滲等。粉末冶金工藝1、原料粉末的制取和準備。粉末冶金工藝1713、發(fā)展簡史誠樸求是博學篤行粉末冶金方法起源于公元前三千多年。埃及人已經(jīng)使用鐵粉。制造鐵的第一個方法實質(zhì)上采用的就是粉末冶金方法。公元300年,印度的德里柱是用大約6.5噸還原鐵粉制成的。3、發(fā)展簡史誠樸求是博學篤行粉末冶金方法起源于公元前三千多172德里柱又被稱為阿育王柱,位于印度德里奎瓦吐勒清真寺中庭,是印度極富盛名的古跡。德里鐵柱的地面高度為7.2米、直徑1.12米,地下部分長2米,總重量估計約10噸。材質(zhì)為純度高達98.72%的熟鐵,以鍛焊技術鑄成。標志了印度古代鑄鐵工藝的高度水平。德里柱又被稱為阿育王柱,位于印度德里奎瓦吐勒清真寺中庭,是173德里柱表面上刻的碑文德里柱最早是耆那教神廟建筑群,27座神廟之中某間房屋的一根柱子。十三世紀初,神廟全部被毀,并將拆毀后的材料,拿來興建宮殿與清真寺。德里鐵柱是剩余的建材,因此被移到現(xiàn)址。在印度的達哈、辛哈勒斯、克那拉克都發(fā)現(xiàn)豎有相同技術的古鐵柱德里柱表面上刻的碑文德里柱最早是耆那教神廟建筑群,27座神廟174德里鐵柱少有銹蝕的原因其一:材質(zhì)為純度高達百分之98.72,現(xiàn)代技術能以鐵合金的方法來達到99.997%以上;其二:鐵柱有磷成分,可以很好的與空氣形成致密氧化層,所以只有少許鐵銹。其三:當?shù)厝硕ㄆ谕坑捅pB(yǎng);其四:當?shù)靥鞖飧稍?。德里鐵柱少有銹蝕的原因其一:材質(zhì)為純度高達百分之98.72,175近代粉末冶金技術的發(fā)展近代粉末冶金技術的發(fā)展176第一個重要的標志克服了難熔金屬(如鎢、鉬等)熔鑄過程中產(chǎn)生的困難。在18世紀,粉末冶金技術才開始得到了真正的有價值的應用。在俄、英等國曾以工場規(guī)模制取海綿鉑粒,經(jīng)過熱壓、鍛和模壓、燒結等工藝制造錢幣和貴重器物。1909年,庫利奇發(fā)明用粉末冶金方法制造燈泡用鎢絲,奠定了現(xiàn)代粉末冶金的基礎。1923年硬質(zhì)合金的出現(xiàn)被譽為機械加工中的革命。第一個重要的標志克服了難熔金屬(如鎢、鉬等)熔鑄過程中產(chǎn)生的177第二個重要的標志本世紀30年代用粉末冶金方法制取多孔含油軸承取得成功。多孔含油軸承在汽車、紡織、航空等工業(yè)上得到了廣泛的應用。旋渦研磨鐵粉和碳還原鐵粉問世后,用粉末冶金法制造鐵基機械零件獲得了很快的發(fā)展,充分發(fā)揮了粉末冶金少切削甚至無切削的優(yōu)點。第二個重要的標志本世紀30年代用粉末冶金方法制取多孔含油軸承178多孔含油軸承(PorousBearing)利用燒結體的多孔性,使之含浸10%~40%(體積分數(shù))潤滑油,于自行供油狀態(tài)下使用。運轉時,軸承溫度升高,由于油的膨脹系數(shù)比金屬大,因而自動進入滑動表面以潤滑軸承,停止工作時油又隨溫度下降被吸回孔隙。分為銅基、鐵基、銅鐵基等。多孔含油軸承(PorousBearing)利用燒結體的多孔179第三個重要的標志向更高等級的新材料新工藝發(fā)展。四十年代,出現(xiàn)金屬陶瓷、彌散強化等材料;六十年代末至七十年代初,粉末高速鋼、粉末高溫合金相繼出現(xiàn);利用粉末冶金鍛造及熱等靜壓已能制造高強度的零件。粉末冶金技術發(fā)展迅速,新的生產(chǎn)工藝和技術裝備、新的材料和制品不斷出現(xiàn),成為現(xiàn)代工業(yè)中的重要組成部分。第三個重要的標志向更高等級的新材料新工藝發(fā)展。180我國粉末冶金法發(fā)展現(xiàn)狀我國粉末冶金制品行業(yè)上世紀50年代中期起步,后隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,加上自身具有的節(jié)材性,日益受到重視;1991~2004年,我國粉末冶金零件產(chǎn)量在14年內(nèi)增長了7.3倍,目前已進入高速發(fā)展期目前,粉末冶金技術正向著高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向發(fā)展。我國粉末冶金法發(fā)展現(xiàn)狀我國粉末冶金制品行業(yè)上世紀50年代中181黃培云黃培云,男,漢族,1917年8月出生,福建省福州市人,中共黨員。是中國粉末冶金學科奠基人,中南礦冶學院(現(xiàn)為“中南大學”)創(chuàng)始人之一他的研究成果,被國際上稱為“黃氏粉末壓制理論”。1994年5月當選為中國工程院首批院士;1998年起為中國工程院資深院士。2012年2月6日于長沙病逝,享年95歲。黃培云黃培云,男,漢族,1917年8月出生,福建省福州市人1824粉末冶金特點材料成型方法鑄造(pour-casting,die-casting)塑性成形(plasticforming)
擠壓(extrusion)、軋制(rolling)、拉拔(drawing)、
沖壓(punching)、鍛造(forging)焊接(welding)切削(cutting)粉末成型(powderforming)復合成型(鑄軋、鑄擠、鍛軋、擠軋等)4粉末冶金特點材料成型方法183鑄造粉末冶金冷成形鍛造機械加工90958580507550250(%)材料利用率3828.54149820255075100(MJ)每kg零件的能耗各種方法材料利用率與能耗鑄造9095858050755025184平均粗糙度加工工藝平均粗糙度鍛造沖壓高精度鍛造機械加工磨加工粉末冶金63040025016010063402516106.304.002.501.601.000.630.400.250.160.100.06平均粗糙度加工工藝185各種方法可達到的徑向尺寸公差徑向可達到的ISO公差標準級加工工藝5678910111213141516精密鍛造****鍛造(沖裁)******高精度鍛造****冷壓*****粉末冶金****拉拔成型****磨加工****誠樸求是博學篤行各種方法可達到的徑向尺寸公差徑向可達到的186粉末冶金與鑄造技術比較粉末冶金優(yōu)勢:①粉末冶金制件表面光潔度高;②制造的尺寸公差很窄,尺寸精確;③合金化與制取復合材料的可能性大④組織均一(無偏聚、砂眼、縮孔)、力學性能可靠;⑤在經(jīng)濟上,粉末冶金工藝能耗小。鑄造優(yōu)勢:①形狀不受限制;②適于制造大型零件;③零件生產(chǎn)批量小時,經(jīng)濟;④一般說來,工、模具費用低誠樸求是博學篤行粉末冶金與鑄造技術比較粉末冶金優(yōu)勢:鑄造優(yōu)勢:誠樸求是博187粉末冶金與熱模鍛技術比較粉末冶金優(yōu)勢:①粉末冶金制件精度比精鍛高;②粉末鍛造節(jié)省材料、重量控制精確、可無非邊鍛造,也能制造形狀較復雜制件;③粉末鍛造只需一副成形模具和一副鍛模;熱鍛需兩副以上鍛模、一副修邊模。熱模鍛優(yōu)勢:①可制造大型零件;②鍛件力學性能比燒結粉末冶金零件高,但與粉末鍛造件相當;③可制造形狀復雜程度較高的制品。誠樸求是博學篤行粉末冶金與熱模鍛技術比較粉末冶金優(yōu)勢:熱模鍛優(yōu)勢:誠樸求是1884.粉末冶金的優(yōu)點(1)粉末冶金方法生產(chǎn)的某些材料,與普通熔煉法相比,性能優(yōu)越。粉末冶金技術通常粉末冶金零件表面光潔、尺寸精確,與鑄造相比,可以最大限度地減少合金成分偏聚,消除粗大、不均勻的鑄造組織。生產(chǎn)難熔金屬材料或制品,一般要依靠粉末冶金法。例如:鎢、鉬等。(2)粉末冶金法制造機械零件是一種少切削、無切削的新工藝,可以大量減少機加工量而節(jié)省機床,節(jié)約金屬材料,提高勞動生產(chǎn)率。誠樸求是博學篤行4.粉末冶金的優(yōu)點(1)粉末冶金方法生產(chǎn)的某些材料,與普通熔1894.粉末冶金的優(yōu)點(3)粉末冶金能生產(chǎn)用普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊性能的材料。a、能控制制品的孔隙度。例如:多孔含油軸承等b、能利用金屬和金屬、金屬和非金屬的組合效果,生產(chǎn)各種特殊性能的材料。c、能生產(chǎn)各種復合材料。例如:金屬陶瓷、硬質(zhì)合金、彌散強化材料等絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法來制造。誠樸求是博學篤行4.粉末冶金的優(yōu)點(3)粉末冶金能生產(chǎn)用普通熔煉法無法生產(chǎn)的1904.粉末冶金的優(yōu)點(4)粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。(5)有可能制取高純度的材料。由于粉末冶金工藝在材料生產(chǎn)過程中并不熔化材料,也就不怕混入由坩堝和脫氧劑等帶來的雜質(zhì),而燒結一般在真空和還原氣氛中進行,不怕氧化,也不會給材料任何污染。4.粉末冶金的優(yōu)點(4)粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性191(1)粉末成本高。(2)模具費用大,制作加工比較困難。(3)結構復雜的零件和零件的薄壁、銳角等成型困難。燒結零件的韌性較差。(4)粉末冶金制品的大小和形狀受到一定的限制。(5)某些較細的金屬粉末有爆炸和起火的危險,貯存有困難。粉末冶金的缺點誠樸求是博學篤行(1)粉末成本高。粉末冶金的缺點誠樸求是博學篤行1925、應用及展望誠樸求是博學篤行5、應用及展望誠樸求是博學篤行193粉末冶金材料和制品種類及應用類別材料和制品的名稱機械零件和結構零件減磨材料多孔含油軸承鐵基含油軸承銅基含油軸承鋁基含油軸承金屬塑料減磨材料致密減磨材料機械零件鐵基機械零件有色金屬機械零件摩擦材料鐵基摩擦材料銅基摩擦材料多孔材料過濾器流體分布元件多孔電極發(fā)散發(fā)汗材料吸音材料密封材料誠樸求是博學篤行粉末冶金材料和制品種類及應用類別材料和制品的名稱機械零件和結194工具材料硬質(zhì)合金含鎢硬質(zhì)合金WC-CoWC-Ti-Co無鎢硬質(zhì)合金碳化鈦基硬質(zhì)合金碳化鉻基硬質(zhì)合金鋼結硬質(zhì)合金超硬材料立方氮化硼金剛石工具陶瓷工具材料粉末高速鋼磁性材料和電工材料磁性材料軟磁材料硬磁材料高溫磁性材料矩磁鐵氧體旋磁鐵氧體電接觸材料電觸頭材料金屬-金屬金屬-石墨金屬-金屬化合物電熱材料金屬電熱材料難熔金屬化合物誠樸求是博學篤行工具材料硬質(zhì)合金含鎢硬質(zhì)合金WC-CoWC-Ti-Co無鎢硬195耐熱材料粉末超合金粉末鎳基超合金粉末鈷基超合金難熔金屬及其合金金屬陶瓷高溫金屬陶瓷氧化物基碳化鈦基高溫涂層彌散強化材料氧化物彌散碳化物硼化物氮化物纖維強化材料原子能工程材料核燃料元件鈾合金化合物彌散強化其他原子能工程材料誠樸求是博學篤行耐熱材料粉末超合金粉末鎳基超合金粉末鈷基超合金難熔金屬及其合196粉末冶金技術的主要應用汽車工業(yè)是粉末冶金零件的最大應用市場誠樸求是博學篤行粉末冶金技術的主要應用汽車工業(yè)是粉末冶金零件的最大應用市場誠197汽車工業(yè)誠樸求是博學篤行汽車工業(yè)誠樸求是博學篤行198PMConnectingrodusedinBMWengines誠樸求是博學篤行PMConnectingrodusedinBMW199VVT鏈輪凸輪軸鏈輪平衡軸機構平衡軸鏈輪雙聯(lián)曲軸鏈輪機油泵總成誠樸求是博學篤行VVT鏈輪凸輪軸鏈輪平衡軸機構平衡軸鏈輪雙聯(lián)曲軸鏈輪機油泵總200EA888發(fā)動機真空泵總成水泵總成空調(diào)總成誠樸求是博學篤行EA888發(fā)動機真空泵總成水泵總成空調(diào)總成誠樸求是博學201進排氣座圈凸輪軸護圈搖臂支架氣門導管凸輪軸組件曲軸軸承蓋凸輪軸軸承蓋曲軸連桿桿導承誠樸求是博學篤行進排氣座圈凸輪軸護圈搖臂支架氣門導管凸輪軸組件曲軸軸承蓋凸輪202誠樸求是博學篤行誠樸求是博學篤行203MPIF確認VVT為PM里程碑技術真空泵燃油泵齒輪泵轉子泵內(nèi)外齒泵誠樸求是博學篤行MPIF確認VVT為PM里程碑技術真空泵燃油泵齒輪泵轉子泵內(nèi)204誠樸求是博學篤行誠樸求是博學篤行205鑄物產(chǎn)品誠樸求是博學篤行鑄物產(chǎn)品誠樸求是博學篤行206帶輪系列
Pulley鏈輪系列
SprocketGears軸承蓋系列
BearingCap同步器齒轂系列
SynchronicHub轉子齒輪系列
Rotor輪轂系列
Flange滑塊撥叉系列TransmissionParts轉向管柱系列
SteeringColumnParts空調(diào)壓縮機系列
AirCompressorParts誠樸求是博學篤行帶輪系列
Pulley鏈輪系列
SprocketGea207粉末冶金材料和制品的發(fā)展方向(1)與其他技術交叉產(chǎn)生新技術(2)向計算機控制集成自動化方向發(fā)展(3)粉末冶金近凈成形技術發(fā)展(4)粉末冶金快速成形技術發(fā)展(5)用于各種新材料及其成形加工誠樸求是博學篤行粉末冶金材料和制品的發(fā)展方向(1)與其他技術交叉產(chǎn)生新技術誠208(1)《粉末冶金原理和應用》
冶金工業(yè)出版社,美,萊內(nèi)爾著,1989;(2)《粉末冶金原理》
冶金工業(yè)出版社中南工業(yè)大學,黃培云主編,1982;誠樸求是博學篤行參考書(1)《粉末冶金原理和應用》誠樸求是博學篤行參考書209緒論1定義2粉末冶金工藝3發(fā)展簡史4粉末冶金的特點5應用及展望小結緒論小結210掌握粉末冶金的定義;掌握粉末冶金的特點;熟悉粉末冶金工藝;了解粉末冶金的發(fā)展史及應用;誠樸求是博學篤行教學要求掌握粉末冶金的定義;誠樸求是博學篤行教學要求211舉例說明兩種粉末冶金材料特點及其應用?思考題舉例說明兩種粉末冶金材料特點及其應用?思考題212在固態(tài)下制取粉末的方法包括(1)從固態(tài)金屬與合金制取金屬與合金粉末的有機械粉碎法和電化腐蝕法;(2)從固態(tài)金屬氧化物及鹽類制取金屬與合金粉末的有還原法;(3)從金屬和非金屬粉末、金屬氧化物和非金屬粉末制取金屬化合物粉末的有還原-化合法誠樸求是博學篤行1粉末的制取在固態(tài)下制(1)從固態(tài)金屬與合金制取金屬與合金粉末的有機械粉213在氣態(tài)制備粉末的方法包括(1)從金屬蒸氣冷凝制取金屬粉末的蒸氣冷凝法;(2)從氣態(tài)金屬羥基物離解制取金屬、合金以及包覆粉末的羰基物熱離解法;(3)從氣態(tài)金屬鹵化物氣相還原制取金屬、合金粉末以及金屬、合金涂層的氣相氫還原法;從氣態(tài)金屬鹵化物沉積制取金屬化合物粉末以及涂層的化學氣相沉積法。誠樸求是博學篤行在氣態(tài)制備粉末(1)從金屬蒸氣冷凝制取金屬粉末的蒸氣冷凝法;214在液態(tài)下制備粉末的方法包括(1)從液態(tài)金屬與合金制備金屬與合金粉末的霧化法;(2)從金屬鹽溶液置換和還原金屬、合金以及包覆粉末的置換法、溶液氫還原法;(3)從金屬鹽溶液電解制金屬與合金粉末的水溶液電解法;從金屬熔鹽電解制金屬和金屬化合物粉末的熔鹽電解法。誠樸求是博學篤行在液態(tài)下制備粉末(1)從液態(tài)金屬與合金制備金屬與合金粉末的霧215分類:機械法、物化法
誠樸求是博學篤行1粉末的制取機械法:是將原材料機械地粉碎,而化學成分基本上不發(fā)生變化的工藝過程。物化法:是借助化學或物理的作用,改變原材料的化學成分或聚集狀態(tài)而獲得粉末的工藝過程。分類:機械法、物化法誠樸求是博學篤行1粉末的制取機械法2161粉末的制取生產(chǎn)方法原材料粉末產(chǎn)品金屬粉末合金、化合物粉末物理化學法還原碳還原氣體還原金屬熱還原金屬氧化物金屬氧化物及鹽類金屬氧化物Fe,WFe,W,Mo,Ni,Co,CuFe-Mo,W-ReCr-Ni還原化合碳化或碳與金屬氧化物作用硼化或碳化硼法硅化或與硅與金屬氧化物作用氮化或與氮與金屬氧化物作用
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