第5章粉末冶金成形

1、第5章 粉末冶金成形粉末冶金是制取金屬粉末并通過成形和燒結(jié)等工藝將金屬粉末（或與非金屬粉末）的混合物制成制品的加工方法。特特 點點既可以制取用普通熔煉方法難以制取的特殊材料，又可以制造各種精密的機械零件省工省料模具和金屬粉末成本較高批量小時或制品尺寸過大時不宜采用5.1 粉末冶金基礎5.1.1 粉末的化學成分及性能 粉末通常指尺寸小于1mm的離散顆粒的集合體，顆粒尺寸一般以微米（m）或納米（nm）計量。1粉末的化學成分 常用的金屬粉末有鐵、銅、鋁等及其合金的粉末,雜質(zhì)和氣體的含量一般不超過1%2% 顆粒形狀顆粒形狀 常見的有球狀、粒狀、片狀和針狀等 粒度粒度 單個粉末顆粒的線性尺寸 粒度分布粒

2、度分布 按粒度不同分為若干級，每一級粉末 （按質(zhì)量、數(shù)量或體積）所占的百分比。 比表面積比表面積 單位質(zhì)量粉末的總表面積 2粉末的物理性能3粉末的工藝性能流動性流動性： 粉末的流動能力，采用球形或接近球形 的顆粒及較寬的粒度分布，有利于提高 粉末的流動性。松裝密度松裝密度：在規(guī)定條件下粉末自由填充單位容積的質(zhì) 量。采用密度較高的粉末、球形或接近 球形的顆粒、較粗的粒度或較寬的粒度分 布，均有利于提高粉末的松裝密度。 壓縮性壓縮性：在加壓條件下粉末被壓縮的程度，提高壓 制壓力或松裝密度、減小壓制速度或粉末 顆粒的強度，均有利于提高粉末的壓縮性， 從而提高壓坯的密度。 成形性成形性：粉末被壓縮成一

3、定形狀并在后續(xù)加工中 保持這種形狀的能力，在一定壓力下獲 得的壓坯強度越高，則成形性越好。5.1.2粉末冶金的機理n 壓制和燒結(jié)是粉末冶金的二個重要工序1壓制的機理 壓制是在模具或其它容器中，在外力作用下，將粉末緊實成具有預定形狀和尺寸的工藝過程。 壓縮過程中，隨著粉末的移動和變形，較大的空隙被填充，顆粒表面的氧化膜被破碎，接觸面積增大，使原子間產(chǎn)生吸引力且顆粒間的機械楔合作用增強，從而形成具有一定密度和強度的壓坯。 2燒結(jié)的機理燒結(jié)是粉末或壓坯在低于主要組分熔點的溫度下的熱處理，目的在于通過顆粒間的冶金結(jié)合以提高其強度，是粉末冶金的一個關(guān)鍵工序 。 水和有機物的蒸發(fā)或揮發(fā)、吸附氣體的排除、應

4、力的消除以及粉末顆粒表面氧化物的還原等，粉末表層原子間的相互擴散和塑性流動。還會產(chǎn)生再結(jié)晶和晶粒長大，有時還會出現(xiàn)固相的熔解和重結(jié)晶。 v 以上各過程往往相互重疊，相互影響 5.2 粉末冶金工藝金屬粉末的制取預處理坯料的成形燒結(jié)后處理5.2.1粉末的制取 機械法和物理化學法兩大類1機械法用機械力將原材料粉碎而化學成分基本不發(fā)生變化的工藝過程 。球磨法球磨法：用于脆性材料及合金 研磨法研磨法：用于金屬絲或小塊邊 角料霧化法霧化法：用于熔點較低的金屬 2物理化學法借助物理或化學作用，改變物料的化學成分或聚集狀態(tài)而獲取粉末的方法。 還原法還原法：用還原劑還原金屬氧化物或鹽類，使其成為金屬粉末的方法，

5、最常用，工藝簡便、成本較低，適用于由金屬氧化物或鹵族化合物制粉。 電解法電解法：在溶液或熔鹽中通入直流電，使金屬離子電解析出成為金屬粉末的方法?？芍频酶呒兌确勰杀据^高，適用于從金屬鹽類中制取粉末 。熱離解法熱離解法：將金屬與CO、H2或Hg作用，生成化合物或汞齊（即汞合金），再加熱使其分解出CO、H2或Hg，從而制得金屬粉末的方法。用于能與CO、H2或Hg作用生成化合物或汞齊的金屬。 5.2.2粉末的預處理1分級將粉末按粒度分成若干級的過程。 使配料時易于控制粉末的粒度和粒度分布，以適應成形工藝的要求。2混合將兩種或兩種以上不同成分的粉末均勻摻合的過程 通過混合可獲得所需的組分。 為提高

6、粉料的成形性能，常需加入某些添加劑，如用于提高壓坯強度或防止粉末成分偏析的增塑劑，用于減少顆粒間及壓坯與模壁間摩擦的潤滑劑。3制粒為改善粉末流動性而使較細顆粒團聚成粗粉團粒的工藝。5.2.3成形 將粉末轉(zhuǎn)變成具有所需形狀的凝聚體的過程。 1模壓： 通過模沖加壓使剛性封閉模中的粉末密實成形。 單向壓制單向壓制：模具簡單，操作方便，生產(chǎn)效率高，但制品密度不均勻，適于壓制高度或厚度較小的制品。 雙向壓制雙向壓制：壓坯密度較單向壓制均勻，適于壓制高度或厚度較大的制品 。浮動模壓制浮動模壓制：浮動模壓制 壓坯密度較均勻，適于壓制 高度或厚度較大的制品。2粉末軋制 將粉末引入一對旋轉(zhuǎn)軋輥之間使其壓實成連續(xù)

7、帶坯的方法。 適用于生產(chǎn)多孔材料、摩擦材料、復合材料和硬質(zhì)合金等的板材及帶材。3擠壓成形 將置于擠壓筒內(nèi)的粉末、壓坯或燒結(jié)體通過模孔壓出的成形方法。 設備簡單、生產(chǎn)率高，可以獲得沿長度方向密度均勻的制品。用于生產(chǎn)截面較簡單的條、棒和螺旋形條、棒（如麻花鉆）。4等靜壓制 對粉末（或壓坯）表面或?qū)ρb粉末（或壓坯）的軟膜表面施以各向大致相等的壓力的壓制方法 。(1)冷等靜壓制： 在室溫下的等靜壓制，壓力傳遞媒介通常為液體 冷等靜壓制壓坯密度較高，較均勻，力學性能較好，形狀可較復雜，尺寸可較大 (2)熱等靜壓制： 高溫下的等靜壓制 同時進行壓制和燒結(jié)，壓制壓力和燒結(jié)溫度均低于冷等靜壓制，能耗較低，生產(chǎn)

8、效率較高；制品密度高且均勻，晶粒細小，力學性能較高，形狀和尺寸不受限制；但投資大。 用于粉末高速鋼，難熔金屬，高溫合金和金屬陶瓷等制品的生產(chǎn)。5松裝燒結(jié)成形 粉末未經(jīng)壓制有直接進行的燒結(jié)。 可用于多孔材料的生產(chǎn) 6粉漿澆注 將粉末中加入懸浮劑、水等并調(diào)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。 粉漿澆注設備簡單、成本低，但生產(chǎn)效率低， 適于成形形狀復雜的大型制品 用于生產(chǎn)硬質(zhì)合金、高溫合金等制品。7爆炸成形借助爆炸波的高能量使粉末固結(jié)的成形方法。 可加工普通壓制和燒結(jié)工藝難以成形的材料，如難熔金屬、高合金材料等，且成形密度接近于理論密度。還可壓制普通壓力機無法壓制的大型壓坯。

9、5.2.4燒結(jié) 按一定的規(guī)范加熱到規(guī)定高溫并保溫一段時間，使壓坯獲得一定物理與力學性能的工序。1連續(xù)燒結(jié)和間歇燒結(jié)(1)連續(xù)燒結(jié)連續(xù)燒結(jié)：待燒結(jié)材料連續(xù)地或平穩(wěn)、分段地通過具有脫臘、預熱、燒結(jié)或冷卻區(qū)段的燒結(jié)爐進行燒結(jié)的方式。 生產(chǎn)效率高，適用于大批、大量生產(chǎn) (2)間歇燒結(jié)間歇燒結(jié)：在爐內(nèi)分批燒結(jié)零件的方式。 通過對爐溫控制進行所需的預熱，加熱及冷卻循環(huán) 生產(chǎn)效率較低，適用于單件、小批生產(chǎn)2固相燒結(jié)和液相燒結(jié)(1)固相燒結(jié)固相燒結(jié)：燒結(jié)速度較慢，制品強度較低 (2)液相燒結(jié)液相燒結(jié)：燒結(jié)速度較快，制品強度較高，用于具 有特殊性能的制品如硬質(zhì)合金、金屬陶瓷等 3影響粉末制品燒結(jié)質(zhì)量的因素粉末制

10、品的燒結(jié)質(zhì)量取決于燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間和燒結(jié)氣氛等因素。 (1)燒結(jié)溫度和時間： 燒結(jié)溫度過高或或過低，時間過長或過短，都會使產(chǎn)品性能下降。(2)燒結(jié)氣氛： 燒結(jié)時通常采用還原性氣氛，以防壓坯燒損并可使表面氧化物還原。對于活性金屬或難熔金屬還可采用真空燒結(jié)。 5.2.5 后處理 根據(jù)產(chǎn)品的具體要求，可對燒結(jié)后的壓坯進一步處理 。常用的后處理方法復壓、浸漬、熱處理、表面處理等。 還可通過鍛壓、焊接、切削加工、特種加工等方法進一步改變燒結(jié)體的形狀或提高精度，以滿足零件的最終要求。1盡量采用簡單、對稱的形狀，避免截面變化過大以及窄槽、球面等，以利于制模和壓實， 5.3粉末冶金零件結(jié)構(gòu)的工藝性2避免局部薄壁，以利于裝粉壓實和防止出現(xiàn)裂紋，如圖5-8所示。3避免側(cè)壁上的溝槽和凹孔，以利于壓實或減少余塊 4避免沿壓制方向截面積漸增，以利壓實。各壁的交接處應采用圓角過渡，以利于壓實及避免應力集中 5.4.1 制粉方法 1機械合金化 2超微粉制造技術(shù) 5.4