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1、本章內(nèi)容本章內(nèi)容3.1 成形前的粉末冶金成形前的粉末冶金3.2 模壓成形技術(shù)模壓成形技術(shù)3.3 等靜壓成形等靜壓成形3.4 粉末連續(xù)成形粉末連續(xù)成形3.5 粉漿澆注粉漿澆注3.6 粉末注射成形粉末注射成形 第一節(jié)第一節(jié) 成形前的粉末冶金(成形料準(zhǔn)備)成形前的粉末冶金(成形料準(zhǔn)備)一、對(duì)成形料的要求(以鐵基粉末冶金為例)(一)(一) 成分要求成分要求 1. 主要元素:主要元素:Fe 符合一定標(biāo)準(zhǔn)符合一定標(biāo)準(zhǔn) 2. 合金元素:合金元素:種類很多種類很多 作用:作用:提高力學(xué)、物理性能、控制尺寸穩(wěn)定性提高力學(xué)、物理性能、控制尺寸穩(wěn)定性 加入方式:加入方式:元素混合、預(yù)合金狀態(tài)元素混合、預(yù)合金狀態(tài) 比

2、較(下頁(yè)圖)!比較(下頁(yè)圖)! 注意:注意:石墨石墨特殊的合金元素、多功能性!特殊的合金元素、多功能性!目的:目的:準(zhǔn)備具有一定組成和物理工藝性能的成形混合料。準(zhǔn)備具有一定組成和物理工藝性能的成形混合料。 3. 成形劑和潤(rùn)滑劑(前述)成形劑和潤(rùn)滑劑(前述)Fe基常用:基常用: 硬脂酸、硬脂酸鋅(鋰)、石墨、硫磺、機(jī)油等硬脂酸、硬脂酸鋅(鋰)、石墨、硫磺、機(jī)油等 比較:比較:S在粉末燒結(jié)鋼與鑄鋼中的不同作用!在粉末燒結(jié)鋼與鑄鋼中的不同作用! 機(jī)油的作用:機(jī)油的作用: 1)防止比重偏析)防止比重偏析 2)減少粉塵)減少粉塵 3)嚴(yán)重降低粉末流動(dòng)性:用量嚴(yán)格控制?。﹪?yán)重降低粉末流動(dòng)性:用量嚴(yán)格控制!

3、(二)成形料粒度和松裝比重的調(diào)整(二)成形料粒度和松裝比重的調(diào)整 1. 成形料粒度和粒度組成的調(diào)整成形料粒度和粒度組成的調(diào)整 (1)原料粒度影響制品性能)原料粒度影響制品性能 (2)根據(jù)制品性能要求來(lái))根據(jù)制品性能要求來(lái) 確定粒度和粒度組成確定粒度和粒度組成 高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件:高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件:細(xì)粉,范圍寬細(xì)粉,范圍寬 含油軸承:含油軸承:稍粗、范圍窄稍粗、范圍窄 一般一般 -80100目目 2. 成形料松裝密度的調(diào)整成形料松裝密度的調(diào)整 松裝密度是最重要的工藝性能之一!松裝密度是最重要的工藝性能之一! 如何調(diào)整:如何調(diào)整: (1)粉末篩粉分級(jí)后根據(jù)要求合批;)粉末篩粉分級(jí)后根據(jù)要求合批; (2)粉末

4、中加入機(jī)油,顯著降低松裝密度;)粉末中加入機(jī)油,顯著降低松裝密度; (3)粉末退火后球磨,松裝密度隨球磨時(shí)間變化。)粉末退火后球磨,松裝密度隨球磨時(shí)間變化。 二、原料金屬粉末的還原、退火 (Reduction or annealing)作用作用: : 降低氧碳含量,提高純度降低氧碳含量,提高純度 消除加工硬化,改善粉末壓制性能(前者亦然)消除加工硬化,改善粉末壓制性能(前者亦然) 消除長(zhǎng)期放置所吸附氣體等消除長(zhǎng)期放置所吸附氣體等注意:此項(xiàng)工作絕大多數(shù)由粉末生產(chǎn)廠家完成三、分級(jí) 分級(jí):分級(jí):將粉末按粒度大小分成若干等級(jí)。將粉末按粒度大小分成若干等級(jí)。 常用分級(jí)方法:常用分級(jí)方法:篩分分級(jí):篩分分

5、級(jí): 旋風(fēng)分級(jí)、離心分級(jí)、沉降分級(jí)等。旋風(fēng)分級(jí)、離心分級(jí)、沉降分級(jí)等。 粉末的粒度及粒度組成不同,影響壓制和燒結(jié)工藝,且粉末的粒度及粒度組成不同,影響壓制和燒結(jié)工藝,且對(duì)產(chǎn)品的最終性能也有重要影響!對(duì)產(chǎn)品的最終性能也有重要影響! 采用細(xì)顆粒粉末制成的產(chǎn)品,其強(qiáng)度較粗顆粒的高韌性采用細(xì)顆粒粉末制成的產(chǎn)品,其強(qiáng)度較粗顆粒的高韌性也好。也好。四、合批與混合四、合批與混合 (blending,mixing) 合批:合批:同質(zhì)、不同粒度粉末混和均勻過(guò)程;同質(zhì)、不同粒度粉末混和均勻過(guò)程; 混合:混合:將不同成分(材質(zhì))的粉末混和均勻過(guò)程。將不同成分(材質(zhì))的粉末混和均勻過(guò)程。 (一)合批和混合的目的(一)

6、合批和混合的目的 1. 不同成分混合均勻;不同成分混合均勻; 2. 消除運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的偏析或生產(chǎn)過(guò)程中不同消除運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的偏析或生產(chǎn)過(guò)程中不同 批號(hào)粉末之間的性能差異批號(hào)粉末之間的性能差異 3. 混入合金元素混入合金元素 4. 調(diào)整松裝密度和流動(dòng)性調(diào)整松裝密度和流動(dòng)性 5. 混入潤(rùn)滑劑、成形劑等混入潤(rùn)滑劑、成形劑等(二)影響混合的因素(二)影響混合的因素 1.1.粉末特性粉末特性 比重、粒度及組成、相對(duì)含量等比重、粒度及組成、相對(duì)含量等 2.2.裝料量、球料比、研磨體的尺寸及其搭配裝料量、球料比、研磨體的尺寸及其搭配 3.3.混合機(jī)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)速混合機(jī)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)速 臨界轉(zhuǎn)速:臨界轉(zhuǎn)速:n

7、臨臨 = 32 D-1/2 (rpm)4. 混合方式混合方式(1)機(jī)械法混合:)機(jī)械法混合:多種原料粉末在混料機(jī)中混合均勻得到混多種原料粉末在混料機(jī)中混合均勻得到混 合料。合料。機(jī)械混合分為:干混、濕混機(jī)械混合分為:干混、濕混干混:干混:在空氣或惰性氣體中混合,鐵基及其它粉末冶金零在空氣或惰性氣體中混合,鐵基及其它粉末冶金零 件的生產(chǎn)(多不采用磨介)件的生產(chǎn)(多不采用磨介) 濕磨混合法:濕磨混合法:在液體介質(zhì)中混合,在液體介質(zhì)中混合,多同時(shí)加入磨介(球)多同時(shí)加入磨介(球) 廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金、含易氧化組分材料;廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金、含易氧化組分材料; WCWC與與CoCo粉之間除產(chǎn)生一般的混合

8、均勻效果,還發(fā)生顯粉之間除產(chǎn)生一般的混合均勻效果,還發(fā)生顯 著的細(xì)化效果,一般采用工業(yè)酒精作為研磨介質(zhì)著的細(xì)化效果,一般采用工業(yè)酒精作為研磨介質(zhì)濕磨的主要優(yōu)點(diǎn):濕磨的主要優(yōu)點(diǎn): 有利于環(huán)境保護(hù)有利于環(huán)境保護(hù) 無(wú)粉塵飛揚(yáng)和減輕噪音無(wú)粉塵飛揚(yáng)和減輕噪音 提高破碎效率,有利于粉末顆粒的細(xì)化提高破碎效率,有利于粉末顆粒的細(xì)化 保護(hù)粉末不氧化保護(hù)粉末不氧化(2)化學(xué)法混合:多在溶液中,通過(guò)反應(yīng)同時(shí)生成均勻混)化學(xué)法混合:多在溶液中,通過(guò)反應(yīng)同時(shí)生成均勻混合的產(chǎn)物(或前驅(qū)體),或包覆粉末合的產(chǎn)物(或前驅(qū)體),或包覆粉末: 混合較機(jī)械法更為均勻混合較機(jī)械法更為均勻,可以實(shí)現(xiàn)原子尺度的混合可以實(shí)現(xiàn)原子尺度的混

9、合例例:A. W-Cu-Ni包覆粉末的制造工藝:包覆粉末的制造工藝: W粉粉+Ni(NO3)2 溶液溶液混合混合熱解還原(熱解還原(700- 750) W-Ni包覆粉包覆粉 + CuCl2溶液溶液混合混合 熱解還原(熱解還原(400-450)W-Cu-Ni包覆粉末包覆粉末B. Cu-AlB. Cu-Al2 2O O3 3復(fù)合包覆粉末的制備:復(fù)合包覆粉末的制備:Cu(NOCu(NO3 3) )2 2+Ni(NO+Ni(NO3 3) )2 2 溶液溶液加氨水(加氨水(pHpH)過(guò)濾、洗滌、干過(guò)濾、洗滌、干燥、煅燒燥、煅燒 CuO+AlCuO+Al2 2O O3 3 H H2 2還原還原Cu-Al2

10、OCu-Al2O3 3復(fù)合粉末復(fù)合粉末五、五、 造粒(制粒)造粒(制粒) pelletizing or granulating 目的目的獲得團(tuán)粒:獲得團(tuán)粒: 改善細(xì)小顆?;蛴操|(zhì)粉末的成形性改善細(xì)小顆粒或硬質(zhì)粉末的成形性 添加粘結(jié)劑、添加粘結(jié)劑、改善流動(dòng)性改善流動(dòng)性 進(jìn)行自動(dòng)壓制或壓制形狀較復(fù)雜的大型進(jìn)行自動(dòng)壓制或壓制形狀較復(fù)雜的大型P/M制品制品 減小顆粒間的摩擦力,大幅度降低顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦面積減小顆粒間的摩擦力,大幅度降低顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦面積原理:原理: 借助于聚合物的粘結(jié)作用將若干細(xì)小顆粒形成團(tuán)粒借助于聚合物的粘結(jié)作用將若干細(xì)小顆粒形成團(tuán)粒制粒方法:制粒方法: 擦篩制粒擦篩制粒 傳統(tǒng)硬質(zhì)

11、合金生產(chǎn)傳統(tǒng)硬質(zhì)合金生產(chǎn) 旋轉(zhuǎn)盤(pán)制粒旋轉(zhuǎn)盤(pán)制粒 擠壓制粒擠壓制粒 噴霧干燥噴霧干燥 最先進(jìn)的制粒方法之一。最先進(jìn)的制粒方法之一。 第二節(jié)第二節(jié) 模壓成形技術(shù)(模壓成形技術(shù)(Compaction Technique) 模壓成形是將金屬粉末或粉末混合料裝入鋼制壓模(陰模)中,通過(guò)模沖對(duì)粉末加壓,卸壓后脫模,得到壓坯的過(guò)程。(一)(一)模壓成形的特點(diǎn)模壓成形的特點(diǎn)1. 效率高;2. 成本較低;3. 工序少;4. 應(yīng)用受限(壓坯尺寸、形狀、密度等)一、概述一、概述A: highest, B: median, C: lowest(二)(二) 模壓成形的發(fā)展方向模壓成形的發(fā)展方向 高強(qiáng)度、高精度、復(fù)雜形狀

12、結(jié)構(gòu)零件的生產(chǎn)粉末混合料粉末混合料稱量、裝模稱量、裝模壓制、保壓壓制、保壓卸壓卸壓脫模脫模粉末壓坯粉末壓坯Powder mixWeighting,filling CompactingcompactsEjection二、稱料和裝粉二、稱料和裝粉1.1.裝粉裝粉要求:要求:保證各高度(料腔)處裝填系數(shù)相同!保證各高度(料腔)處裝填系數(shù)相同!2. 基本方法:基本方法: (1)手工裝粉)手工裝粉重量法重量法 要求:要求: 保證粉料重量在允許誤差范圍內(nèi);保證粉料重量在允許誤差范圍內(nèi); 裝料均勻,尤注意邊角處的充填;裝料均勻,尤注意邊角處的充填; 不能過(guò)分振動(dòng)陰模,防止比重輕的組元上浮產(chǎn)不能過(guò)分振動(dòng)陰模,

13、防止比重輕的組元上浮產(chǎn) 生偏析生偏析 多臺(tái)階壓坯,要嚴(yán)格控制各料腔的裝填高度。多臺(tái)階壓坯,要嚴(yán)格控制各料腔的裝填高度。 (2 2)自動(dòng)裝粉)自動(dòng)裝粉容量法容量法 裝于料倉(cāng)中的粉末,通過(guò)送料器自動(dòng)地送入陰模模腔中。裝于料倉(cāng)中的粉末,通過(guò)送料器自動(dòng)地送入陰模模腔中。 自動(dòng)裝料是自動(dòng)壓制的一個(gè)重要的工藝步驟!自動(dòng)裝料是自動(dòng)壓制的一個(gè)重要的工藝步驟!常用的裝料方式有:常用的裝料方式有: 落入(下)法、吸入法、多余裝料法、超滿裝料法、落入(下)法、吸入法、多余裝料法、超滿裝料法、零腔裝料法、不滿裝料法零腔裝料法、不滿裝料法 (圖)(圖) 落入法裝料落入法裝料吸入法裝料吸入法裝料 多余裝料法多余裝料法 零

14、腔裝料法零腔裝料法 超滿裝料法超滿裝料法 不滿裝料法不滿裝料法 雙料斗裝料法雙料斗裝料法 常用裝粉方法示意圖常用裝粉方法示意圖三、壓制三、壓制(一)(一) 壓制行程壓制行程1. 定義:定義:為得到一定密度壓坯,模沖壓制粉末時(shí)必須移動(dòng)的為得到一定密度壓坯,模沖壓制粉末時(shí)必須移動(dòng)的 最小距離。壓制行程等于粉料在陰模中的松裝高度與壓坯高最小距離。壓制行程等于粉料在陰模中的松裝高度與壓坯高 度之差。度之差。2.2.控制方法:控制方法: (1)模沖行程控制法:)模沖行程控制法: 采用高度限位塊、行程開(kāi)關(guān)等;采用高度限位塊、行程開(kāi)關(guān)等; 高度精度高,但密度誤差可能大,應(yīng)嚴(yán)格控制裝粉量高度精度高,但密度誤差

15、可能大,應(yīng)嚴(yán)格控制裝粉量! (2)壓制壓力控制法)壓制壓力控制法 根據(jù)密度根據(jù)密度-壓力關(guān)系,控制壓機(jī)壓力(壓力表壓力關(guān)系,控制壓機(jī)壓力(壓力表 讀數(shù))讀數(shù)) 各壓坯密度較一致,但高度誤差可能較大,各壓坯密度較一致,但高度誤差可能較大, 應(yīng)嚴(yán)格控制裝粉量,壓力表精度要高應(yīng)嚴(yán)格控制裝粉量,壓力表精度要高! 實(shí)際生產(chǎn)中:兩種方法結(jié)合使用?。ǘ褐品绞郊捌溥x擇(二)壓制方式及其選擇 (三)壓制壓力、保壓時(shí)間、壓制速度的選擇(三)壓制壓力、保壓時(shí)間、壓制速度的選擇1. 壓制壓力壓制壓力 根據(jù)密度根據(jù)密度- -單位壓制壓力關(guān)系(經(jīng)驗(yàn)公式或曲單位壓制壓力關(guān)系(經(jīng)驗(yàn)公式或曲線)線) 確定單位壓制壓力確定單

16、位壓制壓力 計(jì)算總壓制壓計(jì)算總壓制壓力力 選擇壓機(jī)噸位選擇壓機(jī)噸位 注意:壓機(jī)的使用壓力與總噸位注意:壓機(jī)的使用壓力與總噸位 2.2.保壓時(shí)間保壓時(shí)間 根據(jù)壓坯材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜程度而定根據(jù)壓坯材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜程度而定 3.3.壓制速度(后述)壓制速度(后述) 四、脫模(一)(一)脫模的基本方式脫模的基本方式 1. 頂出式脫模:頂出式脫模:陰模固定不動(dòng),通過(guò)上下模沖的運(yùn)動(dòng)陰模固定不動(dòng),通過(guò)上下模沖的運(yùn)動(dòng)將壓坯從陰模中脫出。將壓坯從陰模中脫出。 又分:又分: 下頂出下頂出手動(dòng)壓制中常用;手動(dòng)壓制中常用; 上頂出上頂出自動(dòng)壓制中常用自動(dòng)壓制中常用 2. 拉下式脫模:上模沖撤回,陰模向下陰模拉動(dòng),

17、使拉下式脫模:上模沖撤回,陰模向下陰模拉動(dòng),使壓坯脫出。壓坯脫出。 (二)脫模的基本原則(二)脫模的基本原則 1. 速度快、連續(xù)平穩(wěn);速度快、連續(xù)平穩(wěn); 2. 對(duì)側(cè)向加壓壓坯,先撤垂直壓力,后撤側(cè)向壓力對(duì)側(cè)向加壓壓坯,先撤垂直壓力,后撤側(cè)向壓力 3. 合理選擇脫模方式:合理選擇脫模方式: 柱狀壓坯,可頂出或拉下式柱狀壓坯,可頂出或拉下式 帶發(fā)蘭壓坯多拉下式帶發(fā)蘭壓坯多拉下式 強(qiáng)動(dòng)壓制多拉下式強(qiáng)動(dòng)壓制多拉下式 拉下式脫模速度快,更適合大規(guī)模生產(chǎn)。拉下式脫模速度快,更適合大規(guī)模生產(chǎn)。 柱狀壓坯,采用頂出式脫模柱狀壓坯,采用頂出式脫模 柱狀壓坯,采用拉下式脫模柱狀壓坯,采用拉下式脫模 強(qiáng)動(dòng)壓制,一般

18、采用拉下式脫模強(qiáng)動(dòng)壓制,一般采用拉下式脫模 帶摩擦芯桿壓制,一般采用頂出式脫模帶摩擦芯桿壓制,一般采用頂出式脫模 五、五、模壓成形新技術(shù)模壓成形新技術(shù)(一)粉末高速壓制成形(一)粉末高速壓制成形(High velocity compaction,HVC) 壓制壓力壓制壓力600-1000MPa、壓制速度、壓制速度2-30m/s下對(duì)粉末進(jìn)行高下對(duì)粉末進(jìn)行高能錘擊:能錘擊: 可將壓坯密度提高可將壓坯密度提高0.3g/cm3以上;以上; 結(jié)合模壁潤(rùn)滑,生坯密度可達(dá)結(jié)合模壁潤(rùn)滑,生坯密度可達(dá)7.6g/cm3以上以上 結(jié)合模壁潤(rùn)滑加溫壓,生坯密度可達(dá)結(jié)合模壁潤(rùn)滑加溫壓,生坯密度可達(dá)7.7g/cm3。(二

19、)(二) 粉末溫壓成形(粉末溫壓成形(Warm compaction,pressing) 1. 概述概述 (1 1) 定義:定義:添加專門(mén)粘結(jié)劑的粉末與模具被加熱到較低添加專門(mén)粘結(jié)劑的粉末與模具被加熱到較低 溫度(一般溫度(一般150150)后進(jìn)行的剛模壓制。)后進(jìn)行的剛模壓制。 除粉末與模具需加熱以外,與常規(guī)模壓幾乎相同;除粉末與模具需加熱以外,與常規(guī)模壓幾乎相同; 與熱壓不同,溫壓加熱溫度低(熱壓溫度高于主要組與熱壓不同,溫壓加熱溫度低(熱壓溫度高于主要組 分的再結(jié)晶溫度)。分的再結(jié)晶溫度)。 (2 2) 溫壓技術(shù)開(kāi)發(fā)的原動(dòng)力溫壓技術(shù)開(kāi)發(fā)的原動(dòng)力 汽車特別是轎車工業(yè)急需低成本、高性能的鐵基

20、汽車特別是轎車工業(yè)急需低成本、高性能的鐵基PMPM零零部件。部件。A. A. 高致密度壓坯燒結(jié)可以獲得高密度高性能零部件;高致密度壓坯燒結(jié)可以獲得高密度高性能零部件;B. B. 材質(zhì)調(diào)整和后處理也可改善鐵基材質(zhì)調(diào)整和后處理也可改善鐵基PMPM零部件力學(xué)性能,零部件力學(xué)性能,但:但: 潛力已幾乎發(fā)揮到極限。潛力已幾乎發(fā)揮到極限。 提高鐵基提高鐵基P/MP/M零部件密度的技術(shù)途徑零部件密度的技術(shù)途徑 復(fù)壓復(fù)壓- -復(fù)燒工藝復(fù)燒工藝 密度密度92%92%左右,形狀復(fù)雜程度有限,成本較高左右,形狀復(fù)雜程度有限,成本較高 浸銅(熔滲)浸銅(熔滲) 密度大于密度大于95%95%,表面較粗糙,形狀、成分設(shè)計(jì)

21、有限,表面較粗糙,形狀、成分設(shè)計(jì)有限, 成本高成本高 液相燒結(jié)液相燒結(jié) 密度可達(dá)密度可達(dá)93%93%,變形較大,零件精度低,尺寸控制困,變形較大,零件精度低,尺寸控制困 難,成分設(shè)計(jì)有限難,成分設(shè)計(jì)有限 粉末鍛造粉末鍛造 全致密,但尺寸精度低,形狀受限,成本昂貴全致密,但尺寸精度低,形狀受限,成本昂貴(3 3)溫壓的特點(diǎn))溫壓的特點(diǎn) 低成本制造高性能低成本制造高性能P/M零部件零部件 相對(duì)成本:相對(duì)成本:若若WP=1.0,則,則1P1S0.8;2P2S=1.3; CI(浸銅)(浸銅)=1.5;PF=1.8 工序少,模具壽命長(zhǎng),零件形狀復(fù)雜程度提高工序少,模具壽命長(zhǎng),零件形狀復(fù)雜程度提高 壓坯密

22、度高壓坯密度高 相對(duì)密度提高相對(duì)密度提高0.02-0.06,即孔隙度降低,即孔隙度降低2-6% 便于制造形狀復(fù)雜的零部件便于制造形狀復(fù)雜的零部件 低脫模壓力:低脫模壓力:30%;高壓坯強(qiáng)度,;高壓坯強(qiáng)度,25-100%; 彈性后效?。簭椥院笮。?0%;密度分布均勻,;密度分布均勻, 密度差:密度差:0.1-0.2g/cm3粉末原料(擴(kuò)散粘結(jié)鐵粉粉末原料(擴(kuò)散粘結(jié)鐵粉+ +新型潤(rùn)滑劑新型潤(rùn)滑劑)粉末加熱(粉末加熱(130130)陰模裝粉(陰模裝粉(130-150130-150)溫壓溫壓溫壓壓坯溫壓壓坯燒結(jié)燒結(jié)溫壓零部件溫壓零部件 陰模加熱:陰模加熱:多采用電阻加熱多采用電阻加熱 粉末加熱:粉末

23、加熱: 熱油循環(huán)加熱:熱油循環(huán)加熱:溫控穩(wěn)定性好,不易過(guò)熱溫控穩(wěn)定性好,不易過(guò)熱 微波加熱:微波加熱:加熱速度快,但存在過(guò)熱和微波加熱速度快,但存在過(guò)熱和微波 外泄(安全)問(wèn)題外泄(安全)問(wèn)題 感應(yīng)加熱:感應(yīng)加熱:與微波相似與微波相似 電阻加熱:電阻加熱:加熱速度較快,存在過(guò)熱問(wèn)題加熱速度較快,存在過(guò)熱問(wèn)題(1)塑性變形得以充分進(jìn)行)塑性變形得以充分進(jìn)行 加工硬化速度和程度降低加工硬化速度和程度降低(2)減小粉末與模壁間的摩擦、降低粉末顆粒間的內(nèi)摩)減小粉末與模壁間的摩擦、降低粉末顆粒間的內(nèi)摩擦,便于顆粒間的相互填充和顆粒重排擦,便于顆粒間的相互填充和顆粒重排 顆粒的塑性變形進(jìn)一步促進(jìn)顆粒重排

24、,成為后期的顆粒的塑性變形進(jìn)一步促進(jìn)顆粒重排,成為后期的主導(dǎo)致密化機(jī)理。主導(dǎo)致密化機(jī)理。01002003004005006007000.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.60Pressure/MPac(p)Plastic deformation, C2(P)Particle rearrangement, C1(P)Powdered MetalTransmission Gear Warm compaction method with 1650-ton press Teeth are molded net shape: No machi

25、ning UTS = 155,000 psi 30% cost savings over the original forged 第三節(jié)第三節(jié) 等靜壓成形(等靜壓成形(Isostatic pressing)原理:原理: 借助于高壓泵的作用將流體介質(zhì)壓入耐高壓鋼質(zhì)密閉容借助于高壓泵的作用將流體介質(zhì)壓入耐高壓鋼質(zhì)密閉容器器高壓流體的靜壓力直接作用于彈性模套內(nèi)的粉末體上;高壓流體的靜壓力直接作用于彈性模套內(nèi)的粉末體上; 依照帕斯卡原理依照帕斯卡原理, ,粉末體受到各個(gè)方向上大致相等的壓力粉末體受到各個(gè)方向上大致相等的壓力作用;作用; 消除了粉末與模套之間的外摩擦消除了粉末與模套之間的外摩擦達(dá)到同一密

26、度所需壓力達(dá)到同一密度所需壓力較模壓降低較模壓降低冷等靜壓原理圖冷等靜壓原理圖1.壓坯密度的分布:壓坯密度的分布: 模具(包套)與粉末同步運(yùn)動(dòng),沒(méi)有外摩擦力模具(包套)與粉末同步運(yùn)動(dòng),沒(méi)有外摩擦力 軸向密度分布均勻軸向密度分布均勻 內(nèi)摩擦力的存在,徑向密度分布有內(nèi)摩擦力的存在,徑向密度分布有輕微輕微的不均勻性的不均勻性 經(jīng)典的壓制方程來(lái)描述仍適用經(jīng)典的壓制方程來(lái)描述仍適用 2. 粉末致密化的阻力粉末致密化的阻力 a)顆粒間摩擦(內(nèi)摩擦):顆粒間摩擦(內(nèi)摩擦): 粉末顆粒的表面形貌、粉末顆粒形狀、粉末顆粒尺寸粉末顆粒的表面形貌、粉末顆粒形狀、粉末顆粒尺寸 b)顆粒本身的變形能力:)顆粒本身的變形

27、能力:顯微硬度顯微硬度(二)冷等靜壓設(shè)備(二)冷等靜壓設(shè)備冷等靜壓機(jī)組成:冷等靜壓機(jī)組成:高壓容器高壓容器 + + 流體加壓泵流體加壓泵 + + 輔助設(shè)備輔助設(shè)備1. 1. 高壓容器和高壓泵系統(tǒng)組成:高壓容器和高壓泵系統(tǒng)組成: 分類分類 依高壓容器結(jié)構(gòu)分:依高壓容器結(jié)構(gòu)分: 螺紋式:螺紋式:能承受較高壓力,螺紋磨損能承受較高壓力,螺紋磨損 拉桿式:拉桿式:較低壓力,拉桿承受壓力較低壓力,拉桿承受壓力 框架式:框架式:很高壓力,最安全(預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)很高壓力,最安全(預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)) ) 2.2.輔助設(shè)備:輔助設(shè)備: 流體儲(chǔ)罐、壓力表、管道、閥門(mén)流體儲(chǔ)罐、壓力表、管道、閥門(mén)(三)冷等靜壓方法三)冷等靜壓

28、方法軟模成形軟模成形1鋼模沖頭鋼模沖頭 2鋼模筒鋼模筒 3,6塑料墊片塑料墊片4塑料軟模塑料軟模 5粉料粉料 7鋼模下墊鋼模下墊1234567(四)(四) 冷等靜壓工藝?yán)涞褥o壓工藝1. 柔性模套(柔性模套(flexible die set)的制造)的制造 包套的選擇原則包套的選擇原則 常用:常用:耐油、耐壓橡膠:厚度為耐油、耐壓橡膠:厚度為10mm以下的橡膠板以下的橡膠板 軟模制作:軟模制作: 聚氯乙烯樹(shù)脂、硬脂酸、三鹽基硫酸鉛混合物倒入苯聚氯乙烯樹(shù)脂、硬脂酸、三鹽基硫酸鉛混合物倒入苯二甲酸二辛酯的溶液攪拌成漿料,提拿制模二甲酸二辛酯的溶液攪拌成漿料,提拿制模2. 工藝流程工藝流程粉末混合物粉

29、末混合物裝入軟模裝入軟模搖實(shí)搖實(shí)密封密封冷靜壓冷靜壓脫模(包脫模(包套剝離)套剝離)坯件坯件3. CIP壓坯的質(zhì)量控制壓坯的質(zhì)量控制 粉末流動(dòng)性良好粉末流動(dòng)性良好 裝粉:振動(dòng)或敲打搖實(shí)均勻裝粉:振動(dòng)或敲打搖實(shí)均勻 密封:防止液壓介質(zhì)滲入模內(nèi)密封:防止液壓介質(zhì)滲入模內(nèi) 加壓速度:過(guò)快導(dǎo)致出現(xiàn)軟心加壓速度:過(guò)快導(dǎo)致出現(xiàn)軟心 卸壓:過(guò)快卸壓:過(guò)快分層分層 原理:原理:粉末體同時(shí)經(jīng)受高溫和高壓的粉末體同時(shí)經(jīng)受高溫和高壓的聯(lián)合作用,聯(lián)合作用, 強(qiáng)化了強(qiáng)化了壓制和燒結(jié)過(guò)程;壓制和燒結(jié)過(guò)程; 降低了降低了制品的燒結(jié)溫度;制品的燒結(jié)溫度; 改善了改善了制品的晶粒結(jié)構(gòu);制品的晶粒結(jié)構(gòu); 消除了消除了材料內(nèi)部顆粒

30、間的缺陷和孔隙;材料內(nèi)部顆粒間的缺陷和孔隙; 提高了提高了材料的致密度和強(qiáng)度。材料的致密度和強(qiáng)度。 HIP的特點(diǎn)的特點(diǎn) 等靜加壓,壓制、燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行,能消除粉末坯體等靜加壓,壓制、燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行,能消除粉末坯體 中的所有孔隙,相對(duì)密度可達(dá)中的所有孔隙,相對(duì)密度可達(dá)0.9999 壓力作用,使壓力作用,使HIP的燒結(jié)溫度低于通常的燒結(jié)溫度的燒結(jié)溫度低于通常的燒結(jié)溫度 HIP所需壓制壓力比所需壓制壓力比CIP低低 晶粒細(xì)小、組織均勻,無(wú)成分偏析晶粒細(xì)小、組織均勻,無(wú)成分偏析 材料綜合性能好,材料綜合性能好,是是PM高新技術(shù)之一高新技術(shù)之一 設(shè)備投資大,成本高設(shè)備投資大,成本高表4-3 熱等靜壓制某些材

31、料的密度值對(duì)比對(duì)比: HIP與與HP工藝有無(wú)區(qū)別?制備材料性能如何?工藝有無(wú)區(qū)別?制備材料性能如何?技術(shù)背景技術(shù)背景 在在CIPCIP基礎(chǔ)上發(fā)展基礎(chǔ)上發(fā)展 高性能飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)用粉末高溫合金(即粉末超合金)渦高性能飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)用粉末高溫合金(即粉末超合金)渦輪盤(pán)的開(kāi)發(fā)輪盤(pán)的開(kāi)發(fā) 粉末高速鋼制品開(kāi)發(fā)粉末高速鋼制品開(kāi)發(fā) 硬質(zhì)合金軋輥制品開(kāi)發(fā)硬質(zhì)合金軋輥制品開(kāi)發(fā)發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì) 設(shè)備趨于大型化、高溫化、高效率設(shè)備趨于大型化、高溫化、高效率 工藝上充分發(fā)揮工藝上充分發(fā)揮HIPHIP制備復(fù)雜形狀、高性能產(chǎn)品特點(diǎn)制備復(fù)雜形狀、高性能產(chǎn)品特點(diǎn) 不斷開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域HIP壓機(jī)的分類:壓機(jī)的分類:螺紋式和框架式螺紋式和框架式(1)螺紋式)螺紋式 螺紋承受軸向壓力。螺紋承受軸向壓力。缺點(diǎn):工作壓力難以均勻地由各個(gè)螺紋

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