粉末壓制 材料成型技術基礎

粉末壓制材料成型技術基礎第1頁/共54頁

粉末壓制(粉末冶金)

金屬粉末(金屬和非金屬粉末的混合物)做原料，經壓制成形后燒結，制造各種類型零件和產品的加工方法。顆粒材料兼有液體和固體的雙重特性，即整體具有一定流動性和每個顆粒本身的塑性，利用此性質實現粉末成形，獲得所需產品。4.1粉末壓制成形過程第2頁/共54頁美國金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會（MPIF）將粉末冶金定義為：

制造金屬（或無機非金屬）粉末和利用金屬（或無機非金屬）粉末生產大塊材料和一定形狀零件的方法。（TheartsOfproducingmetalpowdersandOftheutilizationOfmetalpowdersfortheproductionofmassivematerialsandshapedobjects）。第3頁/共54頁

典型的粉末冶金技術包括粉末制備和粉末材料成形兩大類。粉末制備霧化技術、化學還原技術、溶膠凝膠技術等；成形燒結技術、熱等靜壓、粉末注射成形、激光快速成形等。第4頁/共54頁

粉末冶金在零部件制造和材料合成方面具有近形成形（少、無切削）、材料顯微組織細小、成分均勻等優(yōu)點，而且能夠制造傳統(tǒng)鑄造方法無法制備的材料，如多孔材料、復合材料、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高（達95%），制造成本低，材料綜合性能好。第5頁/共54頁第6頁/共54頁2000年亞洲粉末冶金零件應用市場分布%第7頁/共54頁粉末壓制的特點1）能生產其他方法不能或很難制造的制品2）材料利用率很高3）經濟效益高4）適合大批量零件生產，原材料價格昂貴，設備投資大第8頁/共54頁粉末壓制生產技術流程原材料粉末添加劑配混壓制成形燒結制品其他處理加工第9頁/共54頁第10頁/共54頁(1)金屬粉末的制取1）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，然后將金屬料經粉碎等處理以獲得粉末。2）電解法：采用金屬鹽的水溶液電解析出或熔融的金屬鹽電解析出金屬顆?；蚝＞d狀金屬塊，再用機械法進行粉碎。4.1.1金屬粉末的制取及其特性第11頁/共54頁3）霧化法：將熔化的金屬液通過噴射氣流、水蒸氣或水的機械力和急冷作用使金屬熔液霧化，而得到的金屬粉末。4）機械粉碎法：鋼球或硬質合金球對金屬塊或粒原料進行球磨，適宜于制備一些脆性的金屬粉末，或者經過脆性化處理的金屬粉末。第12頁/共54頁第13頁/共54頁第14頁/共54頁1）化學成分粉末的組分、雜質和氣體含量2）顆粒形狀和大小形狀影響技術特征，通常粉粒以球狀或粒狀為好；大小以粒度表示。顆粒直徑表示粒度：

150μm以上粗粉40～150μm中等粉

10～40μm細粉0.5～10

μm極細粉

0.5μm以下超細粉（2）金屬粉末的特性第15頁/共54頁篩分法粒度表示目=每英寸長度上的篩孔數第16頁/共54頁第17頁/共54頁3）粒度分布不同大小顆粒的相對含量。分布廣制品密度愈高，性能愈好，尤其是邊角強度。4）技術特征

松裝密度（松裝比）單位容積自由松裝粉末的質量。

流動性

50g粉末在流動儀中自由流完所需的時間。

壓制性壓縮性和成形性第18頁/共54頁

根據產品配料計算并按特定的粒度分布把各種金屬粉末及添加物進行充分地混合，此工序通過混粉機完成。4.1.2粉末配混第19頁/共54頁

壓制成形的基本工序：稱粉、裝粉、壓制、保壓及脫模等。（1）鋼模壓制常溫下，用機械式壓力機或液壓機，以一定的比壓將鋼模內的松裝粉末成形為壓坯的方法。（2）流體等靜壓制利用高壓液體同時從各個方向對粉末材料施加壓力的成形方法。4.1.3壓制成形第20頁/共54頁第21頁/共54頁（3）三向壓制綜合單向鋼模壓制和等靜壓制的特點。其壓坯的密度和強度超過用其他成形方法，適用于成形規(guī)則零件，如圓柱形、正方形、長方形等。另外，可利用擠壓與軋制直接從粉末狀態(tài)生產擠壓制品或軋制新產品，如桿件、棒料等。第22頁/共54頁

壓制質量可由壓制密度、強度、精度來衡量。

密度

一般

壓力↑；松裝比↑；粉末的硬度和強度↓；成形速度↓；→密度↑。

強度壓力↑，強度↑。

第23頁/共54頁第24頁/共54頁

壓坯通過高溫加熱，粉粒間原子發(fā)生擴散等過程，使壓坯粉粒接觸面結合起來，成為一體。燒結過程在專用的燒結爐中進行，主要技術因素為燒結溫度、保溫時間、與爐內氣氛。4.1.4壓坯燒結第25頁/共54頁燒結的基本過程接觸點燒結開始中間階段最終階段第26頁/共54頁固相燒結與液相燒結

固相燒結粉粒在高溫下仍然保持固態(tài)。燒結溫度T燒結=（2/3～3/4）T熔點

液相燒結燒結溫度超過其中某組成粉粒的熔點，高溫下出現固、液共存狀態(tài)，燒結體將更為致密堅實，進一步保證了燒結體品質。第27頁/共54頁液相燒結過程第28頁/共54頁燒結過程生產的缺陷1）翹曲：由于燒結時沒有支撐好壓坯，或壓坯體中的密度分布不均所致。2）過燒：溫度過高或保溫時間過長，導致翹曲、壓坯脹大或壓坯內部晶粒成長過大。3）分解反應及多晶轉變4）粘接劑殘留物第29頁/共54頁(1)

滲透（熔滲）滲透將低熔點金屬或合金滲入到多孔燒結制品的孔隙中去的方法。制品密度高，組織均勻細致，塑性和韌性有較大提高，但費用較貴。（2）復壓復壓將燒結后的粉末壓制件放入模具中壓一次。起一定的校形作用。4.1.5燒結后的其他處理及加工第30頁/共54頁（3）粉末金屬鍛造利用粉末冶金提供坯料，然后將其進行模鍛加工。（4）精壓 精壓燒結后進行鍛造和沖壓整形的工序。精壓后空隙度接近為零，提高制品的性能和使用壽命。（5）其他處理浸油、機械加工、噴砂、熱處理第31頁/共54頁1）壓制+燒結2）壓制+燒結+復壓3）壓制+預燒結+精壓+燒結4）壓制+預燒結+精壓+燒結+復壓根據要求選擇不同成形過程第32頁/共54頁4.2粉末壓制產品及應用第33頁/共54頁

粉末壓制機械結構零件又稱燒結結構件，這類制品在粉末冶金工業(yè)中產量最大、應用面最廣。在汽車工業(yè)中廣泛采用粉末壓制制造零件。4.2.1粉末壓制機械結構零件第34頁/共54頁(1)含油軸承材料利用粉末壓制材料制作的多孔性浸滲潤滑油的減磨材料，用作軸承、襯套等。

空隙度高含油多潤滑好，強度低，適宜于低載、中速條件工作；空隙度低含油少，強度高，適宜于中高載荷，低速條件工作。4.2.2粉末壓制軸承材料第35頁/共54頁燒結含油軸承工作原理示意圖第36頁/共54頁（2）金屬塑料減磨材料粉末壓制多孔制品與聚四氟乙烯、二硫化鉬或二硫化鎢等固體潤滑劑復合制成，是一種具有良好綜合性能的無油潤滑減磨材料。特點：工作時不需潤滑油，工作溫度范圍較寬，能在真空、水和其他液體中工作。第37頁/共54頁(1)多孔性材料多孔性材料制品有過濾器、熱交換器、觸媒及滅火裝置等。

過濾器是最典型的制品，主要用來過濾燃料油、交換空氣、以及化學工業(yè)上過濾液體與氣體等。常使用的粉料有青銅、鎳、不銹鋼等。4.2.3多孔性材料及摩擦材料第38頁/共54頁(2)摩擦材料燒結材料結構上的多孔性和復合材料特點，可制成摩擦系數大，耐磨性、耐熱性及導熱性好摩擦材料

其產品有剎車片、離合器片等，用于制動與傳遞扭矩。粉末摩擦材料主要分為銅基與鐵基兩大類。第39頁/共54頁

硬質合金將難熔的金屬碳化物（碳化鎢、碳化鈦等）和金屬粘結劑（鈷、鎳等）粉末混合，壓制成形，并經燒結而成的一類粉末壓制制品。

硬質合金硬度高、熱硬性好，耐磨性好，用硬質合金制作刀具，壽命可提高5－8倍，切削速度比高速鋼高十幾倍。硬質合金還廣泛用于制作模具、量具和耐磨零件等。4.2.4硬質合金第40頁/共54頁1）鎢鈷類（YG）：主要組成為碳化鎢（WC）和鈷Co），有較好的強度和韌度，適宜制作切削脆性材料的刀具。含鈷越高，強度和韌度越好，而硬度、耐磨性降低，一般多用作粗加工。常用牌號：YG3、YG6、YG8等硬質合金分類第41頁/共54頁2）鎢鈷鈦類（TY）：主要組成為碳化鎢、碳化鈦（TiC）和鈷。此類硬質合金含有比碳化鎢更硬的碳化鈦，硬度高，熱硬性也較好，切削加工時刀具表面形成氧化鈦薄膜，切屑不易粘附，適宜制作切削高韌度鋼材的刀具。常用牌號：YT5、YT10、YT15第42頁/共54頁3)鎢鉭類（YW）：主要組成為碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭（TaC）和鈷。特點：抗彎強度高。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。常用牌號：YW1、YW2第43頁/共54頁（1）鋼結硬質合金

鋼結硬質合金是通過鋼膠結碳化物，在鋼的基體上分布大量的一次碳化鎢的金屬基復合材料，碳化鎢30～50%，其余為鋼。具有一定的鍛造、焊接、熱處理及機械加工等技術性能；力學性能保持了合金鋼和硬質合金的基本特性，且有所發(fā)展。廣泛用于工模具和結構零件。4.2.5粉末壓制鋼結硬質合金及高速鋼第44頁/共54頁（2）粉末壓制高速鋼霧化法生產高速鋼粉粒，通過粉末壓制過程生產的粉末高速鋼坯料沒有偏析，制品壽命提高一倍，并具有一定加工性能。第45頁/共54頁（1）難熔金屬耐熱材料難熔金屬：熔點越過2000度以上的金屬。如鎢（3380℃）、鉭（2600℃）、鈮（2468℃）這些金屬常用還原法或從其他冶金方法得到金屬粉末。4.2.6耐熱材料及其它材料第46頁/共54頁（2）耐熱合金材料以鈷鎳鐵等為基的耐熱合金材料由于機加工比較困難，金屬消耗量大，也常采用粉末冶金法制造。組織細致均勻，高溫蠕變強度與抗拉強度比鑄造材料高。第47頁/共54頁（3）其他材料通過粉末冶金還能獲得在特殊條件或核能工業(yè)中所使用的材料。