材料成型第四章課程.ppt

1、第四章,粉末壓制和常用復(fù)合材料成形過程,美國金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會(huì)（MPIF）將粉末冶金定義為： 制造金屬（或無機(jī)非金屬）粉末和利用金屬（或無機(jī)非金屬）粉末生產(chǎn)大塊材料和一定形狀零件的方法。 （The arts Of producing metal powders and Of the utilization Of metal powders for the production of massive materials and shaped objects）。,典型的粉末冶金技術(shù)包括粉末制備和材料成形兩大類，前者如霧化技術(shù)、化學(xué)還原技術(shù)、溶膠凝膠技術(shù)等；后者包括燒結(jié)技術(shù)、熱等靜壓、粉末注射成形、

2、激光快速成形等。粉末冶金在零部件制造和材料合成方面具有近型成形（少、無切削）、材料顯微組織細(xì)小、成分均勻等優(yōu)點(diǎn)，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(fù)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(dá)95%），制造成本低，材料綜合性能好。,一、粉末冶金發(fā)展現(xiàn)狀 （一）粉末冶金產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)代粉末冶金產(chǎn)業(yè)主要起源于20世紀(jì)初。 （二）粉末冶金技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,二、粉末壓制成形過程 粉末壓制是用金屬粉末做成原料，經(jīng)壓制成形后燒結(jié)而制造各種類型的零件和產(chǎn)品的方法。其特點(diǎn)是： 1、能夠生產(chǎn)出其他方法不能或很難制造的制品。 2、材料的利用率很高，接近100%。 3、粉

3、末冶金法更為經(jīng)濟(jì)。 4、粉末冶金適宜于大批量生產(chǎn)的零件。,生產(chǎn)技術(shù)流程如下： 原材料粉末 配混 壓制成形 燒結(jié) 添加劑 制品 其他處理加工 制品,（一）金屬粉末的制取及其特性 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(jīng)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鹽電解析出金屬顆?；蚝＞d狀金屬塊，再用機(jī)械法進(jìn)行粉碎。 （3）霧化法：將熔化的金屬液通過噴射氣流、水蒸氣或水的機(jī)械力和急冷作用使金屬熔液霧化，而得到的金屬粉末。 （4）機(jī)械粉碎法：鋼球或硬質(zhì)合金球?qū)饘賶K或粒原料進(jìn)行球磨，適宜于制備一些脆性的

4、金屬粉末，或者經(jīng)過脆性化處理的金屬粉末。,2、金屬粉末的特性 （1）化學(xué)成分 （2）顆粒形狀和大?。和ǔ?，粉粒以球狀或粒狀為好。 （3）粒度分布 （4）技術(shù)特征 松裝密度 流動(dòng)性 壓制性,（二）粉末配混 是根據(jù)產(chǎn)品配料計(jì)算并按特定的粒度分布把各種金屬粉末及添加物進(jìn)行充分地混合，此工序通過混粉機(jī)完成。,（三）壓制成形 1、鋼模壓制：指在常溫下，用機(jī)械式壓力機(jī)或液壓機(jī)，以一定的比壓將鋼模內(nèi)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(shí)從各個(gè)方向?qū)Ψ勰┎牧鲜┘訅毫Χ尚蔚姆椒ā?3、三向壓制：綜合了單向鋼模壓制和等靜壓制的特點(diǎn)。這種方法得到的壓坯密度和強(qiáng)度超過用其他成形方法得到的壓

5、坯。它它適用于成形形狀規(guī)則的零件，如圓柱形、正方形、長(zhǎng)方形等。 另外，可利用擠壓與軋制直接從粉末狀態(tài)生產(chǎn)擠壓制品或軋制新產(chǎn)品，如桿件、棒料等。,（四）壓坯燒結(jié) 1、燒結(jié) 燒結(jié)過程在專用的燒結(jié)爐中進(jìn)行，主要技術(shù)因素為燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、與爐內(nèi)氣氛。 2、固相燒結(jié)與液相燒結(jié) 固相燒結(jié)指粉粒在高溫下仍然保持固態(tài)。 液相燒結(jié)指燒結(jié)溫度超過了其中某種組成粉粒的熔點(diǎn)，高溫下出現(xiàn)固、液共存狀態(tài)，燒結(jié)體將更為致密堅(jiān)實(shí)，進(jìn)一步保證了燒結(jié)體品質(zhì)。 3、燒結(jié)過程中可能發(fā)生的問題 （1）翹曲：一般是由于燒結(jié)時(shí)沒有支撐好壓坯，或壓坯體中的密度分布不均造成的。 （2）過燒：它會(huì)引起翹曲、壓坯脹大或壓坯內(nèi)部晶粒成長(zhǎng)過大。,

6、（五）燒結(jié)后的其他處理及加工 1、滲透（熔滲） 把低熔點(diǎn)金屬或合金滲入到多孔燒結(jié)制品的孔隙中去的方法叫滲透。通過滲透可獲得致密制品，此法也可用于燒結(jié)體的補(bǔ)充處理。 2、復(fù)壓 將燒結(jié)后的粉末壓制件放到壓形模中壓一次，叫復(fù)壓。它可起一定的校形作用。,3、粉末金屬鍛造 以金屬粉末為原料，先用粉末冶金法制成具有一定形狀和尺寸的預(yù)成形坯，然后將預(yù)成形坯加熱后置于鍛模中鍛成所需零件的方法。 4、精壓 對(duì)于某些制品，為了嚴(yán)格保證其尺寸精度，及進(jìn)一步提高密度，常在燒結(jié)后進(jìn)行鍛造或沖壓整形的工序。,5、其他后續(xù)處理 （1）壓制+燒結(jié) （2）壓制+燒結(jié)+復(fù)壓 （3）壓制+預(yù)燒結(jié)+精壓+燒結(jié) （4）壓制+預(yù)燒結(jié)+精

7、壓+燒結(jié)+復(fù)壓,三、粉末壓制產(chǎn)品及應(yīng)用 （一）粉末壓制機(jī)械結(jié)構(gòu)零件 粉末壓制機(jī)械結(jié)構(gòu)零件又稱燒結(jié)結(jié)構(gòu)件，這類制品在粉末冶金工業(yè)中產(chǎn)量最大、應(yīng)用面最廣。在汽車工業(yè)中廣泛采用粉末壓制制造零件。,（二）粉末壓制軸承材料 1、多孔含油軸承材料 是一種利用粉末壓制材料制作的多孔性浸滲潤(rùn)滑油的減磨材料，用作軸承、襯套等。常用的有鐵石墨和青銅石墨含油軸承材料。 2、金屬塑料減磨材料 這是一種具有良好綜合性能的無油潤(rùn)滑減磨材料。這種材料的特點(diǎn)是工作時(shí)不需潤(rùn)滑油，有較寬的工作溫度范圍。,（三）多孔性材料及摩擦材料 1、多孔性材料 多孔性材料制品有過濾器、熱交換器、觸媒以及一些滅火裝置等。過濾器是最典型的制品，主

8、要用來過濾燃料油、交換空氣、以及化學(xué)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。 2、摩擦材料 摩擦材料用來制作剎車片、離合器片等，用于制動(dòng)與傳遞扭矩。 粉末摩擦材料主要分為銅基與鐵基兩大類。,（四）硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是將一些難熔的金屬碳化物和金屬粘結(jié)劑粉末混合，壓制成形，并經(jīng)燒結(jié)而成的一類粉末壓制制品。硬質(zhì)合金硬度高、熱硬性好，耐磨性好，用硬質(zhì)合金制作刀具，壽命可提高58倍，切削速度比高速鋼高十幾倍。但由于硬質(zhì)合金硬度太高且又較脆，很難進(jìn)行機(jī)械加工因而，常將硬質(zhì)合金制成一定規(guī)格的刀片，鑲焊或裝夾在刀體上使用。硬質(zhì)合金還廣泛用于制作模具、量具和耐磨零件等。,硬質(zhì)合金有三類： 1、

9、鎢鈷類：主要組成為碳化鎢和鈷，有較好的強(qiáng)度和韌度，適宜制作切削脆性材料的刀具。含鈷越高，強(qiáng)度和韌度越好，而硬度、耐磨性降低，因此，一般多用作粗加工。 2、鎢鈷鈦類：主要組成為碳化鎢、碳化鈦和鈷。此類硬質(zhì)合金含有比碳化鎢更硬的碳化鈦，因而硬度高，熱硬性也較好，故適宜制作切削高韌度鋼材的刀具。同樣含鈷量較高的用作粗加工。 3、鎢鉭類：主要組成為碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭和鈷。其特點(diǎn)是抗彎強(qiáng)度高。這類硬質(zhì)合金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。,（五）粉末壓制鋼結(jié)硬質(zhì)合金及高速鋼 1、鋼結(jié)硬質(zhì)合金 其主要特點(diǎn)是： （1）合金的基本組成是碳化物加合金鋼。 （2）具有一定的鍛造、焊接、熱

10、處理及機(jī)械加工等技術(shù)性能。 （3）在力學(xué)性能上不僅保持了合金鋼和硬質(zhì)合金的基本特性，且還有不同程度的發(fā)展。,2、粉末壓制高速鋼 高速鋼是一種用量較大的工具鋼，高速鋼的含碳量尤其是合金元素含量較高，屬于萊氏體鋼，其分布極不均勻且粗大。即使經(jīng)過熱軋或鍛造后，碳化物的偏析及不均勻度仍然較嚴(yán)重，這對(duì)高速鋼的使用性能與技術(shù)性能帶來不良影響。 生產(chǎn)粉末壓制高速鋼粉粒的方法主要是霧化法。通過粉末壓制過程生產(chǎn)的粉末高速鋼坯料可進(jìn)行鍛造，以改變外形尺寸并適當(dāng)?shù)靥岣呙芏取?（六）耐熱材料及其它材料 1、難熔金屬耐熱材料 難熔金屬耐熱材料是指熔點(diǎn)越過2000度以上的金屬。這些金屬常用還原法或從其他冶金方法得到金屬粉末。 2、耐熱合金材料 以鈷鎳鐵等為基的耐熱合金材料由于機(jī)加工