粉末冶金新工艺4.ppt

成形方法成形方法 成成形形是是粉粉末末冶冶金金工工艺艺的的重重要要步步骤骤。成成形形的的目目的的是是制制得得具具有有一一定定形形状状、尺尺寸寸、密密度度和和强强度度的的压压坯坯。粉粉末末冶冶金金常常用用的成形方法如的成形方法如下下所示所示。模压成形是最基本方法。模压成形是最基本方法。松松装装烧烧结结粉粉浆浆浇浇注注模模压压成成形形热热压压成成形形等等静静压压成成形形轧轧制制成成形形离离心心成成形形挤挤压压成成形形爆爆炸炸成成形形成形成形无压成形无压成形加压成形加压成形第二章第二章 粉末粉末压制成形压制成形新技术新技术1.1.粉末预处理粉末预处理 预处理包括：预处理包括：粉末退火，筛分，混合，制粒，加润滑剂粉末退火，筛分，混合，制粒，加润滑剂等。等。粉粉末末的的预预先先退退火火可可使使氧氧化化物物还还原原，降降低低碳碳和和其其他他杂杂质质的的含含量量，提提高高粉粉末末的的纯纯度度；同同时时，还还能能消消除除粉粉末末的的加加工工硬硬化化、稳稳定定粉末的晶体结构粉末的晶体结构。筛分筛分的目的在于把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。的目的在于把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。混混合合一一般般是是指指将将两两种种或或两两种种以以上上不不同同成成分分的的粉粉末末混混合合均均匀匀的的过过程程。混合可采用。混合可采用机械法和化学法机械法和化学法。制制粒粒是是将将小小颗颗粒粒的的粉粉末末制制成成大大颗颗粒粒或或团团粒粒的的工工序序，以以此此来来改善粉末的流动性。改善粉末的流动性。第二章第二章 粉末粉末压制成形压制成形新技术新技术2.2.压制成形压制成形 压压模模压压制制是是将将置置于于压压模模内内的的松松散散粉粉末末施施加加一一定定的的压压力力后后，成成为为具具有有一一定定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。粉粉末末的的压压缩缩过过程程一一般般采采用用压压坯坯密密度度成成形形压压力力曲曲线线来来表表示示。压压坯坯密密度度变变化化分分为为三三个个阶阶段段。滑滑动动阶阶段段：在在压压力力作作用用下下粉粉末末颗颗粒粒发发生生相相对对位位移移，填填充充孔孔隙隙，压压坯坯密密度度随随压压力力增增加加而而急急剧剧增增加加；二二是是粉粉末末体体出出现现压压缩缩阻阻力力，即即使使再再加加压压其其孔孔隙隙度度不不能能再再减减少少，密密度度不不随随压压力力增增高高而而明明显显变变化化；三三是是当当压压力力超超过过粉粉末末颗颗粒粒的的临临界界压压力力时时，粉粉末末颗颗粒粒开开始始变变形形，从从而而使使其其密密度度又又随随压力增高而增加。压力增高而增加。模压示意图模压示意图压坯密度与压力压坯密度与压力 压压坯坯密密度度分分布布不不均均匀匀：用用石石墨墨粉粉作作隔隔层层的的单单向向压压制制实实验验，得得到到如如图图5-45-4所所示示的的压压坯坯形形状状，各各层层的的厚厚度度和和形形状状均均发发生生了了变变化化，由由图图5-55-5可可知知在在任任何何垂垂直直面面上上，上上层层密密度度比比下下层层密密度度大大；在在水水平平面面上上，接接近近上上模模冲冲的的断断面面的的密密度度分分布布是是两两边边大大，中中间间小小；而而远远离离上上模模冲冲的的截截面面的的密密度度分分别别是是中中间间大大，两边小。两边小。因因为为粉粉末末体体在在压压模模内内受受力力后后向向各各个个方方向向流流动动，于于是是引引起起垂垂直直于于压压模模壁壁的的侧侧压压力力。侧侧压压力力引引起起摩摩擦擦力力，会会使使压压坯坯在高度方向存在明显的压力降。在高度方向存在明显的压力降。a)压制前压制前 b)压制后压制后用石墨粉作隔层的单向压坯用石墨粉作隔层的单向压坯 a）单向压制单向压制 b)双向压制双向压制压坯密度沿高度分布图压坯密度沿高度分布图 为为了了改改善善压压坯坯密密度度的的不不均均匀匀性性，一一般般采采取取以下措施：以下措施：1）减减小小摩摩擦擦力力：模模具具内内壁壁上上涂涂润润滑滑油油或或采采用用内内壁更光洁的模具；壁更光洁的模具；2）采采用用双双向向压压制制以以改改善善压压坯坯密密度度分分布布的的不不均均匀匀性；性；3）模具设计时尽量降低高径比）模具设计时尽量降低高径比。a)单向压制单向压制 b)双向压制双向压制压坯密度沿高度方向的分布图压坯密度沿高度方向的分布图 粉粉末末的的压压制制一一般般在在普普通通机机械械式式压压力力机机或或液液压压机机上上进进行行。常用的压力机吨位一般为常用的压力机吨位一般为5005005000kN5000kN。a)a)填充粉料填充粉料 b)b)双向压坯双向压坯 c)c)上冲模复位上冲模复位 d)d)顶出坯块顶出坯块双向压制粉末冶金坯块工步示意图双向压制粉末冶金坯块工步示意图传统压制技术的局限传统压制技术的局限1 1、模具要求高，占用生产成本比例大；、模具要求高，占用生产成本比例大；2 2、所加工部件尺寸受到限制；、所加工部件尺寸受到限制；3 3、部件密度分布不均匀；、部件密度分布不均匀；4 4、脱模困难，工序长，生产效率低。、脱模困难，工序长，生产效率低。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术1.动磁压制技术动磁压制技术原理原理:将粉末装于一个导电的容将粉末装于一个导电的容器器(护套护套)内内,置于高强磁场线圈置于高强磁场线圈的中心腔中。电容器放电在数的中心腔中。电容器放电在数微秒内对线圈通入高脉冲电流微秒内对线圈通入高脉冲电流,线圈腔中形成磁场线圈腔中形成磁场,护套内产生护套内产生感应电流。感应电流与施加磁感应电流。感应电流与施加磁场相互作用场相互作用,产生由外向内压缩产生由外向内压缩护套的磁力护套的磁力,因而粉末得到二维因而粉末得到二维压制。整个压制过程不足压制。整个压制过程不足1ms。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术动磁压制的优点动磁压制的优点:由于不使用模具由于不使用模具,成型时模壁摩擦减少到成型时模壁摩擦减少到0 0，因而可，因而可达到更高的压制压力达到更高的压制压力,有利于提高产品，并且生产成有利于提高产品，并且生产成本低；本低；由于在任何温度与气氛中均可施压由于在任何温度与气氛中均可施压,并适用于所有材并适用于所有材料料,因而工作条件更加灵活；因而工作条件更加灵活；由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂,因而成型产因而成型产品中不含有杂质，性能较高，而且还有利于环保。品中不含有杂质，性能较高，而且还有利于环保。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术 许多合金钢粉用动磁压制做过实验许多合金钢粉用动磁压制做过实验,粉末中不粉末中不添加任何润滑剂添加任何润滑剂,生坯密度均在生坯密度均在95%以上。动磁压以上。动磁压制件可以在常规烧结条件下进行烧结制件可以在常规烧结条件下进行烧结,其力学性能其力学性能高于传统压制件。动磁压制适用于制造柱形对称高于传统压制件。动磁压制适用于制造柱形对称的近终形件、薄壁管、纵横比高的零件和内部形的近终形件、薄壁管、纵横比高的零件和内部形状复杂的零件。状复杂的零件。1.动磁压制技术动磁压制技术昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术 动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革命性变化命性变化,由粉末材料一次制成近终形定子与转子由粉末材料一次制成近终形定子与转子,从而获得高性能产品从而获得高性能产品,大大降低生产成本。大大降低生产成本。动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与烧结钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密烧结钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密度高度高,其磁能积可提高其磁能积可提高15%-20%15%-20%。1.动磁压制技术动磁压制技术昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术 动磁压制的亚毫秒压制过程有助于保持材动磁压制的亚毫秒压制过程有助于保持材料的显微结构不变料的显微结构不变,因而也提高了材料性能。因而也提高了材料性能。对于象、与陶瓷粉末等难压制材料对于象、与陶瓷粉末等难压制材料,动动磁压制可达到较高的密度磁压制可达到较高的密度,从而降低烧结收缩从而降低烧结收缩率。目前许多动磁压制的应用已接近工业化率。目前许多动磁压制的应用已接近工业化阶段阶段,第一台动磁压制系统已在运行中。第一台动磁压制系统已在运行中。1.动磁压制技术动磁压制技术昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术2.高速压制高速压制 瑞典开发出粉末冶金用高速压制法。这可能是瑞典开发出粉末冶金用高速压制法。这可能是粉末冶金工业的又一次重大技术突破。高速压制采粉末冶金工业的又一次重大技术突破。高速压制采用液压冲击机用液压冲击机,它与传统压制有许多相似之处它与传统压制有许多相似之处,但关但关键是压制速度比传统快键是压制速度比传统快50050010001000倍倍,其压头速度高其压头速度高达达230m/s,因而适用于大批量生产。液压驱动的重因而适用于大批量生产。液压驱动的重锤锤(5(512001200kg)可产生强烈冲击波可产生强烈冲击波,0.02s,0.02s内将压制内将压制能量通过压模传给粉末进行致密化。重锤的质量与能量通过压模传给粉末进行致密化。重锤的质量与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度。冲击时的速度决定压制能量与致密化程度。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术2.高速压制高速压制 高速压制的另一个特点是产生多重冲击高速压制的另一个特点是产生多重冲击波，间隔约波，间隔约0 3s的一个个附加冲击波将密度的一个个附加冲击波将密度不断提高。这种多重冲击提高密度的一个优不断提高。这种多重冲击提高密度的一个优点是点是,可用比传统压制小的设备制造重达可用比传统压制小的设备制造重达5kg以上的大零件。以上的大零件。高速压制适用于制造阀座、气门导管、高速压制适用于制造阀座、气门导管、主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套及轴承座圈等产品。及轴承座圈等产品。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术2.高速压制高速压制与传统压制相比与传统压制相比,高速压制的优点是：高速压制的优点是：压制件密度提高，提高幅度在压制件密度提高，提高幅度在0.3g/cm3左右；左右；压制件抗拉强度可提高压制件抗拉强度可提高20%25%；高速压制压坯径向弹性后效很小高速压制压坯径向弹性后效很小,脱模力较低；脱模力较低；高速压制的密度较均匀高速压制的密度较均匀,其偏差小于其偏差小于0.01g/cm3。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 温压技术是近几年新发展的一项新技术温压技术是近几年新发展的一项新技术。它是它是在混合物中添加高温新型润滑剂在混合物中添加高温新型润滑剂，然后将粉末和然后将粉末和模具加热至模具加热至423K左右进行刚性模压制左右进行刚性模压制，最后采用最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术传统的烧结工艺进行烧结的技术，是普通模压技是普通模压技术的发展与延伸术的发展与延伸，被国际粉末冶金界誉为被国际粉末冶金界誉为 “开创开创铁基粉末冶金零部件应用新纪元铁基粉末冶金零部件应用新纪元”和和“导致粉末导致粉末冶金技术革命冶金技术革命”的新型成型技术的新型成型技术。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲 3.3.温压成型技术温压成型技术 其与传统模压工艺主要区别之处在于压制过程中将粉末和模其与传统模压工艺主要区别之处在于压制过程中将粉末和模具加热到一定的温度，温度通常设定在具加热到一定的温度，温度通常设定在130150范围以内，范围以内，可使铁基粉末冶金零件密度提高可使铁基粉末冶金零件密度提高0.150.4g/cm3，粉末压坯，粉末压坯相对密度可达到相对密度可达到98-99%。在该工艺中，为了充分发挥在压制。在该工艺中，为了充分发挥在压制过程中的颗粒重排和塑性变形等温压致密化机制，往往需要过程中的颗粒重排和塑性变形等温压致密化机制，往往需要优化原料粉末设计（如形状、粒度组成的选择），通过退火优化原料粉末设计（如形状、粒度组成的选择），通过退火或扩散退火处理以改善粉末塑性，以及往粉末中掺入高性能或扩散退火处理以改善粉末塑性，以及往粉末中掺入高性能高温润滑剂（添加量通常为高温润滑剂（添加量通常为0.6wt%）。）。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲 3.3.温压成型技术温压成型技术 昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 特点特点 ：（1）密度高且分布均匀）密度高且分布均匀 常规一次压制常规一次压制-烧结最高密度一般为烧结最高密度一般为7.1g/cm3左右，温压一左右，温压一次压制次压制-烧结密度可达到烧结密度可达到7.40-7.50 g/cm3，温压二次压制，温压二次压制-烧结密度可高达烧结密度可高达7.6g/cm3左右。温压工艺中高性能润滑剂保左右。温压工艺中高性能润滑剂保证了粉末与模壁之间具有较低的摩擦系数，使得压坯密度分证了粉末与模壁之间具有较低的摩擦系数，使得压坯密度分布更加均匀，采用温压工艺制备齿轮类零件时齿部与根部间布更加均匀，采用温压工艺制备齿轮类零件时齿部与根部间的密度差比常规压制工艺低的密度差比常规压制工艺低0.10.2g/cm3。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 特点特点 ：（2）生坯强度高）生坯强度高常规工艺的生坯强度约为常规工艺的生坯强度约为1020MPa，温压压坯的强度则为，温压压坯的强度则为2530MPa，提高了，提高了1.25-2倍。生坯强度的提高可以大大降倍。生坯强度的提高可以大大降低产品在转移过程中出现的掉边、掉角等缺陷，有利于制备低产品在转移过程中出现的掉边、掉角等缺陷，有利于制备形状复杂的零件；同时，还有望对生坯直接进行机加工，免形状复杂的零件；同时，还有望对生坯直接进行机加工，免去烧结后的机加工工序，降低了生产成本。这一点在温压去烧结后的机加工工序，降低了生产成本。这一点在温压-烧结连杆制备中表现得尤为明显。烧结连杆制备中表现得尤为明显。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 特点特点 ：（2）生坯强度高）生坯强度高常规工艺的生坯强度约为常规工艺的生坯强度约为1020MPa，温压压坯的强度则为，温压压坯的强度则为2530MPa，提高了，提高了1.25-2倍。生坯强度的提高可以大大降倍。生坯强度的提高可以大大降低产品在转移过程中出现的掉边、掉角等缺陷，有利于制备低产品在转移过程中出现的掉边、掉角等缺陷，有利于制备形状复杂的零件；同时，还有望对生坯直接进行机加工，免形状复杂的零件；同时，还有望对生坯直接进行机加工，免去烧结后的机加工工序，降低了生产成本。这一点在温压去烧结后的机加工工序，降低了生产成本。这一点在温压-烧结连杆制备中表现得尤为明显。烧结连杆制备中表现得尤为明显。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 特点特点 ：（3）脱模压力小）脱模压力小温压工艺脱模压力温压工艺脱模压力(Slide pressure)约为约为1020MPa，而常，而常规工艺却高达规工艺却高达5575MPa，其降低幅度超过，其降低幅度超过60%。低的脱模。低的脱模压力意味着温压工艺易于压制形状复杂的铁基压力意味着温压工艺易于压制形状复杂的铁基P/M零件和减零件和减小模具磨损从而延长其使用寿命。小模具磨损从而延长其使用寿命。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 特点特点 ：（4）表面精度高）表面精度高由于温压工艺使压坯密度升高，而且温压中处于粘流态的润由于温压工艺使压坯密度升高，而且温压中处于粘流态的润滑剂具有良好的滑剂具有良好的“整平整平”作用，因此它可以使铁基粉末冶金作用，因此它可以使铁基粉末冶金零件表面精度提高零件表面精度提高2个个IT等级，使纳米晶硬质合金粉末压坯等级，使纳米晶硬质合金粉末压坯表面精度提高表面精度提高3个个IT等级。等级。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 温压技术研究和开发的核心：温压技术研究和开发的核心：预合金化粉末的制造技术；预合金化粉末的制造技术；新型聚合物润滑剂的设计；新型聚合物润滑剂的设计；石墨粉末有效添加技术；石墨粉末有效添加技术；无偏析粉末的制造技术；无偏析粉末的制造技术；温压系统制备技术。温压系统制备技术。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 温压技术主要适合生产铁基合金零件。同时人们正在尝试用这种技术制备铜基合金等多种材料零件。由于温压零件的密度得到了较好的提高，从而大大提高了铁基等粉末冶金制品的可靠性，因此温压技术在汽车制造 机械制造、武器制造等领域存在着广阔的应用前景。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 温压技术主要适合生产铁基合金零件。同时人们正在尝试用这种技术制备铜基合金等多种材料零件。由于温压零件的密度得到了较好的提高，从而大大提高了铁基等粉末冶金制品的可靠性，因此温压技术在汽车制造 机械制造、武器制造等领域存在着广阔的应用前景。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术4.流动温压技术流动温压技术 流动温压技术以温压技术为基础流动温压技术以温压技术为基础,并结合了金并结合了金属注射成形的优点属注射成形的优点,通过加入适量的微细粉末和通过加入适量的微细粉末和加大润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动加大润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动性、填充能力和成形性性、填充能力和成形性,这一工艺是利用调节粉这一工艺是利用调节粉末的填充密度与润滑剂含量来提高粉末材料的成末的填充密度与润滑剂含量来提高粉末材料的成形性。它是介于金属注射成形与传统模压之间的形性。它是介于金属注射成形与传统模压之间的一种成形工艺。一种成形工艺。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术4.流动温压技术流动温压技术 流动温压技术的关键是提高混合粉末的流动性，主要通过流动温压技术的关键是提高混合粉末的流动性，主要通过两种方法来实现：两种方法来实现：第一种方法是第一种方法是:向粉末中加入精细粉末。这种精细粉末能够向粉末中加入精细粉末。这种精细粉末能够填充在大颗粒之间的间隙中填充在大颗粒之间的间隙中,从而提高了混合粉末的松装密度。从而提高了混合粉末的松装密度。第二种方法是第二种方法是:比传统粉末冶金工艺加入更多的粘结剂和润比传统粉末冶金工艺加入更多的粘结剂和润滑剂滑剂,但其加入量要比粉末注射成形少得多。粘结剂或润滑剂的但其加入量要比粉末注射成形少得多。粘结剂或润滑剂的加入量达到最优化后加入量达到最优化后,混合粉末在压制中就转变成一种填充性很混合粉末在压制中就转变成一种填充性很高的液流体。高的液流体。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术4.流动温压技术流动温压技术 将上述两种方法结合起来将上述两种方法结合起来,混合粉末在混合粉末在压制温度下就可转变成为流动性很好的黏压制温度下就可转变成为流动性很好的黏流体流体,它既具有液体的所有优点它既具有液体的所有优点,又具有很又具有很高的黏度。混合粉末的流变行为使得粉末高的黏度。混合粉末的流变行为使得粉末在压制过程中可以流向各个角落而不产生在压制过程中可以流向各个角落而不产生裂纹。裂纹。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术流动温压工艺主要特点如下:(1)可成形零件的复杂几何形状。国外已利用常规温压工艺成功制备出了一些形状较复杂的粉末冶金零件,如汽车传动转矩变换器涡轮毂、连杆和齿轮类零件等。(2)密度高、性能均一。流动温压工艺由于松装密度较高,经温压后的半成品密度可以达到很高的值。由于流动温压工艺中粉末的良好流动性,由此得到的材料密度也更加均匀。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术4.流动温压技术流动温压技术(3)(3)适应性较好。流动温压工艺已经用于适应性较好。流动温压工艺已经用于低合金钢粉、不锈钢低合金钢粉、不锈钢316L316L粉、纯粉、纯TiTi粉和粉和WC-WC-CoCo硬质合金粉末。原则上它可适用于所有硬质合金粉末。原则上它可适用于所有的粉末体系，唯一的条件是该粉末体系须的粉末体系，唯一的条件是该粉末体系须具有足够好的烧结性能具有足够好的烧结性能,以便达到所要求的以便达到所要求的密度和性能。密度和性能。(4)(4)简化了工艺简化了工艺,降低了成本。降低了成本。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术4.冷成形工艺冷成形工艺 美国开发出一种能在室温下生产全致密零美国开发出一种能在室温下生产全致密零件而无需后续烧结的粉末冶金工艺。此工艺称件而无需后续烧结的粉末冶金工艺。此工艺称之为之为“冷成形粉末冶金冷成形粉末冶金”。它采用特殊配制的。它采用特殊配制的活化溶液与革新的进料靴技术活化溶液与革新的进料靴技术,在压力下精确在压力下精确地将粉末注入模中。加压输送的进料靴使粉末地将粉末注入模中。加压输送的进料靴使粉末填充更加均匀填充更加均匀,而活性溶液则防止形成氧化物而活性溶液则防止形成氧化物,从而大大促进了冷焊效应。从而大大促进了冷焊效应。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术4.冷成形工艺冷成形工艺 采用这一工艺可制得全致密的接近最终形采用这一工艺可制得全致密的接近最终形状的零件，而压制后无需烧结及机加工。此工状的零件，而压制后无需烧结及机加工。此工艺采用包覆粉末。但许多市售的金属或非金属艺采用包覆粉末。但许多市售的金属或非金属粉末也可使用。目前该工艺的开发工作主要集粉末也可使用。目前该工艺的开发工作主要集中于生产热操作零件，但这一工艺也适用于生中于生产热操作零件，但这一工艺也适用于生产结构件及其他用途的零件。产结构件及其他用途的零件。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术5.5.注射成形技术注射成形技术 金属粉末注射成形技术是随着高分子材料的应用而发展起来的一种新型固结金属粉、金属陶瓷粉和陶瓷粉的特殊成形方法。它是使用大量热塑性粘结剂与粉料一起注入成形模中，施于低而均匀的等静压力，使之固结成形，然后脱粘结剂烧结。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术5.5.注射成形技术注射成形技术 这种技术能够制造用常规模压粉末的技术无法制造的复杂形状结构（如带有螺纹、垂直或高叉孔锐角、多台阶、壁、翼等）制品，具有更高的材质密度（93%100%的理论密度）和强韧性，并具有材质各向同性等特性。目前该项技术成为粉末冶金领域最具活力的新技术 并已进入工业化生产阶段。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术5.5.注射成形技术注射成形技术 金属粉末注射成型技术制作的产品有齿轮汽车部件、通信器械元件(如手机的情报通信器械和计算机的 OA 器件)、电动工具、门锁、乐器、医疗器件和缝纫机元件、工业设备元件和磁性元件、枪支瞄准器支架、手枪退子钩和撞针、窗户锁扇形块、纺织机的三角块、眼镜框架的柔性铰链、眼镜脚、手表表壳等。产品都有一个明显的特点：其结构小而复杂，密度和精度高等。制作材料除铁 镍合金外，还有钛及钛合金、铝及铝合金、超硬合金和重合金等。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术5.5.注射成形技术注射成形技术微注射成型 传统粉末注射成形技术,可制得0 11尺寸的部件,已制得最小20mg的零件。但随着微型系统的发展,包括微观光学,最小侵害外科及微观射流技术等,需要形状复杂、尺寸在微米范围内的金属与陶瓷零件。微注射成形适用于大规模制造微型结构件。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术5.5.注射成形技术注射成形技术 德国在10年前就开始研究微注射成形技术,不过所用的原料为热塑性塑料,最小件尺寸已达0.2。德国在此研究的基础上,现正研究微金属注射成形与微陶恣注射成形技术。所用粉末为平均粒度1 5的羰基铁粉,45的不锈钢粉和0.6的氧化铝粉。所用粘结剂有自混聚烯烃/蜡化合物与常态聚醛基化合物。研究中的脱粘结剂方法有加热去除有机物法,聚醛基化合物催化脱粘结剂法及超临界二氧化碳脱粘结剂法。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术5.5.注射成形技术注射成形技术 所制的产品复压后密度达98%，线性收缩15%22%。最小微陶瓷注射成形结构件尺寸达10，微注射陶瓷齿轮重量仅为0 5mg，最小的微金属注射成形件尺寸为50。微注射成形用于微型泵、微型齿轮、微型涡轮、最小损伤外科用的微型导管等。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术6.6.快速原型制作技术快速原型制作技术 选择激光烧结法是用激光束一层一层地烧结生产塑料原型。现在可选用多种粉末,包括金属粉末与陶瓷粉末。金属粉末选择激光烧结,旨在直接生产功能部件。这使工业界对它产生了极大兴趣,因为它在产品开发过程中,节省时间并降低成本。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术6.6.快速原型制作技术快速原型制作技术选择激光烧结法（SLS）工艺原理图昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术6.6.快速原型制作技术快速原型制作技术SLSSLS系统设备系统设备昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术6.6.快速原型制作技术快速原型制作技术SLS产品昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术6.6.快速原型制作技术快速原型制作技术 多相喷射固结法是一种新的自由成形技术。可用于制造生物医学零件,如像矫形植入物、牙齿矫正与修复材料、一般修复外科用部件等。多相喷射固结法,根据扫瞄得到的假体的三维描述,就可以制造出通常外科所需零件,而无需开刀去实际测量。将金属粉或陶瓷粉与粘结剂混合,形成均匀混合料。多相喷射固结法就是将这些混合料按技术要求进行喷射,一层一层地形成一个零件。在部件形成之后,其中的粘结相用化学法或者加热去除,而后烧结到最终密度。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术6.6.快速原型制作技术快速原型制作技术多相喷射固结多相喷射固结法流程示意图法流程示意图昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术6.6.快速原型制作技术快速原型制作技术 三维印刷法是美国麻省理工学院发明的。该法是根据印刷技术,通过计算机辅助设计,将粘结剂精确沉积到一层金属粉末上。这样反复逐层印刷,直至达到最终的几何形状。由此便得到一个生坯件。生坯件经烧结并在炉中熔渗,可达到全密度。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术6.6.快速原型制作技术快速原型制作技术 三维印刷法不同于原型制做的选择激光烧结法。后者一次只能制做一个零件,而前者可同时生产几个形状不同的零件。三维印刷法有两个优点:第一,它能制造任何形状的零件,包括有空腔、内通孔、有锥度或泡沫状表面的零件。第二,生产速度快。采用耗时费钱的传统原型制作法,一个零件原型要数周或数月才能制成,而用三维印刷法,几天便可完成。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第二章第二章 粉末冶金成型新技术粉末冶金成型新技术6.6.快速原型制作技术快速原型制作技术昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第三章第三章 粉末冶金烧结新技术粉末冶金烧结新技术 烧结决定了粉末冶金零件最终的物理和力学性能烧结决定了粉末冶金零件最终的物理和力学性能 烧结是一种高温热处理，包括烧结是一种高温热处理，包括（1)1)烧结炉；烧结炉；（2)2)烧结气氛；烧结气氛；（3)3)烧结条件的选择和控制烧结条件的选择和控制烧烧结结过过程程能能源源消消耗耗大大、设设备备投投资资高高、产产品品质质量量特特性性不能充分测定的特殊工序。不能充分测定的特殊工序。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第三章第三章 粉末冶金烧结新技术粉末冶金烧结新技术必须全面了解和掌握必须全面了解和掌握（1)1)烧结的基本原理；烧结的基本原理；（2)2)烧烧结结工工艺艺，如如：材材料料、温温度度、时时间间、烧结气氛、环境，烧结烧结气氛、环境，烧结昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第三章第三章 粉末冶金烧结新技术粉末冶金烧结新技术定义定义烧烧结结是是将将粉粉末末或或压压坯坯在在低低于于主主要要组组分分熔熔点点的的温温度度下下进进行行的的热热处处理理。目目的的是是使使粉粉末末颗颗粒粒间间产产生生冶冶金金结结合合，即即使使粉粉末末颗颗粒粒之之间间由由机机械械啮啮合合转转变变成成原原子子之之间间的晶界结合的晶界结合昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第三章第三章 粉末冶金烧结新技术粉末冶金烧结新技术JkJk 昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第三章第三章 粉末冶金烧结新技术粉末冶金烧结新技术 (二二)烧结的要求烧结的要求1 1尺寸和形状的精度要求尺寸和形状的精度要求烧烧结结会会使使烧烧结结体体发发生生收收缩缩或或膨膨胀胀，并并且且由由于于压压坯坯密密度度分分布布不不均均匀匀以以及及炉炉子子温温度度的的不不均均匀匀，使使烧烧结结体体发发生生变变形形。造造就就需需要要严严格格的的控控制制烧烧结结条条件件，才才能能保保证烧结产品的尺寸和形状精度要求。证烧结产品的尺寸和形状精度要求。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第三章第三章 粉末冶金烧结新技术粉末冶金烧结新技术 2 2密度的要求密度的要求 在在烧烧结结中中由由于于收收缩缩或或膨膨胀胀，因因此此烧烧结结产产品品的的密密度度、孔孔隙隙度度和和孔孔隙隙连连通通状状态态会会发发生生变变化化。相相对对密密度度和和孔孔隙隙度度表表征征粉粉末末冶冶金金零零件件密密度度的的高高低低。作作为为自自润润滑滑的粉末冶金含油轴承还有连通孔隙的要求。的粉末冶金含油轴承还有连通孔隙的要求。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第三章第三章 粉末冶金烧结新技术粉末冶金烧结新技术3 3组织结构的要求组织结构的要求对对晶晶粒粒度度、相相结结构构、相相的的分分布布、合合金金成成分分的的分分布布以及孔隙度、孔隙大小和孔隙形状。以及孔隙度、孔隙大小和孔隙形状。4 4力学性能和物理性能的要求力学性能和物理性能的要求力学性能：强度、硬度、伸长率和冲击韧性等；力学性能：强度、硬度、伸长率和冲击韧性等；物理性能：密度、导电性、导热性和磁性等。物理性能：密度、导电性、导热性和磁性等。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第三章第三章 粉末冶金烧结新技术粉末冶金烧结新技术烧结分类：烧结分类：1.1.固相烧结；固相烧结；（1)1)单元系固相烧结单元系固相烧结在在熔熔点点以以下下的的温温度度进进行行只只发发生生颗颗粒粒之之间间冶冶金金结结合的烧结，无相组织和成分的变化合的烧结，无相组织和成分的变化（2)2)多元系固相烧结多元系固相烧结由由两两种种或或两两种种以以上上的的组组元元组组成成的的烧烧结结体体系系，在在低低于于低低熔熔点点组组元元熔熔点点的的温温度度下下进进行行烧烧结结。还还发发生生各各成分之间的合金化。成分之间的合金化。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第三章第三章 粉末冶金烧结新技术粉末冶金烧结新技术2.2.液相烧结液相烧结粉粉末末压压坯坯在在高高于于烧烧结结零零件件中中低低熔熔点点组组元元熔熔点点的的温温度度下下进进行行烧烧结结粉粉木木颗颗粒粒之之间间的的烧烧结结和和各各成成分分之之间的合金化是在有液相出现的状态下进行的。间的合金化是在有液相出现的状态下进行的。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第三章第三章 粉末冶金烧结新技术粉末冶金烧结新技术昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第三章第三章 粉末冶金烧结新技术粉末冶金烧结新技术1.1.烧结颈的形成烧结颈的形成2.2.烧结颈的长大烧结颈的长大昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第三章第三章 粉末冶金烧结新技术粉末冶金烧结新技术1.1.微波烧结技术微波烧结技术 微微波波烧烧结结是是通通过过被被烧烧结结粉粉体体吸吸收收微微波波，将将电电磁磁波波能能量量直直接接转转化化成成物物质质中中粒粒子子的的能能量量，使使其其内内部部产产生生热热而而烧烧结结的的方方法法。它它热热效效率率高高，可可急急速速升升温温缩缩短短烧烧结结时时间间，加加上上微微波波与与粒粒子子间间的的交交互互作作用用，降降低低了了粒粒子子间间的的活活化化能能，加加速速材材料料的的致致密密化化。它它比比传传统统电电炉炉以以热热传传导导、热热对对流流和和热热辐辐射射的的外外部部加加热热方方式式有有更更高高的的效效率率。避避免免了了外外部部加加热热由由于于内内外外温温度度梯梯度度而而造造成烧结体裂痕或大幅度变形等缺陷。成烧结体裂痕或大幅度变形等缺陷。昆明理工大学材料与冶金学院昆明理工大学材料与冶金学院 胡劲胡劲第三章第三章 粉末冶金烧结新技术粉末冶金烧结新技术1.1.微波烧结技术微波烧结技术双频