粉末冶金新工艺精选PPT.ppt
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1、粉末冶金新工艺第1页,此课件共85页哦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,提提高高粉末的纯度;同时,还能消除粉末的加工硬化、稳定粉末的晶体结构粉末的纯度;同时,还能消除粉末的加工硬化、稳定粉末的晶体结构。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
2、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,以以此此来来改改善粉末的流动性。善粉末的流动性。第二节第二节 粉末粉末压制成形压制成形第2页,此课件共85页哦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尺寸寸、形形状状和一定密度、强度的压坯。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
3、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压力增高而增加。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第3页,此课件共85页哦 压压坯坯密密度度
4、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面的密度分别是中间大,两边小。截面的密度分别是中间大,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
5、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在高高度度方方向向存在明显的压力降。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第4页,此课件共85页哦 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以下下措措施: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壁更更光光洁的模具;洁的模具;2)采用双向压制)采用双向压制以改善压坯密度分布的不均匀性;以改善压坯
6、密度分布的不均匀性;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。第5页,此课件共85页哦 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第6页,此课件共85页哦 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。常常用用的的压压力力机吨位一般为机吨位一般为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第7页,此课件共85页哦传统压制技术
7、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。第8页,此课件共85页哦 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器将粉末装于一个导电的容器(护套护套)内内,置于高强磁场线圈的中置于高强磁场线圈的中心腔中。电容器放电在数微秒内心腔中。电容器放电在数微秒内对线圈通入高脉冲电流对线圈通入高脉冲电流,线圈腔中线圈腔中形成
8、磁场形成磁场,护套内产生感应电流。护套内产生感应电流。感应电流与施加磁场相互作用感应电流与施加磁场相互作用,产生由外向内压缩护套的磁力产生由外向内压缩护套的磁力,因而因而粉末得到二维压制。整个压制过程不粉末得到二维压制。整个压制过程不足足1ms。第9页,此课件共85页哦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,因而可达,因而可达到更高的压制压力到更高的压制压力,有利于提高产品,并且生产成本低;有利于提高产品,并且生产成本低;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
9、所有材料并适用于所有材料,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,因而成型产品中不因而成型产品中不含有杂质,性能较高,而且还有利于环保。含有杂质,性能较高,而且还有利于环保。第10页,此课件共85页哦 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,粉末中不添加任粉末中不添加任何润滑剂何润滑剂,生坯密度均在生坯密度均在95%以上。动磁压制件可以在常以上。动磁压制件可以在常规烧结条件下进行烧结规烧结条件下进行烧结,其力学性能高于传统压制件。动其力学性能高于传统压制件。动磁压制
10、适用于制造柱形对称的近终形件、薄壁管、纵横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状复杂的零件。比高的零件和内部形状复杂的零件。1.动磁压制技术动磁压制技术第11页,此课件共85页哦 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命性动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革命性变化变化,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,从而获得高从而获得高性能产品性能产品,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烧结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
11、的粘结钕铁硼磁体密度高钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密度高,其磁其磁能积可提高能积可提高15%-20%15%-20%。1.动磁压制技术动磁压制技术第12页,此课件共85页哦 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料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的显微结构不变,因而也提高了材料性能。对于象因而也提高了材料性能。对于象、与陶瓷粉末等难压制材料、与陶瓷粉末等难压制材料,动磁压制可达到动磁压制可达到较高的密度较高的密度,从而降低烧结收缩率。目前许多动磁压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阶段制的应用已接近工业化阶段,
12、第一台动磁压制系统第一台动磁压制系统已在运行中。已在运行中。1.动磁压制技术动磁压制技术第13页,此课件共85页哦 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。这可能是粉末冶金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。高速压制采用液压冲击机工业的又一次重大技术突破。高速压制采用液压冲击机,它它与传统压制有许多相似之处与传统压制有许多相似之处,但关键是压制速度比传统快但关键是压制速度比传统快50050010001000倍倍,其压头速度高达其压头速度高达230m/s,因而适用于大批量因而适用于大批量生产。液压驱动的重锤生
13、产。液压驱动的重锤(5(512001200kg)可产生强烈冲击波可产生强烈冲击波,0.02s,0.02s内将压制能量通过压模传给粉末进行致密化。内将压制能量通过压模传给粉末进行致密化。重锤的质量与冲击时的速度决定压制能量与致密化程重锤的质量与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度。度。第14页,此课件共85页哦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波,高速压制的另一个特点是产生多重冲击波,间隔约间隔约0 3s的一个个附加冲击波将密度不断提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点是高。这种多重冲击提高密度的一个优点是,可
14、可用比传统压制小的设备制造重达用比传统压制小的设备制造重达5kg以上的大零以上的大零件。件。高速压制适用于制造阀座、气门导管、主轴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、轴套及轴承承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套及轴承座圈等产品。座圈等产品。第15页,此课件共85页哦 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: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/
15、cm0.3g/cm3 3左右;左右;左右;左右;压制件抗拉强度可提高压制件抗拉强度可提高压制件抗拉强度可提高压制件抗拉强度可提高20%20%25%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;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其偏差小于其偏差小于0.01g/cm0.01g/cm3 3。第16页,此课件共85页哦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
16、一项新技术。它是在混合温压技术是近几年新发展的一项新技术。它是在混合物中添加高温新型润滑剂,然后将粉末和模具加热至物中添加高温新型润滑剂,然后将粉末和模具加热至423K左右进行刚性模压制,最后采用传统的烧结工艺进左右进行刚性模压制,最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术,是普通模压技术的发展与延伸,被国际行烧结的技术,是普通模压技术的发展与延伸,被国际粉末冶金界誉为粉末冶金界誉为 “开创铁基粉末冶金零部件应用新纪开创铁基粉末冶金零部件应用新纪元元”和和“导致粉末冶金技术革命导致粉末冶金技术革命”的新型成型技术。的新型成型技术。第17页,此课件共85页哦 3.3.温压成型技术温压成型技术 其与传统
17、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,温度通常设定在一定的温度,温度通常设定在130150范围以内,可使铁基粉末冶范围以内,可使铁基粉末冶金零件密度提高金零件密度提高0.150.4g/cm3,粉末压坯相对密度可达到,粉末压坯相对密度可达到98-99%。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,往往需要优化原料粉末设计(如形状、粒度组成温压致密化机制,往往需要优化原料粉末设计(如形状、粒度组成的选择),通过退火或扩散退火处
18、理以改善粉末塑性,以及往粉末的选择),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高温润滑剂(添加量通常为中掺入高性能高温润滑剂(添加量通常为0.6wt%)。)。第18页,此课件共85页哦 3.3.温压成型技术温压成型技术 第19页,此课件共85页哦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,温压一次压制左右,温压一次压制-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
19、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证了粉末与模壁之间具有左右。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,使得压坯密度分布更加均匀,采用温压工艺制备齿轮较低的摩擦系数,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的密度差比常规压制工艺低类零件时齿部与根部间的密度差比常规压制工艺低0.10.2g/cm3。第20页,此课件共85页哦 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,
20、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低产倍。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,有利于制备形状复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,免去烧结后杂的零件;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-烧结连杆制备烧结连杆制备中表现得尤为明显。中表现得尤为明显。第21页,此课件共85页哦 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 :(
21、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低产倍。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,有利于制备形状复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,免去烧结后杂的零件;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-烧结连杆制备中烧结连杆制备中表现得尤为明显。表现得尤为明显。第22页
22、,此课件共85页哦 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,而常规工艺却,而常规工艺却高达高达5575MPa,其降低幅度超过,其降低幅度超过60%。低的脱模压力意味着温压工艺。低的脱模压力意味着温压工艺易于压制形状复杂的铁基易于压制形状复杂的铁基P/M零件和减小模具磨损从而延长其使用零件和减小模具磨损从而延长其使用寿命。寿命。第23页,此课件共85页哦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 :(
23、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滑剂具有良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好的“整平整平”作用,因此它可以使铁基粉末冶金零件表面精度提高作用,因此它可以使铁基粉末冶金零件表面精度提高2个个IT等级,使纳米晶硬质合金粉末压坯表面精度提高等级,使纳米晶硬质合金粉末压坯表面精度提高3个个IT等级。等级。第24页,此课件共85页哦 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
24、;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。第25页,此课件共85页哦 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。第26页,此课件共85页哦 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
25、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。第27页,此课件共85页哦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,并结合了金属注射并结合了金属注射成形的优点成形的优点,通过加入适量的微细粉末和加大润滑剂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性、填充能力的含量而大大提高了混合粉末的流动性、填充能力和成形性和成形性,
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