5粉末冶金.ppt
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1、5.1 5.1 粉末冶金基础粉末冶金基础5.2 5.2 粉末冶金工艺粉末冶金工艺5.3 5.3 粉末冶金零件结构的工艺性粉末冶金零件结构的工艺性5.4 5.4 粉末冶金材料粉末冶金材料第第5 5章章 粉末冶金成形粉末冶金成形绪论绪论绪 论 粉末冶金是制取金属粉末并通过成形和烧结等工艺将粉末冶金是制取金属粉末并通过成形和烧结等工艺将金属粉末或与非金属粉末的混合物制成制品的加工方法。金属粉末或与非金属粉末的混合物制成制品的加工方法。1 1粉末冶金工艺可获得熔点、密度相差悬殊的多种金属、粉末冶金工艺可获得熔点、密度相差悬殊的多种金属、金属与陶瓷、金属与塑料等多相不均质的特殊功能复合材金属与陶瓷、金属
2、与塑料等多相不均质的特殊功能复合材料和制品。料和制品。2 2提高材料性能。用特殊方法制取的细小金属或合金提高材料性能。用特殊方法制取的细小金属或合金粉末,凝固速度极快、晶粒细小均匀,保证了材料的组织粉末,凝固速度极快、晶粒细小均匀,保证了材料的组织均匀,性能稳定,以及良好的冷、热加工性能,且粉末颗均匀,性能稳定,以及良好的冷、热加工性能,且粉末颗粒不受合金元素和含量的限制,可提高强化相含量,从而粒不受合金元素和含量的限制,可提高强化相含量,从而发展新的材料体系。发展新的材料体系。3 3利用各种成形工艺,可以将粉末原料直接成形为少利用各种成形工艺,可以将粉末原料直接成形为少余量、无余量的毛坯或净
3、形零件,大量减少机加工量。提余量、无余量的毛坯或净形零件,大量减少机加工量。提高材料利用率,降低成本。高材料利用率,降低成本。5.1.1 5.1.1 粉末的化学成分及性能粉末的化学成分及性能5.1.2 5.1.2 粉末冶金的机理粉末冶金的机理5.1 5.1 粉末冶金技术粉末冶金技术5.1.1粉末的化学成分及性能 常用的金属粉末有铁、铜、铝等常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉末,要求其杂质和气体含及其合金的粉末,要求其杂质和气体含量不超过量不超过1%1%2%2%,否则会影响制品的质,否则会影响制品的质量。量。粉末的性能包括粉末的性能包括物理性能物理性能和和工艺工艺性能性能。1.粉末的物理性
4、能 粒度及粒度分布粒度及粒度分布 粉料中能分开并独立存在粉料中能分开并独立存在的最小实体为单颗粒。实际的粉末往往是团聚了的颗的最小实体为单颗粒。实际的粉末往往是团聚了的颗粒,即二次颗粒。粒,即二次颗粒。如图如图5.1.15.1.1所示所示 颗粒形状颗粒形状 即粉末颗粒的外观几何形状。常见即粉末颗粒的外观几何形状。常见的有球状、柱状、针状、板状和片状等,可以通过显的有球状、柱状、针状、板状和片状等,可以通过显微镜的观察确定。微镜的观察确定。比表面积比表面积 即单位质量粉末的总表面积,可通即单位质量粉末的总表面积,可通过实际测定。过实际测定。ccc图图5.1.1 5.1.1 聚集颗粒示意图聚集颗粒
5、示意图a)a)一次颗粒;一次颗粒;b)b)二次颗粒;二次颗粒;c)c)晶粒晶粒2.粉末的工艺性能 填充特性填充特性 指在没有外界条件下,粉末自指在没有外界条件下,粉末自由堆积时的松紧程度。常以松装密度或堆积密由堆积时的松紧程度。常以松装密度或堆积密度表示。度表示。流动性流动性 指粉末的流动能力,常用指粉末的流动能力,常用5050克粉克粉末从标准漏斗流出所需的时间表示。末从标准漏斗流出所需的时间表示。压缩性压缩性 表示粉末在压制过程中被压紧的表示粉末在压制过程中被压紧的能力,用规定的单位压力下所达到的压坯密度能力,用规定的单位压力下所达到的压坯密度表示,在标准模具中表示,在标准模具中,规定的润滑
6、条件下测定。规定的润滑条件下测定。成形性成形性 指粉末压制后,压坯保持既定形指粉末压制后,压坯保持既定形状的能力,用粉末能够成形的最小单位压制压状的能力,用粉末能够成形的最小单位压制压力表示,或用压坯的强度来衡量。力表示,或用压坯的强度来衡量。5.1.2 粉末冶金的机理 压制的机理压制的机理 压制就是在外力作压制就是在外力作用下,将模具或其它容器中的粉末紧用下,将模具或其它容器中的粉末紧密压实成预定形状和尺寸压坯的工艺密压实成预定形状和尺寸压坯的工艺过程。过程。如如图图5.1.2所示所示 烧结的机理烧结的机理 烧结是粉末或压坯烧结是粉末或压坯在低于其主要组分熔点温度以下的热在低于其主要组分熔点
7、温度以下的热处理过程,目的是通过颗粒间的冶金处理过程,目的是通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。结合以提高其强度。如如图图5.1.3所示所示图图5.1.2 5.1.2 粉末压制过程粉末压制过程1 1下模冲下模冲 2 2阴模阴模 3 3上模冲上模冲a)装粉b)压制开始c)压制结束图图5.1.3 5.1.3 烧结过程中显微组织的变化烧结过程中显微组织的变化1 1、22粉末颗粒粉末颗粒 33晶粒晶粒a)粉料b)压坯组织c)烧结组织5.2.1 5.2.1 粉末制备粉末制备5.2.2 5.2.2 粉末的预处理粉末的预处理5.2.3 5.2.3 成形成形5.2.4 5.2.4 烧结烧结5.2.5 5.2.5
8、 后处理后处理5.25.2粉末冶金工艺粉末冶金工艺 粉末冶金工艺过程包括金属粉末粉末冶金工艺过程包括金属粉末的制取和预处理、坯料的成形、烧结的制取和预处理、坯料的成形、烧结和后处理等工序。和后处理等工序。5.2.1 粉末制备 金属粉末的制备方法分为两大金属粉末的制备方法分为两大类:机械法(如类:机械法(如二流雾化法制取金二流雾化法制取金属粉末属粉末和和离心雾化法制取金属粉末离心雾化法制取金属粉末)和物理化学法以及较先进的机械合和物理化学法以及较先进的机械合金化法,汞齐法、蒸发法、超声粉金化法,汞齐法、蒸发法、超声粉碎法等超微粉末制造技术。制备方碎法等超微粉末制造技术。制备方法决定着粉末的颗粒大
9、小、形状、法决定着粉末的颗粒大小、形状、松装密度、化学成分、压制性、烧松装密度、化学成分、压制性、烧结性等。结性等。二流雾化法制取金属粉末示意图二流雾化法制取金属粉末示意图 离心雾化法制取金属粉末示意图离心雾化法制取金属粉末示意图 5.2.2 粉末的预处理 粉末的预处理包括粉末退火、分级、混粉末的预处理包括粉末退火、分级、混合、制粒、加润滑剂等。合、制粒、加润滑剂等。粉末退火可以使氧化物还原,降低碳和其粉末退火可以使氧化物还原,降低碳和其它杂质的含量,提高粉末的纯度;还能消除粉它杂质的含量,提高粉末的纯度;还能消除粉末的加工硬化、稳定粉末的晶体结构。末的加工硬化、稳定粉末的晶体结构。分级是将粉
10、末按粒度大小分成若干级的过分级是将粉末按粒度大小分成若干级的过程。程。混合即将两种或两种以上不同成分的粉末混合即将两种或两种以上不同成分的粉末均匀化的过程。均匀化的过程。制粒是将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒制粒是将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序,常用来改善粉末的流动性。的工序,常用来改善粉末的流动性。5.2.3 成 形 成形是将粉末转变成具有所成形是将粉末转变成具有所需形状的凝聚体的过程。通过成形,需形状的凝聚体的过程。通过成形,松散的粉末被压实成具有一定形状、松散的粉末被压实成具有一定形状、尺寸和强度的坯件。压制过程中松尺寸和强度的坯件。压制过程中松散的粉末通过位移和变形而密实,散的粉末
11、通过位移和变形而密实,随着压力的增加压坯的密度及密度随着压力的增加压坯的密度及密度分布、压坯的强度等发生变化。常分布、压坯的强度等发生变化。常用的成形方法有用的成形方法有模压模压、等静压等静压、轧轧制制、粉浆浇注粉浆浇注、挤压挤压、松装烧结成松装烧结成形形和和爆炸成形爆炸成形等。等。1.模 压 即粉末料在压模内压制。制作即粉末料在压模内压制。制作压坯时压力的大小依粉末种类、形状压坯时压力的大小依粉末种类、形状及各种条件而有很大差异,室温压制及各种条件而有很大差异,室温压制时一般需要约时一般需要约1 1吨吨/厘米厘米2 2以上,压制以上,压制压力过大时,影响加压工具;且易使压力过大时,影响加压工
12、具;且易使坯体发生层状裂纹、伤痕和缺陷等。坯体发生层状裂纹、伤痕和缺陷等。常用的模压方法有单向压制、常用的模压方法有单向压制、双向压制、浮动模压制等。双向压制、浮动模压制等。图图5.2.4 5.2.4 常用的模压方法常用的模压方法a a)单向压制单向压制 b b)双向压制双向压制 c c)浮动模压制浮动模压制1 1、88固定模冲固定模冲 2 2、66固定阴模固定阴模 33粉末粉末4 4、5 5、7 7、1010运动模冲运动模冲 99浮动阴模浮动阴模2.等 静 压 制 压力直接作用在粉末体或弹性模套上,压力直接作用在粉末体或弹性模套上,使粉末体在同一时间内各个方向上均衡受压而使粉末体在同一时间内
13、各个方向上均衡受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯的过程。获得密度分布均匀和强度较高的压坯的过程。按其特性分为冷等静压制和热等静压制两大类。按其特性分为冷等静压制和热等静压制两大类。冷等静压制为在室温下等静压制,液体为冷等静压制为在室温下等静压制,液体为压力传递媒介压力传递媒介 。热等静压制为把粉末压坯或装入特制容器热等静压制为把粉末压坯或装入特制容器内的粉末体置入热等静压机高压容器中,施以内的粉末体置入热等静压机高压容器中,施以高温和高压,使这些粉末体被压制和烧结成致高温和高压,使这些粉末体被压制和烧结成致密的零件或材料的过程。密的零件或材料的过程。3.粉 末 轧 制 粉末轧制是将金属粉末
14、通粉末轧制是将金属粉末通过一个特制的漏斗喂入转动的过一个特制的漏斗喂入转动的轧辊缝中,可轧出具有一定厚轧辊缝中,可轧出具有一定厚度、长度连续、强度适宜的板度、长度连续、强度适宜的板带坯料。适用于生产多孔材料、带坯料。适用于生产多孔材料、摩擦材料、复合材料和硬质合摩擦材料、复合材料和硬质合金等的板材及带材。金等的板材及带材。4.粉 浆 浇 注 是金属粉末在不施加外力的情是金属粉末在不施加外力的情况下成形的,即将粉末加水或其它况下成形的,即将粉末加水或其它液体及悬浮剂调制成粉浆,再注入液体及悬浮剂调制成粉浆,再注入石膏模内,利用石膏模吸取水分使石膏模内,利用石膏模吸取水分使之干燥后成形。之干燥后成
15、形。5.挤 压 成 形 将置于挤压筒内的粉末、压坯或烧结体将置于挤压筒内的粉末、压坯或烧结体通过规定的模孔压出。按照挤压条件不同,分通过规定的模孔压出。按照挤压条件不同,分为冷挤压和热挤压。为冷挤压和热挤压。冷挤压是把金属粉末与一定量的有机粘结冷挤压是把金属粉末与一定量的有机粘结剂混合,在较低温度下(剂混合,在较低温度下(4040200200)挤压)挤压成坯块;成坯块;热挤压是指金属粉末压坯或粉末装入包套热挤压是指金属粉末压坯或粉末装入包套内加热到较高温度下压挤,热挤压法能够制取内加热到较高温度下压挤,热挤压法能够制取形状复杂、性能优良的制品和材料。挤压成形形状复杂、性能优良的制品和材料。挤压
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