第六章 粉末冶金材料
机械制造基础-6.1粉末冶金概述及金属粉末特性
第六章粉末冶金6.1 金属粉末的特性6.2 粉末制备技术6.3 粉末冶金成形技术第一节金属粉末的特性粉末冶金概述粉末的化学成分、物理及工艺性能什么是粉末冶金？粉末冶金是制取金属粉末，并用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。
与陶瓷生产相似，均属于粉末成形烧结技术。
粉末冶金主要工艺过程包括：粉末制备、成形、烧结、后处理四部分。
粉末冶金生产工艺流程图能实现少切削或无切削加工，具备显著的高效、节能、省材、优质、精密、少污染等一系列优点。
常用来制造其他工艺无法制造或难以制造的材料和制品，如硬质合金、多孔材料、减摩材料、结构材料、难熔金属材料、摩擦材料、磁性材料、金属陶瓷等。
粉末冶金制品粉末冶金特点及应用有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）粉末不锈钢粉末 粉末体，简称粉末，通常是指尺寸小于1mm 的离散颗粒的集合体。
或者说，是由大量的颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。
显微镜下的粉末☐粉末的化学成分☐粉末的物理性能☐粉末的工艺性能粉末的化学成分指主要金属的含量、杂质和气体的含量。
粉末中的杂质主要包括四类：①能与主要金属结合，形成固溶体或化合物的金属或非金属成分；②从原料或粉末生产过程中带入的机械夹杂；③制粉工艺带进的杂质；④粉末表面吸附的氧、水蒸气和其他气体等。
杂质和表面吸附物会降低粉末的压制性能和颗粒活性，对粉末成形和烧结不利。
一般杂质和气体的含量不能超过1%~2%。
颗粒的形状粒度和粒度组成比表面积颗粒密度显微硬度等粉末的物理性能切削运动 有球状、棒状、片状、树枝状、多面体状、不规则状、粒状、海绵状等。
生产方法不同，颗粒形状也有所不同。
颗粒形状对粉末的工艺性能以及压坯和烧结体的强度有显著影响。
形状颗粒形状 粉末的物理性能有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）粉末粒度，又称粒径，是指粉末颗粒的大小。
材料工程基础-第六章 粉末材料的成形与固结
P0—初始接触应力 ρ—相对密度
θ0—(1-ρ) a=[ρ2(ρ-ρ0)]/θ0
成形方法
压力成形
增塑成形
浆料成形
模压成形 三轴压制 等静压成形 高能成形 挤压成形 扎膜成形 楔形压制 注射成形 车坯成形
注浆成形 热压铸成形 流延法成形 压力渗滤 凝胶铸模成形 直接凝固成形
二、压力成形 1、 模压成形
压力成形
增塑成形
挤压成形 扎膜成形 楔形压制 注射成形 车坯成形
浆料成形
二、增塑成形
1、挤压（挤出）成形： 利用压力把具有塑性的粉料通
过模具挤出来成形的，模具的形状就是成形坯体的形状。
单螺杆挤出机示意图
通心粉
➢ 2、轧膜成形（滚压或辊压成形）
将粉体和粘结剂、溶剂等置于置于轧辊上混 炼，使之混合均匀，伴随吹风，溶剂逐步挥发， 形成一层厚膜； 调整轧辊间距， 反复轧制，可制 得薄片坯料。
２、 粉末在压力下的运动行为
成形工艺主要有： 刚性模具中粉末的压制（模压） 弹性封套中粉末的等静压 粉末的板条滚压 粉末的挤压
受力过程的三个阶段
第一阶段：首先粉末颗粒发生重排； 第二阶段：颗粒发生弹塑性变形； 第三阶段：颗粒断裂。
压坯密度与压制压力的关系
在压制过程中，随着压力的增加，粉 体的密度增加、气孔率降低。人们对压 力与密度或气孔率的关系进行了大量的 研究，试图在压力与相对密度之间推导 出定量的数学公式。目前已经提出的压 制压力与压坯密度的定量公式（包括理 论公式和经验公式）有几十种之多，表 中所示为其中一部分。
成形的理论基础 粉末的工艺性能 粉末在压力下的运动行为 成形方法
一、成形的理论基础
１、粉体的堆积与排列
晶胞 BCC
粉末冶金材料学
1.粉末冶金技术的特点（优越性）能制造熔铸法无法获得的材料和制品1、难熔金属及其碳化物、硼化物和硅化物；2、孔隙可控的多孔材料3、假合金4、复合材料；5 微、细晶（准晶）和过饱和固溶的块体金属和制品；能制造性能优于同成分熔铸金属的粉末冶金材料1、制造细晶粒、均匀组织和加工性能好的稀有金属坯锭；2、制造成分偏析小、细晶、过饱和固熔的高性能合金；具有高的经济效益1、少无切削；2、工序短，效率高；3、设备通用性好，适合于大批量生产；2.粉末冶金材料的分类1、机械材料和零件；2、多孔材料及制品；3、硬质工具材料4、电接触材料；5、粉末磁性材料；6、耐热材料；7、原子能工程材料；3.粉末冶金材料的孔隙产生过程及其存在形态产生过程：颗粒间隙（松装粉末聚集体或粉末成形素坯）烧结形成孔隙。
存在形态：开孔：与外表面连通的孔隙，半开孔：孔隙只有一端与外表面连通的孔隙，闭孔：与外表面不连通的孔隙，连通孔：互相连通的孔隙4. 孔隙对材料性能影响的基本理论；减小承载面积；应力集中剂（减小孔隙尺寸、孔隙球化、孔隙内表面圆滑处理能有效降低应力集中，从而提高强度和韧性）应力松弛剂：裂纹遇到孔隙后被磨钝，提高断裂水平5.哪些力学性能对孔隙形状敏感：强度、弹性模量、延伸率、断裂韧性、冲击韧性、硬度6. 提高粉末冶金材料密度的方法：复压复烧，溶浸、粉末冶金热锻7.固溶强化机理：晶体中有合金元素，固溶原子与晶体中缺陷的交互作用，溶质元素使基体（溶剂）金属的塑性变形抗力、强度、硬度增大，延性和韧性降低8.影响固溶度（合金溶解度）的因素：晶格因素，相对尺寸因素，化学亲和力，电子浓度因素9.什么是金属材料热处理?将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以改变金属或合金的内部组织结构，使材料满足使用性能要求。
10.加热奥氏体化时影响粒度的因素：加热温度和保温时间，加热速度，合金元素，原始组织11.刚冷却时等温转变的基本类型及对应组织结构的名称共析钢等温转变：珠光体，贝氏体，马氏体；亚共析钢等温转变：奥氏体，铁素体，珠光体；过共析钢等温转变：奥氏体，渗碳体，珠光体12.烧结钢热处理的工艺特点及注意事项工艺特点：奥氏体化温度高：致密钢为AC+30～50℃，烧结钢为AC+100～200℃，密度的要求：烧结钢密度过低（＜6.0g/cm3）淬火无任何效果，淬透性比致密钢差注意事项：(1)孔隙率＞10%易腐蚀，不能在盐浴中加热(2)表面热处理前应进行封孔处理：滚压、精整、或氮化、硫化处理 (3)加热时应气氛保护或添加保护性填料 (4)淬火介质不能用水。
粉末冶金材料学复习内容
“粉末冶金材料学”复习内容一、粉末冶金材料学概述1. 简介粉末冶金的特点粉末冶金技术：是以金属粉末或非金属粉末或其混合物为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。
粉末冶金材料：是用粉末冶金技术制得的近全致密或多孔材料（包括制品）特点:1)技术多样性；粉末制备技术,成形技术,烧结技术2)工艺复杂性；制粉,制备金属粉末、合金粉末、金属化合物粉末以及包覆粉末;成形,分加压成形和无压成形两类, 其他加压成形方法有等静压成形、粉末轧制、粉末挤压等;烧结,单元系烧结和多元系烧结，其烧结温度都比所含金属与合金的熔点要低。
烧结后处理,有精整、熔浸、机加工、热处理（淬火、回火和化学处理）和电镀等.3)性能优越性；材料具有特殊结构和性能,能制造性能更优的材料（与熔炼法比）粉末高速钢、粉末超合金可避免成分的偏析，保证合金具有均匀组织和稳定性能，同时，这种合金具有细晶粒组织使热加工性大为改善4)零件复杂性；零件的孔隙度可控,零件的形状、结构复杂5)手段先进性；6)规模扩大性；7)成本低廉性。
2. 粉末冶金发展趋势与学科前沿发展趋势①辐射领域越来越广(研制新材料、开发新应用)；②新技术层出不穷（如喷射成形、注射成形等)；③多学科交叉（材料、化学、化工、冶金、物理、机械等）；④高致密化、高性能化、集成化和低成本化；⑤非平衡及超细材料和制品的制备，如非晶、微晶、纳米晶、准晶等；⑥具有独特组分的复合材料设计与制备。
学科前沿①粉末制取新技术、新工艺及其过程理论。
向超细、超纯、粉末特性可控方向发展。
②建立以“近净成形”技术为中心的各种新型固结技术及其过程模拟理论，如粉末注射成形、挤压成形、喷射成形、温压成形、粉末锻造等。
③建立以“全致密化”为主要目标的新型固结技术及其过程模拟技术。
如热等静压、微波烧结、高能成形等。
粉末冶金材料设计、表征和评价新技术。
粉末冶金材料的孔隙特性、界面问题及强韧化机理的研究。
粉末冶金材料
1.1 粉末冶金材料
将不同金属粉末混合，或金属粉 末与非金属粉末混合，经过成型、烧结 等过程制成零件或毛坯的工艺方法称为 粉末冶金。粉末冶金法和熔炼法都是生 产工程材料的基本方法之一。
粉末冶金法常用来制作结构材料、硬 质合金、金属陶瓷、磨擦材料、难熔金属材 料等。
1.1 粉末冶金材料
优点：
用粉末冶金法生产某些材料时，能避免 成分的偏析，保证合金具有均匀的组织和 稳定的性能，同时使合金的热加工性大为 改善 从机械零件加工方面来看，粉末冶金法 是一种少切削、无切削的新工艺，可以减 少机械加工量，节约金属材料、提高劳动 生产率。
1.1 粉末冶金材料
铁基粉 末冶金 的生产 工艺过 程为：
1.2 硬质合金
硬质合金是以碳化钨、碳化钛等高熔点、高
硬度的碳化物粉末与起黏结作用的金属钴粉末经混合、 压制成形，再烧结而制成的粉末冶金制品。也称金属 陶瓷硬质合金或烧结硬质合金。
硬质合金具有:
✓高硬度 ✓高热硬性 ✓高耐磨性 ✓较高的抗压强度
1.2 硬质合金
应用：
主要用于制造各种刀具， 其切削速度、耐磨性及寿命都 比高速钢高。硬质合金还可用 于制造某些冷作模具、量具以 及不受冲击、振动的高耐磨零 件。
1.4 其他非铁合金
钛及钛合金
钛飞船
1.4 其他非铁合金
镁及镁合金
镁的性质:
镁的密度为1.74kg/m3，只相当于铝的2/3 镁具有很高的化学活性，易在空气中形成疏松 多孔的氧化膜 镁的电极电位低，耐蚀性差 镁为密排六方晶格，强度和塑性均不高，一般 不直接作结构材料。
1.4 其他非铁合金
镁及镁合金
•镁合金经热处理后（固溶处理＋时效），强度 可达300~350MPa，比强度高于铝合金 •减振性好，切削加工性优良 •但镁合金耐蚀性差，常常需要采取保护措施。
粉末冶金原理简介课件
化学共沉淀法
总结词
通过化学反应使金属离子共沉淀形成均匀的金属氧化物或硫化物粉末。
详细描述
化学共沉淀法是一种制备金属粉末的方法，通过化学反应使金属离子共沉淀形成 均匀的金属氧化物或硫化物粉末。在沉淀过程中，控制溶液的pH值和浓度等条 件，使不同金属离子同时沉淀，形成成分均匀的混合物粉末。
喷雾干燥法
定义
粉末烧结是一种通过加热使粉末颗粒 间发生粘结，从而将它们转化为致由烧结和压制烧结。
烧结原理与过程
原理
烧结过程中，粉末颗粒通过表面扩散、粘性流动和塑性变形等机制相互粘结， 形成连续的固体结构。
过程
烧结过程通常包括加热、保温和冷却三个阶段，其中保温阶段是粉末颗粒粘结 的主要阶段。
能源领域
粉末冶金多孔材料可用于制造 燃料电池电极、核反应堆控制 棒等能源相关领域。
医疗器械
粉末冶金材料具有生物相容性 和耐腐蚀性，适用于医疗器械 制造，如人工关节、牙科植入
物等。
粉末冶金的发展历程
01
02
03
早期发展
粉末冶金起源于古代金属 加工技术，如青铜器时代 的铜合金制造。
20世纪发展
随着科技的发展，粉末冶 金在20世纪得到了广泛研 究和应用，涉及领域不断 扩大。
05
粉末冶金材料性能
力学性能
高强度和硬度
粉末冶金材料通过细晶强 化等手段，表现出较高的 硬度和强度，能够满足各 种复杂工况的需求。
良好的耐磨性
由于粉末冶金材料的晶粒 细小且均匀，其耐磨性优 于传统铸造和锻造材料。
抗疲劳性能
由于材料的内部结构均匀 ，可以有效抵抗疲劳裂纹 的扩展，提高零件的寿命 。
特点
粉末冶金具有能够制备传统熔炼 方法难以制备的合金、材料纯度 高、材料性能可调范围广、节能 环保等优点。
粉末冶金材料
粉末冶金材料粉末冶金材料是一种通过将金属粉末或粉末混合物在一定的温度、压力条件下压制成型，再经过烧结或热处理得到所需形状和性能的金属材料的制备工艺。
粉末冶金材料具有独特的优点，因此在各种工业领域得到广泛应用。
首先，粉末冶金材料具有优异的工艺性能。
由于粉末冶金材料的原料为金属粉末，因此可以通过模具压制成各种复杂形状的零件，且可以在不同的温度和压力条件下进行成型，适应各种加工工艺要求。
这使得粉末冶金材料在制造复杂零件时具有独特的优势，大大提高了生产效率。
其次，粉末冶金材料具有优异的机械性能。
由于粉末冶金材料在成型后需要进行烧结或热处理，使得材料内部结构得到优化，晶粒得到再结晶，从而提高了材料的硬度、强度和耐磨性等机械性能。
此外，粉末冶金材料还可以通过合金化、表面处理等方式进行性能调控，满足不同工程应用的要求。
再次，粉末冶金材料具有优异的耐腐蚀性能。
由于粉末冶金材料可以通过合金化、表面处理等方式改变材料的化学成分和表面状态，因此可以在一定程度上提高材料的耐腐蚀性能。
这使得粉末冶金材料在化工、航空航天等领域得到广泛应用，成为了替代传统材料的重要选择。
最后，粉末冶金材料具有优异的经济性能。
由于粉末冶金材料可以通过粉末冶金成型、烧结或热处理等工艺制备成型，因此可以实现材料的高效利用，减少了材料浪费，降低了生产成本。
同时，粉末冶金材料还可以通过批量生产、自动化生产等方式降低生产成本，提高了产品的竞争力。
综上所述，粉末冶金材料具有优异的工艺性能、机械性能、耐腐蚀性能和经济性能，因此在汽车、航空航天、电子、军工等领域得到广泛应用。
随着科技的不断进步和工业的不断发展，相信粉末冶金材料将会在未来发展中发挥越来越重要的作用。
第六章 粉末冶金
五、粉末冶金制品的结构工艺性
1．壁后不能太薄，一般不小于2mm，并尽量使壁以 成形。 2．沿压制方向的横截面有变化时，只能是沿压制方向缩小， 而不能逐渐增大。 3．阶梯圆柱体每级直径之差不宜大于3mm ，每级的长度与 直径之比（L/D）应在3以下，否则不易压实。 4．应避免与压制方向垂直的或斜交的沟槽、孔腔，因此粉 末冶金制品上不能制出垂直于压制方向的退刀槽与内、 外螺纹，这些只能留待以后切削加工制出。制品上也无 法做出斜孔和旋钮上的网纹花。 5．制品应避免内、外尖角，圆角半径应不小于0．5mm。球 面部分也应留出小块平面，便于压实。
思 考 题
简述粉末冶金的过程。
加压方法：单向加压、双向加压 2.烧结 烧结：高温使原子活动能力增加，使粉末接触 面积增加，同时通过原子扩散，进一步提高粉 末冶金制品的强度，降低气孔率 烧结温度、时间和大气环境 固相烧结 小于熔点 结构件 液相烧结：两组分熔点之间 特殊产品
二、粉末冶金的主要工序 1.粉末的制备 （1）机械方法 球磨、雾化 （2）物理方法 蒸汽冷凝法 （3）化学方法 还原法、电解法 2.筛分与混合 使粉料中的各组元均匀化 3.压制 使成为有一定形状、尺寸、密度与强度 的坯块—压坯 4.烧结 降低气孔率，提高密度和强度 5.后处理 精压处理、浸油处理、表面淬火等
第六章 粉末冶金
粉末冶金:由金属或金属与非金属粉末混合物经压 制、烧结、后处理等工序制成金属制品或金属 材料的方法 一、粉末冶金基础 1.粉末的压实 粉末压实：将均匀混合的粉料压制成型，借助 于粉末原子间吸引力与机械咬合作用，使制品 结合为具有一定强度的整体 压实压力 制品的密度随粉末压实压力的增加而增加； 压缩比随粉末压实压力的增加而增加；
三、粉末冶金的特点