粉末连续成形
粉末冶金生产的基本工艺流程
转贴]粉末冶金生产的基本工艺流程标签：转贴粉末冶金生产基本工艺流程时间：2008-11-26 21:23:53 点击：2803 回帖：0上一篇：[转贴]金属磨损自修复抗磨剂的性下一篇：金相显微镜的外形尺寸图(图)粉末冶金生产的基本工艺流程包括：粉末制备、粉末混合、压制成形、烧结及后续处理等。
用简图表示于图7-1中。
陶瓷制品的生产过程与粉末冶金有许多相似之处，其工艺过程包括粉末制备、成形和致密化三个阶段。
2．1 粉末制备2．1．1 粉末制备粉末是制造烧结零件的基本原料。
粉末的制备方法有很多种，归纳起来可分为机械法和物理化学法两大类。
（1）机械法机械法有机械破碎法与液态雾化法。
机械破碎法中最常用的是球磨法。
该法用直径10~20mm钢球或硬质合金对金属进行球磨，适用于制备一些脆性的金属粉末（如铁合金粉）。
对于软金属粉，采用旋涡研磨法。
雾化法也是目前用得比较多的一种机械制粉方法，特别有利于制造合金粉，如低合金钢粉、不锈钢粉等。
将熔化的金属液体通过小孔缓慢下流，用高压气体（如压缩空气）或液体（如水）喷射，通过机械力与急冷作用使金属熔液雾化。
结果获得颗粒大小不同的金属粉末。
图7-2为粉末气体雾化示意图。
雾化法工艺简单，可连续、大量生产，而被广泛采用。
（2）物理化学法常见的物理方法有气相与液相沉积法。
如锌、铅的金属气体冷凝而获得低熔点金属粉末。
又如金属羰基物Fe(CO)5、Ni(CO)4等液体经180~250℃加热的热离解法，能够获得纯度高的超细铁与镍粉末，称为羰基铁与羰基镍。
化学法主要有电解法与还原法。
电解法是生产工业铜粉的主要方法，即采用硫酸铜水溶液电解析出纯高的铜。
还原法是生产工业铁粉的主要方法，采用固体碳还原铁磷或铁矿石粉的方法。
还原后得到得到海绵铁，经过破碎后的铁粉在氢气气氛下退火，最后筛分便制得所需要的铁粉。
图7-2 粉末气体雾化示意图2．1．2 粉末性能粉末的性能对其成形和烧结过程，及制品的性能都有重大影响，因而对粉末的性能必须加以了解。
粉末冶金复习资料
粉末冶金复习题填空:1.粉末冶金是用(金属粉末货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过程。
2.从制粉过程的实质来分,现有制粉方法可归纳为(物理化学法)和(机械法)。
机械法是将原材料机械地粉碎,而(化学成分)基本上不发生变化的工艺过程;物理化学法是借助(化学的)或(物理)的作用,改变原材料的(化学成分)或(聚集状态)而获得粉末的工艺过程。
3.通常把固态物质按分散程度不同分成(致密体)、(粉末体)和(胶体)三类;〔1〕,即大小在1mm以上的称为(致密体),0.1μm 以下的称为(胶体),而介于二者的称为(粉末体)。
4.粉末冶金工艺过程包括(制粉)工序,(成形)工序和(烧结)工序。
5.粉末冶金成形前的预处理包括(粉末退火)、(筛分)、(混合)、(制粒)、和(加润滑剂)等。
6.粉末特殊成形方法有(等静压成形)、(连续成形)、(无压成形)、(注射成形)、(高能成形)等。
7.粉末的等温烧结过程,按时间大致可以划分为三个界限(1)(粘结阶段)(2)(烧结颈长大阶段)(3)(闭孔隙球化和缩小阶段)。
8.通常按烧结过程有无明显的液相出现和烧结系统的组成进行分类分为(单元系烧结)、(多元系固相烧结)、(多元系液相烧结)。
9.常用的粉末冶金锻造方法有(粉末热锻)和(粉末冷锻);而粉末热锻又分为(粉末锻造)、(烧结锻造)和(锻造烧结)三种。
10.粉末冶金复合材料的强化手段包括(弥散强化)、(颗粒强化)和(纤维强化)。
11.粉末是颗粒与颗粒间的空隙所组成的分散体系,因此研究粉末体时,应分别研究属于(单颗粒)、(粉末体)及(粉末体的孔隙)等的性质。
12.粉末在压制过程中,粉末的变形包括(弹性变形)、(塑性变形)和(脆性变形)。
13.通常等静压按其特性分成(冷等静压)和(热等静压)。
14. 烧结过程有自动发生的趋势。
从热力学的观点看,粉末烧结是(系统自由能减小)的过程,即烧结体相对于粉末体在一定条件下处于(能量较低)状态。
粉末冶金原理
1.粉末冶金：制取金属或用金属粉末（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过程。
2.二次颗粒：单颗粒以某种方式聚集就构成二次颗粒3.松装密度：粉末在规定条件下自然充填容器时，单位体积内自由松装粉末体的质量g/cm3。
4.孔隙率：孔隙体积与粉末体的表观体积之比的百分数称为孔隙度（θ）。
5.中位径：将各种粒级粉末个数或百分数逐一相加累积并做图，可以得到累积分布曲线，分布曲线对应５０％处称为中位径弹性后效：在压制过程中，粉末由于受力而发生弹性变形和塑性变形，压坯内存在着很大的内应力，当外力停止作用后，压坯便出现膨胀现象6.合批：将成分相同而粒度不同的粉末进行混合，称为合批7.烧结机构：研究烧结过程中各种可能的物质迁移方式及速率。
8.热压：热压又称为加压烧结，是把粉末装在模腔内，在加压的同时使粉末加热到正常烧结温度或更低一些的温度，经过较短时间烧结成致密而均匀的制品。
9.活化烧结：是指采用化学或物理的措施，使烧结温度降低、烧结过程加快，或使烧结体的密度和其它性能得到提高的方法。
10.单颗粒：粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒。
11.振实密度：粉末装于振动容器，规定条件下，经振动敲打后测得的粉末密度。
12.粒度：以mm或μm的表示的颗粒的大小称颗粒直径，简称粒径或粒度。
13.混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀。
分为机械法和化学法。
14.搭桥：粉末在松装堆集时，由于表面不规则，彼此之间有摩擦，颗粒相互搭架而形成拱桥孔洞的现象。
15.快速冷凝技术的特点：（1）急冷可大幅度地减小合金成分的偏析；（2）急冷可增加合金的固溶能力；（3）急冷可消除相偏聚和形成非平衡相；（4）某些有害相可能由于急冷而受到抑制甚至消除；（5）由于晶粒细化达微晶程度，在适当应变速度下可能出现超塑性等。
16.粉末颗粒的聚集形式：聚合体、团粒、絮凝体；区别：通过聚集方式得到的二次颗粒被称为聚合体或聚集颗粒；团粒是由单颗粒或二次颗粒靠范德华力粘接而成的，其结合强度不大，用研磨。
粉末冶金原理第六章
6.1.1 等静压压制的基本原理
(1)压力分布与摩擦力对压坯密度分布的影响 根据流体力 学的原理，压力泵压入钢筒密闭容器内的流体介质，其压强 大小不变并均匀地向各个方向传递。 (2)压制压力与压坯密度的关系 通常，粉末在钢模压制时 常用图6-4所示的曲线定性地描述压制压力与压坯密度的关 系。
6.1.1 等静压压制的基本原理
1.粉浆浇注基本工艺
图6-20 粉浆浇注工艺原理图 a)组合石膏模 b)粉浆浇注入模
c)吸收粉浆水分 d)成形注件
1.粉浆浇注基本工艺
图6-21 粉浆浇注工艺流程图
(2)石膏模具的制造
图6-22 石膏粉粒度与模具吸水能力的关系
2.影响粉浆浇注成形的因素
(1)粉末的粒度 (2)液固比 液固比是指液体与金属粉末的质量比。 (3)粉浆pH值的影响 粉浆pH值的改变直接影响其黏度值和 粉末颗粒的下沉速度。 (4)分散剂及黏结剂的影响 以藻肮酸钠作为分散剂时，其 含量明显地影响粉浆中粉末颗粒的沉降速度。 (5)粉末吸附气体的量的影响 配制粉浆时由于粉末颗粒表 面吸附一层气体而阻碍母液对粉末表面的润湿，浇注时可能 造成气泡及颗粒分布不均等现象，导致注坯质量降低。
2.脱蜡-烧结-热等静压
1)确定合理的烧结压力、温度及时间参数。 2)确定热等静压最大压力、温度及时间。
2.脱蜡-烧结-热等静压
图6-16 烧结-热等静压压制工艺 过程示意图
3.准等静压
图6-18 准等静压工艺过程 a)热石墨粒装模 b)用机械手把热的预成形坯插入石墨粒中 c)用水压机冲头加压 d)清理模具，石墨粒返回再循环使用，取出压坯
图6-1 等静压制原理图 1—排气阀 2—压紧螺母 3—盖顶 4—密封圈 5—高压容器 6—橡皮塞 7—模套 8—压制料 9—压力介质入口
粉末锻造成型工艺过程
粉末锻造成型工艺是一种利用金属粉末进行成型的工艺。
其主要过程包括以下几个步骤：
1. 原料准备：选择适当的金属粉末作为原料，并根据产品要求进行筛选和混合。
通常会添加一定量的润滑剂和增塑剂，以提高粉末的流动性和成型性能。
2. 压制成型：将混合好的金属粉末放入特制的模具中，然后通过压力机进行压制。
压制过程中，金属粉末会被紧密地压实，形成一定形状的坯料。
3. 粉末预处理：压制成型后的坯料通常会进行一定的预处理，包括去除润滑剂和增塑剂，以及进行退火处理，以提高坯料的力学性能和成形性能。
4. 粉末锻造：将经过预处理的坯料放入特制的锻造模具中，然后通过锻造机进行锻造。
锻造过程中，坯料会受到一定的压力和温度作用，使其发生塑性变形，最终形成所需的产品形状。
5. 后处理：锻造成型后的产品通常需要进行一定的后处理，包括除去表面的氧化物和污染物，以及进行热处理、机械加工和表面处理等，以提高产品的性能和外观质量。
总的来说，粉末锻造成型工艺是一种将金属粉末通过压制和锻造等工艺步骤，以实现金属材料成型的工艺。
它可以制造出复杂形状的零件，并具有高精度、高强度和良好的表面质量等优点，因此在航空航天、汽车、机械等领域有广泛的应用。
第二章粉末压制成形原理
模压成形 是将金属粉末或粉末混合料装入 钢制压模（阴模）中，通过模冲对粉末加压，卸 压后，压坯从阴模内脱出，完成成形过程。
▪ Loose powder is compacted and densified into a shape, known as green compact
▪ Most compacting is done with mechanical presses and rigid tools ▪ Hydraulic and pneumatic presses are also used
x
推导
zP y
压坯受力示意图
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p侧
1
p p
p侧 — 单位侧压力（MPa）；p — 单位压制压力（MPa）； ξ = γ /（1-γ ）—侧压系数；γ—泊桑比
（二）侧压系数
● 定义： ξ = γ /（1-γ ）= p侧 /p ：单位侧压力与单位正压力之比 ● 影响因素
▪ 颗粒间可用于相互填充的空间（孔隙） ▪ 粉末颗粒间摩擦 ▪ 颗粒表面粗糙度 ▪ 润滑条件 ▪ 颗粒的显微硬度 ▪ 颗粒形状 ▪ 加压速度
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2. 粉末颗粒的变形
● 弹性变形 颗粒所受实际应力超过其弹性极限，发生弹性变形。 ● 塑性变形
● 净压力（有效压力）：p，，P1
● 压力损失：∆p，P2—克服内外摩擦力，
单向压制各种力的示意图
P = P1 + P2 ∆p = p-p，
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第三章粉末冶金
无量纲量。坯块相对密度指坯块密度与同种固体金属密度之比。
图3-11坯块相对密度与压制压力的关系 1—银粉；2—涡旋铁粉；3—铜粉； 4—还原铁粉；5—镍粉；6—鉬粉
图3-12坯块相对密度与压制压力的关系 1—电解钍粉；2—钙热还原钍粉；3—还原锆粉； 4—研磨铍粉；5—氢化物离解铀粉； 6—硼化钛粉；7—铬粉
化学法：将金属或化合物粉末与添加的金属盐溶液均匀混合，或各组元
全部某种盐的溶液形式混合，然后经沉淀、干燥和还原等处理而得到均匀 布的化合物。化学法用于制取钨-铜-镍高密度合金，铁-镍磁性材料，银-
钨触头合金等混合物原料等
第三章成形 （3）筛分 筛分指把不同粒度的粉末通过网筛或振动筛进行分级，使粉末能够按 照粒度分成粒度范围更小的级别。 （4）制粒 制粒指将小颗粒粉末制成较大颗粒或团粒，目的是改善粉末的流动性。
l l0 l 100% 100% l l
式中δ—沿坯块高度或直径的弹性后效； l0——坯块卸压前的高度或直径； l——坯块卸压后的高度或直径。
图3-20各种粉末的弹性后效
第三章成形 （7）坯块密度及其分布 压制过程的主要目的是得到一定的坯块密度，并力求密度均匀分布，但 实践证明，坯块密度分布不均匀是压制过程的主要特征之一。 液体在模具内经受流体静压力后，压力传递到模具的任何一个面，即液 体力图向各个方向流动，而粉末在模具中压制时，主要是在施加力的 方向上移动。
b.密度达到一定值后，粉末体出现一定压缩阻力，由于位移大大减少，
而变形尚未开始，压力增加，但密度增加很少； c.当压力超过粉末颗粒的临界应力时，粉末颗粒开始变形，使坯块密度
继续增大。
图3-10坯块密度的变化规律
第三章成形 （5）压制压力与坯块相对密度的关系 相对密度指物质的密度与参考物质的密度在各自规定的条件下之比，
粉末压制成形详解
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3. 随粉末体密实，压坯密度增加，压坯强度也增加。 压坯强度是如何形成的
三、 粉末体在压制过程中的变形
（一） 粉末体受压力后的变形特点（与致密材料受力变形比 较）
1. 致密材料受力变形遵从质量不变和体积不变，粉末体压制 变形仅服从质量不变。
粉末体变形较致密材料复杂。 2.致密材料受力变形时，仅通过固体质点本身变形，粉末体
变形包括粉末颗粒的变形，还包括颗粒之间孔隙形态的改 变，即颗粒发生位移。
4. 由于粉末颗粒之间摩擦，压力传递不均匀，压坯中不同部位密 度存在不均匀。 压坯密度不均匀对压坯乃至产品性能有十分重要的影响。
5. 卸压脱模后，压坯尺寸发生膨胀—产生弹性后效 弹性后效是压坯发生变形、开裂的最主要原因之一。
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本章内容
§2.1 概述 §2.2 压制过程中力的分析 §2.3 压制压力与压坯密度的关系 §2.4 粉末压坯密度的分布 §2.5 粉末压坯的强度
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第一节 概述
一、基本概念
● 成形（Forming）的定义： 将粉末密实（densify）成具有一定形状、尺
寸、孔隙度和强度的坯体（green compacts）的工 艺过程。
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粉末轧制是咬入区与变形区
影响轧制过程的主要参数
粉末性能的影响
⑴粉末流动性对带坯性能的影响 ⑵粉末的氧含量对带坯性能的影响 ⑶粉末松装密度对带坯性能的影响 轧辊直径的影响：许多研究者就轧辊直径对 带坯的密度和厚度的影响作过不少实验和理 论上的分析 给料方式的影响: 粉末轧制时, 按给料的方向 可分为垂直给料和水平给料。
②预压压力 预压的作用在于尽可能除去挤压前 的混合料中的气体，扩大粉末表使物料初步致密 化。预压压力与挤压压力有关 ③挤压温度 挤压物料的塑性受温度的影响。一 般说，挤压物料温度升高，塑性变好。 ④挤压速度 挤压速度系指单位时间内挤出坯料 的长度，一般用表示。挤压速度过快，压坯易发 生断裂，其原因有两种解释：一种认为中心部位 的混合料与外层混合料由于流速差过大而引起料 层间剧烈的摩擦，由摩擦产生的热造成局部石蜡 熔化，减弱颗粒间的粘结而造成断裂；另一种则 认为，由于挤压速度过快，中心部位混合料流动 的超前现象变得更严重，造成较大的剪切应力而 使压坯断裂。
第二节 粉末连续成形
工业和技术的发展，需要用粉末冶 金方法生产各种板、带、条材或管、棒 状及其他形假合金带材用状型材，为此 近年来，发展了粉末轧制法、喷射成形 法和粉末挤压法等。这些方法统称连续 成形法、这些方法的特点是：粉末体在 压力的作用下，由松散状态经历连续变 化成为具有一定密度和强度以及所需要 尺寸形态的压块，同钢模压制比较，所 需的成形设备较少。
一、金属粉末轧制
※粉末轧制的发展：将金属粉末通过一个特制 的漏斗喂入转动的轧辊缝中，即可压轧出具 有一定厚度和连续长度且有适当强度的板带 坯料。这些坯料经过烧结炉的预烧结和烧结 处理，再经过轧制加工、热处理等工序即可 制成有一定孔隙度的或致密的粉末冶金板带 材。
※粉末轧制法的特点： 与熔铸轧制法比较，粉末轧制法的优点是： ⒈能够生产一般轧制法难于或无法生产的板 带材。。 ⒉能够轧制出成分比较精确的带材。 ⒊粉末轧制的板带材料具有各方向同性。 ⒋工艺过程短，节约能源。 ⒌粉末轧制法成材率比熔铸轧制法高。 ⒎不需大型设备，减少了大量投资。
轧制带坯的烧结
粉末冷轧带坯需要进 行烧结处理，以获得一定的物理机械性能， 如抗张强度和延伸率等。对于需要致密度 很高的材料还要经过冷轧加工及中间退火 等工序。至于多孔带材、减摩材料用的带 材，大部分都不必再补充致密化。粉末带 坯的烧结工艺原理及设备与其他粉末制品 的大体上是一致的，但其所需要的烧结时 间比一般制品要短得多，因为带坯厚度较 薄，在高温下受热很快达到均匀。
粉末轧制的分类
金属粉末冷轧法： ⑴粉末直接轧制法 此法是在室温下，将金 属 粉末通过喂料装置直接喂入转动的轧辊 间，被轧辊连续地压轧成坯带。 ⑵粉末粘结轧制法 轧制也在室温下进行， 与直接轧制法不同的是将金属粉末同一定 数量的粘合剂混合制成薄膜状物，然后在 轧机上轧制成所需要厚度的带坯。 金属粉末热轧法 粉末在加热达到一定的温 度后，直接喂入转动的轧辊缝间进行轧制。
二、挤压成形
概述
压挤工艺是金属压力加工业中采用已 久的一项加工技术。这项技术在现代电器陶 瓷、塑料、橡胶工业中也获得广泛应用。压 挤工艺在粉末冶金中的应用已有金管材最早 就是用此法生产的50多年历史，硬质合。应 用在粉末冶金中的压挤技术通常称为挤压成 形。
增塑金属粉末的挤压
⑴挤压过程力的分析：挤压增塑粉末混合料 同挤压致密金属的过程大体相似。 ⑵挤压工艺过程：增塑粉末挤压成形的过程 是将具有一定粘结力和良好塑性的有机物 与金属粉末组成的混合料在挤压模内经受 压力的作用，迫使物料通过规定几何形状 的模嘴挤出的管棒材。
轧制速度的影响: 轧制时轧制速度由零开始
逐步提高到某一临界值时, 带坯的密度和厚 度并未发生变化。 轧制气氛的影响: 实验已证实气相的粘度是 影响粉末轧制带坯密度和厚度的重要因素 之一。 辊缝的大小的影响：调节辊缝能直接影响 轧制压力，结果明显影响轧制带坯的密度 和厚度。 轧辊表面加工程度的影响：轧辊辊面的表 面粗糙度影响轧带的厚度。表是三种加工 粗糙度的轧辊表面对轧出带坯厚度的影响
⑶影响挤压过程的主要因素 ①石蜡的加入量 石蜡的加入量明显地影响挤压压 力和颗粒间的结合力。石蜡加入量过多可降低挤 压压力（如图所示），但粉末颗粒之间的结合力 减弱，致使压坯强度下降。同时也使后继处理如 预烧和烧结发生困难。 石蜡加量过少，粉末颗粒表面包覆一层薄的 石蜡膜，甚至一些粉末颗粒还处于直接接触状态， 挤压时颗粒间产生相对运动，表面膜被破坏，粉 末颗粒间的接触面扩大，粉末与模壁直接接触， 结果产生较大的摩擦阻力，从而增大挤压压力。 随着挤压压力的增加，附加内应力也增加，结果 使压坯产生横向裂纹和分层。
增塑成形剂的选择
增塑成形剂的物理 化学性质对挤压过程以及最终制品的性能 影响是十分明显的。增塑剂应具有较佳的 可塑性质，具有较强的粘结能力，不与金 属粉末料起化学作用，在制品的烧结温度 下能全部挥发除去。 硬质合金与多孔材料的挤压工艺 碳化 钨钴硬质合金料及镍、蒙乃尔合金、不锈 钢粉末等多孔材料的挤压工艺如图
是制取复杂断面或凹形的高温合金材料的 一种重要方法，其工艺过程如图
a坯块 b挤压 c型材
包套空腔的准备
包套空腔（或型腔）用软低碳钢或不 锈钢加工而成。空腔的尺寸按需要的最终制品尺寸加上放 大挤压系数来确定。 装套 将已确定好的包套空腔放入碳钢盒内，把粉末装 入空腔中并经振动摇实。 包套的抽空、排气和密封 装入包套内经振动密实的粉 末在加热挤压前，必须经过室温下除气。 挤压 把密封包套的坯料放入炉内加热，然后按一定的 挤压比装入模内进行分段挤压。 剥套处理 挤压出的坯料如图所示剥去包套，即可获得 致密的型材。
金属粉末轧制工艺
金属粉末带材的生产过程大体上可分为粉末喂 料、轧制成形、轧制带坯的烧结等工序。下面就各 工序分别加以叙述。 粉末喂料：⑴水平方向轧制的喂料 ⑵ 沿垂直方向轧制喂料 轧制成形 与一般致密金属的轧制不同，金属粉 末在轧制过程中具有下列特点：粉末体的体积显著 减小；粉末颗粒发生弹塑性变形，粉末体的成形靠 粉末颗粒间的机械啮合或添加有机粘结剂粘结；冷 轧未经烧结的带坯强度很低，要提高带坯的强度， 必须把粉末加热轧制成形
热挤
随着温度的升高，金属或合金的变形阻力降
低，塑性提高。利用此特性，将金属粉末或 压坯加热通过模具进行挤压成形的过程称为 粉末热挤。挤出的坯件尺寸及形状完全由模 具嘴的尺寸或型腔来控制。
按挤压金属特性和挤压零件形状，热挤法
可分成非包套热挤和包套热挤两种形式
近年来，研制出一种填充坯料挤压工艺这
粉末轧制原理
粉末轧制的实质是将具有一定轧制性能 的金属粉末装入到一个特制的漏斗中，并保 持给定的料柱高度，当轧辊转动时由于粉末 与轧辊之间的外摩擦力以及粉末体内摩擦力 的作用，使粉末连续不断地被咬入到变形区 内受轧辊的轧压。
粉末轧制过程示意图 Ⅰ-粉末自由区 Ⅱ-喂料区 Ⅲ-压轧区
实际上粉末轧制时带坯宽展很小，因此 由此
剥夺
型材
பைடு நூலகம்