粉末锻造
合集下载
第六章-粉末锻造
• 为了研究外摩擦和高径比对表面拉应力和断裂 的影响，库恩等对烧结铝合金圆柱体预成形坯 进行了镦粗试验。推导出预成形坯的高径比和 断裂时锻件的高径比的关系。并假设裂纹即将 产生的时刻就是预成形坯到达模壁的时刻，这 样产生裂纹时的高径比就是复压阶段开始的高 径比。
• 通常在设计与锻件形状相似的预成形坯 时，为了防止任何两个部分之间金属发 生折叠和断裂，预成形坯各部分的金属 量的分配，不要使金属过多地从一个部 分流到另一个部分。应该指出，预成形 坯的设计除了考虑锻件性能要求、材料 的流动和断裂以外，还应考虑锻模使用 寿命问题。
第四节 粉末锻造过程的变形机构
• 由于多孔预成形坯是由基体金属和孔隙组成的 复合体，在锻造时同时产生塑性变形和致密化， 与致密金属坯锻造时塑性变形的微观机构相比， 具有不同的特点。
• 致密金属塑性变形的微观机构主要是金属晶体 的位错运动；而多孔预成形坯塑性变形和致密 化的微观机构，不仅基体金属晶体产生晶间和 晶内变形，而且与孔隙的变形有关。
• 由于孔隙周围的颗粒形状和位向是不同的， 颗粒间的联结强度又很低，所以在外力作 用下，每个颗粒所处的应力状态不同，使 每个颗粒的变形和颗粒间晶界的滑移也不 同，从而引起颗粒间多种形式的相对移动、 转动和变形，造成孔隙的倒塌、闭合和拉 伸。
• 单轴压缩：在无摩擦平板模镦粗时所发生的变形方
式。一种无侧向约束的压缩变形。
• 平面应变压缩：在平板模镦粗长条预成形坯时，在
长条坯的中心截面上产生平面应变压缩。是一种在 一个侧向上有约束的压缩变形。
• 复压：是发生在热复压过程中的一种变形。在闭式
模锻变形的最后阶段，当预成形坯填满模腔后所发 生的变形，也属于复压。这是一种全约束的压缩变 形。
孔隙同时受到水静压应力和切应力 的作用，在变形过程中，孔隙体积 不仅受到水静压缩，而且由于剪切 变形使孔隙闭合和拉长
• 通常在设计与锻件形状相似的预成形坯 时，为了防止任何两个部分之间金属发 生折叠和断裂，预成形坯各部分的金属 量的分配，不要使金属过多地从一个部 分流到另一个部分。应该指出，预成形 坯的设计除了考虑锻件性能要求、材料 的流动和断裂以外，还应考虑锻模使用 寿命问题。
第四节 粉末锻造过程的变形机构
• 由于多孔预成形坯是由基体金属和孔隙组成的 复合体，在锻造时同时产生塑性变形和致密化， 与致密金属坯锻造时塑性变形的微观机构相比， 具有不同的特点。
• 致密金属塑性变形的微观机构主要是金属晶体 的位错运动；而多孔预成形坯塑性变形和致密 化的微观机构，不仅基体金属晶体产生晶间和 晶内变形，而且与孔隙的变形有关。
• 由于孔隙周围的颗粒形状和位向是不同的， 颗粒间的联结强度又很低，所以在外力作 用下，每个颗粒所处的应力状态不同，使 每个颗粒的变形和颗粒间晶界的滑移也不 同，从而引起颗粒间多种形式的相对移动、 转动和变形，造成孔隙的倒塌、闭合和拉 伸。
• 单轴压缩：在无摩擦平板模镦粗时所发生的变形方
式。一种无侧向约束的压缩变形。
• 平面应变压缩：在平板模镦粗长条预成形坯时，在
长条坯的中心截面上产生平面应变压缩。是一种在 一个侧向上有约束的压缩变形。
• 复压：是发生在热复压过程中的一种变形。在闭式
模锻变形的最后阶段，当预成形坯填满模腔后所发 生的变形，也属于复压。这是一种全约束的压缩变 形。
孔隙同时受到水静压应力和切应力 的作用，在变形过程中，孔隙体积 不仅受到水静压缩，而且由于剪切 变形使孔隙闭合和拉长
粉末冶金
热处理炉
粉末冶金件的显微结构通常不如传统钢件那样均匀，因此在淬火表面以下任何给定距离，烧结钢件的显微硬 度值比传统钢要分散得多。有时候试锥打在马氏体基体中分散的铁素体、残留奥氏体或珠光体的软点上或孔隙上， 测量会有很大的偏差。
Ⅱ-6粉末冶金常见缺陷：
缺陷内容
图片
原因及解决方法
每个烧结炉中第 一个部件发泡
（2）、高速压制技术
原理：高速压制采用液压冲击机,它与传统压制有许多相似之处,但关键是压制速度比传统快500～1000倍, 其压头速度高达2～30m/s,因而适用于大批量生产 特点：压制件密度提高，提高幅度在0.3g/cm3左右；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, 脱模力较低；高速压制的密度较均匀, 其偏差小于0.01g/cm3
粉末冶金工艺
Ⅰ粉末冶金概述
粉末冶金是一门制造金属粉末，并以金属粉末（有时也添加少量 非金属粉末）为原料，经过混合、成形和烧结，制造材料或制品的技 术。
粉末冶金最突出的优点有两个： (1)能够制造目前使用其他工艺无法制造或难于制造的材料和制 品，如多孔、发汗、减震、隔音等材料和制品，钨、钼、钛等难熔金 属材料和制品，金属-塑料、双金属等复合材料及制品。 (2)能够直接制造出合乎或者接近成品尺寸要求的制品，从而减 少或取消机械加工，其材料利用率可以高达95%以上，它还能在一些 制品中以铁代铜，做到了“省材、节能”。
对于支架、连杆、轴承板、偏心轮以及配种块，一般选用SMF40系列，优点是成形性好，价格低，烧结硬 度低，整形容易，缺点是一般变化率大，非整形的产品尺寸相对不易控制。对于轴套、隔套等定位零件，AMF 和SMF系列均可，视其功能及工作要求选用，对于荷重齿轮、链轮、棘轮选用SMF50系列，其中的镍和钼均可
粉末锻造汽车发动机连杆新进展
车 的轻 量化。
年增高到 了０ ５ ． ％，近 １年 来几乎 ９ ０ 增长 了一倍。
粉末冶金零件的固有优势
粉末 冶金 零件 作为 一种 新兴 的金属 零件成 形 工艺 ，特 别适合 于 像汽车 这样 的大 批量生 产 的产 业 。粉 末冶金 零件 的生产 批量 越 大 ，零件 的生 产成 本就越 低 。这 是 因为粉 末冶金 零 件的生 产成 本 主要 取决 于模具 与设 备费 用 。而
１４年 美国一家大汽车 公司就将使 ９０
用的全部 油泵齿轮改用粉 末冶金齿 轮 ，这是粉末 冶金结构零件 发展史 上 的一项重大进 展。从此 ，粉末 冶
Ｇ Ｖ ｒ ｃ ． 发动机 中使用 了７ Ｍ ｏｔ ２ ｅ４Ｌ ９
个粉 末冶金零件 ，分 别是粉锻连杆 ６ 、主轴 承盖７ 个 个、阀座圈２ 个 、 ４
据 文献 ，２０ 年美 国Ｇ ０５ Ｍ公司
生 产 的汽 车 中 ，平 均每 辆 车 的 粉
在Ｄａ ｍｌｒ ｉ ｅ —Ｃｈ ｙ ｌ 的八缸 ｒ Ｓｅ ５７ ｍｉ ． Ｈｅ 发动机 中 ，使 用的粉末 Ｌ
２世纪６ 年代初 ，烧结 青铜 含油轴 ０ ０ 承 都是 汽 车 制 造 中使 用 的 一 种 重 要零 件 。在 日本 ，２ ０ 年 生 产 的 ０６ ７ ６ ｔ 结 金属 含油 轴承 中 ，用于 ９４烧
０４ ％，１ ８ 年 为０６ ％，而 １ ９ ．２ ９７ ．１ ９７
图２ 粉末冶金零件产量与生产成本的关系
（）粉末冶 金零件的材料密度是可控 的 一般而言 ，粉末冶金零件的 ３ 材料 密度 因用途而异 。例如 ，烧结金 属含油轴承 的材料密 度比组成 相同的 熔铸材料低 ２％～２％，而粉末冶 金结构零件低 １％～１％，即使像 粉锻连 ０ ５ ０ ５ 杆 ，其材料 密度 虽 已达到不 小于７ ９／ ． ｇｃ ，但 由于结构 的某些改变 ，重量 ７ ｍ 仍 比锤锻钢连杆减低 了１％ 因此 ，粉末冶金零件的大 量采用有利于汽车整 ０
年增高到 了０ ５ ． ％，近 １年 来几乎 ９ ０ 增长 了一倍。
粉末冶金零件的固有优势
粉末 冶金 零件 作为 一种 新兴 的金属 零件成 形 工艺 ，特 别适合 于 像汽车 这样 的大 批量生 产 的产 业 。粉 末冶金 零件 的生产 批量 越 大 ，零件 的生 产成 本就越 低 。这 是 因为粉 末冶金 零 件的生 产成 本 主要 取决 于模具 与设 备费 用 。而
１４年 美国一家大汽车 公司就将使 ９０
用的全部 油泵齿轮改用粉 末冶金齿 轮 ，这是粉末 冶金结构零件 发展史 上 的一项重大进 展。从此 ，粉末 冶
Ｇ Ｖ ｒ ｃ ． 发动机 中使用 了７ Ｍ ｏｔ ２ ｅ４Ｌ ９
个粉 末冶金零件 ，分 别是粉锻连杆 ６ 、主轴 承盖７ 个 个、阀座圈２ 个 、 ４
据 文献 ，２０ 年美 国Ｇ ０５ Ｍ公司
生 产 的汽 车 中 ，平 均每 辆 车 的 粉
在Ｄａ ｍｌｒ ｉ ｅ —Ｃｈ ｙ ｌ 的八缸 ｒ Ｓｅ ５７ ｍｉ ． Ｈｅ 发动机 中 ，使 用的粉末 Ｌ
２世纪６ 年代初 ，烧结 青铜 含油轴 ０ ０ 承 都是 汽 车 制 造 中使 用 的 一 种 重 要零 件 。在 日本 ，２ ０ 年 生 产 的 ０６ ７ ６ ｔ 结 金属 含油 轴承 中 ，用于 ９４烧
０４ ％，１ ８ 年 为０６ ％，而 １ ９ ．２ ９７ ．１ ９７
图２ 粉末冶金零件产量与生产成本的关系
（）粉末冶 金零件的材料密度是可控 的 一般而言 ，粉末冶金零件的 ３ 材料 密度 因用途而异 。例如 ，烧结金 属含油轴承 的材料密 度比组成 相同的 熔铸材料低 ２％～２％，而粉末冶 金结构零件低 １％～１％，即使像 粉锻连 ０ ５ ０ ５ 杆 ，其材料 密度 虽 已达到不 小于７ ９／ ． ｇｃ ，但 由于结构 的某些改变 ，重量 ７ ｍ 仍 比锤锻钢连杆减低 了１％ 因此 ，粉末冶金零件的大 量采用有利于汽车整 ０
粉末锻造技术及其展望
粉末锻造技术及其展望粉末锻造技术是将之前的冶金技术和模块锻造技术相结合而发展开来的新兴锻造工艺。
具有低成本，高质量，高产能，资源节约等优点。
因此，本文试图在分析粉末锻造工艺形成的流程基础上，阐述该项技术在我国工业领域的应用，从而展望粉末锻造技术的发展远景。
标签：粉末锻造；工艺流程；发展远景0 引言粉末锻造技术起源于上世纪60年代的美国，刚开始因为技术的不成熟和产品的需求不足，该项工艺并没有得到充分发展。
不过随着汽车工业的发展，对粉末锻造零件的需求量大增，现在已经成为相对成熟的金属加工工艺，并大规模的应用于除汽车外的其他制造业领域。
我国于70年代开始在粉末锻造原材料、塑造原理、工艺设备和产品制造等方面开展了相关的讨论和研究，并取得初步的成果。
但在技术的成熟和应用方面我国还与美国、西欧、日本等国家和地区存在着一定的差距。
1 粉末锻造工艺的流程粉末锻造工艺流程首先是根据不同产品的要求调配粉末并压制为预成形坯，然后烧结和加热锻造，最后进行后续处理。
1.1 粉末原料的选取粉末锻造选取的原材料一般是铁粉或者合金钢粉。
但在粉末锻造中应用铁粉原料要严格控制Mn、Si等微量元素的含量。
因其这种铁粉可硬性程度不高，所以可以添加其他合金化元素来改善其性能。
合金钢粉主要应用的是雾化粉，虽然合金钢粉也会加Mn、Cr 等元素，不过在粉末锻造过程中特别容易氧化。
而Ni、Mo出现氧化的几率就要小得多，现在研制的Fe- Ni- Mo系列预合金粉，不仅让冲击韧性下降又明显改善基体，故在粉末锻件中多使用该系列的预合金粉。
此外，如果有其他非金属的参杂会对粉末锻造材料的影响很大。
根据相关研究表示：粉末锻件的疲劳寿命主要取决于夹杂之间的自由路程，所以应采用纯净度高的钢粉，雾化粉因为非金属夹杂少、合金元素含量易于控制，受到广泛应用[1]。
1.2 压制预成形坯在压制预成形坯之前，一个重要的步骤就是对预成形坯的设计，这是关系到粉末锻造能否成功。
粉末冶金的工艺流程-粉末成形
粉末成形
简介 粉末冶金生产中的基本工序之一，目的是将松散的粉末制成具有预定几何形
状、尺寸、密度和强度的半成品或成品。模压（钢模）成形是粉末冶金生产中采 用最广的成形方法。18世纪下半叶和19世纪上半叶，西班牙、俄国和英国为制造 铂制品，都曾采用了相似的粉末冶金工艺。当时俄国索博列夫斯基 (П.Г.Соболевсκий)使用 的是 钢模 和螺 旋压 机。 英 国的 沃拉 斯顿 (W.H.Wol laston )使 用 压 力 更 大 的 拉 杆 式 压 机 和 纯 度 更 高 的 铂 粉 ，制 得 了 几 乎 没 有 残余孔隙的致密铂材。后来，模压成形方法逐渐完善，并用来制造各种形状的铜 基 含 油 轴 承 等 产 品 。 20世 纪 30年 代 以 来 ， 在 粉 末 冶 金 零 件 的 工 业 化 生 产 过 程 中 , 压 机 设 备 、模 具 设 计 等 方 面 不 断 改 进 , 模 压 成 形 方 法 得 到 了 更 大 的 发 展 ，机 械 化 和 自动化已达到较高的程度。为了扩大制品的尺寸和形状范围，特别是为了提高制 品密度和改善密度的均匀性相继出现和发展了多种成形方法。早期出现的有粉末 轧制、冷等静压制、挤压、热压等；50年代以来又出现了热等静压制、热挤压、 热锻等热成形方法。这些方法推动了全致密、高性能粉末金属材料的生产。 主要功能
料 为 金 属（ 低 碳 钢 、不 锈 钢 、钛 ），还 可 用 玻 璃 和 陶 瓷 。由 于 温 度 和 等 静 压 力 的 同 时作用，可使许多种难以成形的材料达到或接近理论密度，并且晶粒细小，结构 均匀，各向同性和具有优异的性能。热等静压法最适宜于生产硬质合金、粉末高 温合金、粉末高速钢和金属铍等材料和制品；也可对熔铸制品进行二次处理，消 除气孔和微裂纹；还可用来制造不同材质紧密粘接的多层或复合材料与制品。 粉末锻造
简介 粉末冶金生产中的基本工序之一，目的是将松散的粉末制成具有预定几何形
状、尺寸、密度和强度的半成品或成品。模压（钢模）成形是粉末冶金生产中采 用最广的成形方法。18世纪下半叶和19世纪上半叶，西班牙、俄国和英国为制造 铂制品，都曾采用了相似的粉末冶金工艺。当时俄国索博列夫斯基 (П.Г.Соболевсκий)使用 的是 钢模 和螺 旋压 机。 英 国的 沃拉 斯顿 (W.H.Wol laston )使 用 压 力 更 大 的 拉 杆 式 压 机 和 纯 度 更 高 的 铂 粉 ，制 得 了 几 乎 没 有 残余孔隙的致密铂材。后来，模压成形方法逐渐完善，并用来制造各种形状的铜 基 含 油 轴 承 等 产 品 。 20世 纪 30年 代 以 来 ， 在 粉 末 冶 金 零 件 的 工 业 化 生 产 过 程 中 , 压 机 设 备 、模 具 设 计 等 方 面 不 断 改 进 , 模 压 成 形 方 法 得 到 了 更 大 的 发 展 ，机 械 化 和 自动化已达到较高的程度。为了扩大制品的尺寸和形状范围，特别是为了提高制 品密度和改善密度的均匀性相继出现和发展了多种成形方法。早期出现的有粉末 轧制、冷等静压制、挤压、热压等；50年代以来又出现了热等静压制、热挤压、 热锻等热成形方法。这些方法推动了全致密、高性能粉末金属材料的生产。 主要功能
料 为 金 属（ 低 碳 钢 、不 锈 钢 、钛 ），还 可 用 玻 璃 和 陶 瓷 。由 于 温 度 和 等 静 压 力 的 同 时作用，可使许多种难以成形的材料达到或接近理论密度，并且晶粒细小，结构 均匀，各向同性和具有优异的性能。热等静压法最适宜于生产硬质合金、粉末高 温合金、粉末高速钢和金属铍等材料和制品；也可对熔铸制品进行二次处理，消 除气孔和微裂纹；还可用来制造不同材质紧密粘接的多层或复合材料与制品。 粉末锻造
材料受迫成形工艺技术
18
粉末锻造成形工艺过程
粉末制取
模压成形
型坯烧结
后续处理
锻造
锻前加热
19
粉末锻造件优点：
• 能源消耗低，材料利用率高 为普通锻造能耗49%，材料利用 率达90%，普通锻造仅40-60%；
• 锻件精度高，力学性能好 组织无偏析，无各向异性；
• 疲劳寿命高 比普通锻造提 高20%，高速钢工具寿命可提 高两倍以上。
d)铸件
6
特种铸造技术 类型：压力铸造、低压铸造、熔模铸造 真空铸造、挤压铸造等。 压力铸造：金属模，以压力浇注取代重力浇注， 铸件精确、表面光洁、内部致密。
金属模压铸机压铸过程
a)合型
b)压铸 c)开型
1-压射冲头 2-压室 3-液体金属 4-定型 5-动型 6-型腔 7-浇道 8-余斜
7
清洁（绿色）铸造技术 •洁净的能源 以感应电炉代替冲天炉，减轻对空气的 污染 •无砂和少砂铸造 如压力铸造、金属型铸造、挤压铸 造等 •清洁无毒材料 使用无毒无味变质剂、精炼剂、粘结 剂等 •高溃散性型砂工艺 树脂砂、酯硬化水玻璃砂工艺 •废弃物再生和综合利用 铸造旧砂再生回收、熔炼炉 渣处理和综合利用
德国 MACMAsoft 软件， 英国 Procast 软件， 清华大学 Flsoft 软件等。
10
二. 精确高效金属塑性成形工艺
1.精密模锻 利用模锻设备锻造出锻件形状复杂、精度高的 模锻工艺，其尺寸精度可达到IT12~15,表面粗糙度可为Ｒａ ３.２~ 1.6um
锥齿轮的精密模锻工艺 a)下料 b)普通模锻 c)精密模锻
整体压缩法的模具动作
23
3. 模具滑合成形法 适用于中空制品和不同材料复合体
模具滑合成形法的模具动作过程
粉末冶金简介行业一类
通常由：阴模、一个上模冲、三个下模冲及芯棒所组成的模具成型，如下图所 示。
特制内容
15
5、Ⅴ型压坯
指上部有两个台面，下部有三个台面的一类压坯。
通常由：阴模、两个上模冲、三个下模冲及芯棒所组成的模具成型；“上三下 四”压坯，是目前粉末冶金成型机可压制成型的、形状最复杂的压坯，如下图 所示。
特制内容
16
1、原料粉末制取； 2、原料粉末经必要的预处理，通过不同的成型技术以获得具有一定 形状和尺寸的压坯； 3、将坯件在低于基体金属熔点温度下加热烧结； 4、零件的后续处理。
特制内容
3
粉末冶金机械零件传统工艺过程：
特制内容
4
粉末冶金机械零件新工艺过程——粉末锻造：
特制内容
5
粉末冶金机械零件新工艺过程——温压工艺：
2、Ⅱ型压坯
指端部有外凸缘或内凸缘的一类压坯。
通常由：阴模、一个上模冲、两个下模冲及芯棒所组成的模具成型，如下图所 示。
特制内容
13
3、Ⅲ型压坯
指上、下端面都有两个台面的一类压坯。
通常由：阴模、两个上模冲、两个下模冲及芯棒所组成的模具成型，如下图所 示。
特制内容
14
4、Ⅳ型压坯
指下端面都有三个台面的一类压坯，包括两个外台阶面类和凹槽类。
特制内容
23
这样的零件能不能成型和脱模？
特制内容
24
粉末冶金模具示意图
特制内容
25
3、应保证模具寿命：
由于铁基烧结结构零件的成型压力一般为600MPa左右，股压模的强度和结构不 然会受到一定的限制，设计压坯时应避免在压模结构中出现不坚固部位，同时 应力求模具结构简单易于制造
a）小孔压坯：压制极小孔（直径小于2mm或长度长、直径小于3mm）压坯时， 芯棒压制时可能弯曲或脱模时被拉长。在进行复压时，由于侧向力、或切向力 大，芯棒可能会断裂
特制内容
15
5、Ⅴ型压坯
指上部有两个台面，下部有三个台面的一类压坯。
通常由：阴模、两个上模冲、三个下模冲及芯棒所组成的模具成型；“上三下 四”压坯，是目前粉末冶金成型机可压制成型的、形状最复杂的压坯，如下图 所示。
特制内容
16
1、原料粉末制取； 2、原料粉末经必要的预处理，通过不同的成型技术以获得具有一定 形状和尺寸的压坯； 3、将坯件在低于基体金属熔点温度下加热烧结； 4、零件的后续处理。
特制内容
3
粉末冶金机械零件传统工艺过程：
特制内容
4
粉末冶金机械零件新工艺过程——粉末锻造：
特制内容
5
粉末冶金机械零件新工艺过程——温压工艺：
2、Ⅱ型压坯
指端部有外凸缘或内凸缘的一类压坯。
通常由：阴模、一个上模冲、两个下模冲及芯棒所组成的模具成型，如下图所 示。
特制内容
13
3、Ⅲ型压坯
指上、下端面都有两个台面的一类压坯。
通常由：阴模、两个上模冲、两个下模冲及芯棒所组成的模具成型，如下图所 示。
特制内容
14
4、Ⅳ型压坯
指下端面都有三个台面的一类压坯，包括两个外台阶面类和凹槽类。
特制内容
23
这样的零件能不能成型和脱模？
特制内容
24
粉末冶金模具示意图
特制内容
25
3、应保证模具寿命：
由于铁基烧结结构零件的成型压力一般为600MPa左右，股压模的强度和结构不 然会受到一定的限制，设计压坯时应避免在压模结构中出现不坚固部位，同时 应力求模具结构简单易于制造
a）小孔压坯：压制极小孔（直径小于2mm或长度长、直径小于3mm）压坯时， 芯棒压制时可能弯曲或脱模时被拉长。在进行复压时，由于侧向力、或切向力 大，芯棒可能会断裂
谈粉末锻造成形工艺在摩托车零部件上的应用(1)
谈粉末锻造成形工艺在摩托车零部件上的应用(1)崔利军【期刊名称】《摩托车技术》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】4页(P49-52)【作者】崔利军【作者单位】【正文语种】中文粉末锻造技术既有粉末冶金成形性能较好的优点，又具有能发挥锻造变形有效地改变金属材料组织和性能作用的特点，使粉末冶金和锻造工艺在生产上取得了新的突破，特别适宜大批量生产高强度、形状复杂的结构零件，粉末锻造工艺方法已经成熟，作为一种精减工序，减少公害和节约资源的合乎时代要求的技术，是一项跨世纪的先进的高新技术。
因此在各工业部门中有大力推广应用的发展前途，值得业内人士的关注。
1 粉末锻造工艺迫切需要大力发展粉末锻造技术是常规的粉末冶金工艺和精密锻造有机结合而发展起来的一项颇具有市场竞争力的少、无切削金属加工方法。
该方法以金属粉末为原料，经过预成形压制，在保护气氛中进行加热烧结及作为锻造毛坯，然后在压力机上一次锻造成形和实现无飞边精密模锻，从而获得了与普通模锻件质量密度相同、形状复杂的精密锻件。
当下，传统的普通模锻和机械加工方法已难以满足当今汽车、摩托车等工业生产中对产品高质量、高精度、高效率、低消耗、低成本的要求。
为此，20世纪40年代德国和美国对铁粉锻造开始进行研究，直到20世纪60年代中期已初步研制成功一种新型的金属塑性成形工艺——粉末锻造，首次锻造出连杆零件。
锻压成型工艺具体指锻造成形与锻造工艺无关，只是图纸或技术要求，要求工件要以锻造工序完成，也就是说无论采用何种锻压工艺，一定要满足图纸和技术要求尺寸。
反过来说图纸和技术要求尺寸是由锻压工序完成。
粉末冶金作为金属零件制造的少无切削工艺，采用模压成形和烧结工艺具有节约材料、提高效率、降低成本的特点，铁铜基粉末冶金零部件在汽车、摩托车及机械零部件上的应用越来越多。
但一般粉末冶金零件在致密性和机械性能上难以达到冶炼钢的水平。
尽管采用了许多新工艺方法，如复压复烧、温压成形等，却很难突破7.7 g/cm3以上的密度水平，且成本大幅提高。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 单轴压缩：在无摩擦平板模镦粗时所发生的变形方
式。一种无侧向约束的压缩变形。
• 平面应变压缩：在平板模镦粗长条预成形坯时，在
长条坯的中心截面上产生平面应变压缩。是一种在 一个侧向上有约束的压缩变形。
• 复压：是发生在热复压过程中的一种变形。在闭式
模锻变形的最后阶段，当预成形坯填满模腔后所发 生的变形，也属于复压。这是一种全约束的压缩变 形。
杂质含量和粒度分布以及预合金化程度等等 • 预成形压坯的设计。锻造过程中材料的致密、变形和
断裂主要取决于预成形坯的设计，包括预成形坯的形 状、尺寸、密度和质量的设计。 • 锻模设计和寿命 • 锻造工艺条件和热处理
粉末锻造工艺影响因素
• 多孔坯的可锻性； • 锻造压力； • 锻造温度； • 锻模温度； • 润滑及冷却等。
二、基本流动模型的研究
----变形分析
• 在锻造过程中，可把复杂形状的粉末锻件分 割为几个区域，每个区域都用一个特殊的塑 性流动模型来表征。对于各种轴对称锻件， 这些区域包括横向流动（垂直于冲头运动方 向）、后挤压（与冲头方向相反）和前挤压 （与冲头运动方向相同）
4、变形和致密的不均匀性
• 在粉末锻造过程中，由于外摩擦的存在， 使预成形坯内的应力分布不均匀，应力 状态不同，导致预成形坯变形和致密的 不均匀性。
第三节 粉末锻造过程的断裂
一、粉末锻造过程的断裂
• 在粉末冶金锻造过程中预成形坯的横向流动， 对粉末锻件的冶金结构完整性和机械性能有很 大的影响。据研究指出热复压件比同材质的热 锻件，具有较小的冲击韧性，且随着横向流动 量的减少而降低；同时，由于横向流动而使孔 隙受到垂直压缩和剪切变形的作用，从而有利 于孔隙的闭合，降低预成形坯致密时所需的压 力。
进行锻造； • 采用大变形量锻造方式使锻造初期出现的裂纹重新
锻合起来。
粉末锻造过程的断裂极限
• 通过一系列圆柱体试样的镦粗试验，测定断 裂点的压应变（高度真实应变εh=㏑（h/h0） 和拉应变（周向真实应变ε0=㏑（D/D0 ）,从 而可以得到多孔坯断裂时表面主应变之间的 关系，叫做断裂应变迹线，也叫成形极限应 变曲线。
• 在模锻过程中，多孔预 成形坯受到外力和内力 的作用产生变形而致密。
对于动压设备（如摩擦压机、高能高速锤等） 来说：
由上式可知：增大锻锤质量M或提高打击 速度V，都能使作用力增大，即打击能量增大。 但是，在粉末锻造时，增大锻锤质量比增大打 击速度更易于控制。
在粉末模锻过程中，多孔预成形坯的变由于多孔坯易于变形，锻件密度增加很快； 锻造后期由于部分孔隙封闭，金属流动阻力增大，锻 造压力迅速增高，若要排除锻件中的残留孔隙，则需 要非常高的锻造压力
• 阿忍等研究了铁粉预成形坯在820~1080℃锻造到一定 应变所需要的锻造压力与温度的关系，并指出：当锻 造温度低于900℃时，锻造压力随温度的升高而降低； 900℃以上时，锻造压力几乎不再降低。
第六章 粉末锻造
第一节 粉末锻造工艺
• 粉末锻造：将烧结的预成形坯，加热后在闭式模中锻 造成零件的工艺。
• 优点：兼有粉末冶金和精密模锻两者的优点，可以制 取相对密度在98%以上的粉末锻件，克服了普通粉 末冶金零件密度低的缺点；可获得较均匀的细晶粒组 织，并可显著提高强度和韧性，使粉末锻件的物理机 械性能接近、达到甚至超过普通锻件水平。
• 保持普通粉末冶金少、无切屑工艺的优点，通过合理 设计预成形坯和实行少、无飞边锻造，具有成形精确、 材料利用率高、锻造能量低、模具寿命高和成本低等 特点。
粉末锻造分类： • 常用的粉末锻造方法有粉末热锻和粉末冷锻； • 粉末热锻又分为粉末锻造、烧结锻造和锻造烧结三种
粉末锻造关键技术：
• 粉末原料的选择。粉末锻件材质的选择、粉末类型、
• 但是在闭式模锻过程中，预成形坯极易产生裂 纹。
多孔预成形坯的低拉伸塑性是限制粉末锻造的主要 因素。为了解决预成形坯低拉伸塑性和锻造时需要 横向流动之间的矛盾，可采取的办法：
• 改善润滑条件和合理设计预成形坯，控制变形方式， 以便增加裂纹产生前的应变量；
• 采用高温烧结方法，提高预成形坯的可锻性； • 采用无横向流动无断裂危险的热复压方式； • 利用粉末合金的微细晶粒超塑性和相变超塑性状态
镦粗：在外力作用下，使坯料高度减小，横截面增大的塑 性成形工序。
二、锻造过程多孔预成形坯的变形特性
1、质量不变 • 致密体在塑性变形过程中遵循着体积不变，而多孔体
在锻造时遵循着质量不变
2、低屈服强度和低拉伸塑性 • 多孔预成形坯的屈服强度随着预成形坯孔隙度的增大
而减小；且比致密体的屈服强度小得多 • 多孔预成形坯由于显著致密化和较小横向流动而使鼓
• 锻模的温度、润滑及冷却状况强烈影响锻件的质量和 锻模的使用寿命。在粉末热锻低合金钢时，锻模温度 一般为200~310℃，所采用的润滑剂与精密模锻相同， 常采用胶体石墨水剂或二硫化钼油剂；且用压缩空气 来强制冷却锻模以得到均匀的润滑薄膜
第二节 粉末锻造过程的塑性理论
一、粉末锻造过程三种基本变形和致密方式
形曲率减小，导致鼓形表面的周向应力减小，但是与 致密坯相比，孔隙对拉应力更加敏感，从而使多孔预 成形坯在拉应力状态下具有低塑性的特点。
3、小的横向流动
• 金属在压缩过程中的横向流动是锻造时 的主要变形特性多孔预成形坯在锻造过 程中同时产生变形和致密化，遵循着质 量不变条件，但其体积是不断减小的。 由于锻造时消耗了部分能量来减少预成 形坯的孔隙，所以多孔预成形坯同致密 坯相比，具有较小的横向流动，
• 由图可知所有试验材料的断裂应变迹线都 是一条斜率为1/2的直线，且平行于均匀压 缩（无摩擦）的应变迹线。这说明各种材 料断裂时鼓形表面的总应变关系相同。
• 在均匀压缩中，圆柱体表面不形成鼓形， 其周向应力为零，所以不会产生断裂。而 偏离此条件时则可能产生断裂。各条断裂 应变迹线与纵坐标轴的截距，表示在平面 应变条件下断裂前的应变。烧结坯由于存 在孔隙，断裂应变迹线的纵截距比致密坯 低得多，且室温下的断裂应变迹线比高温 下低。
式。一种无侧向约束的压缩变形。
• 平面应变压缩：在平板模镦粗长条预成形坯时，在
长条坯的中心截面上产生平面应变压缩。是一种在 一个侧向上有约束的压缩变形。
• 复压：是发生在热复压过程中的一种变形。在闭式
模锻变形的最后阶段，当预成形坯填满模腔后所发 生的变形，也属于复压。这是一种全约束的压缩变 形。
杂质含量和粒度分布以及预合金化程度等等 • 预成形压坯的设计。锻造过程中材料的致密、变形和
断裂主要取决于预成形坯的设计，包括预成形坯的形 状、尺寸、密度和质量的设计。 • 锻模设计和寿命 • 锻造工艺条件和热处理
粉末锻造工艺影响因素
• 多孔坯的可锻性； • 锻造压力； • 锻造温度； • 锻模温度； • 润滑及冷却等。
二、基本流动模型的研究
----变形分析
• 在锻造过程中，可把复杂形状的粉末锻件分 割为几个区域，每个区域都用一个特殊的塑 性流动模型来表征。对于各种轴对称锻件， 这些区域包括横向流动（垂直于冲头运动方 向）、后挤压（与冲头方向相反）和前挤压 （与冲头运动方向相同）
4、变形和致密的不均匀性
• 在粉末锻造过程中，由于外摩擦的存在， 使预成形坯内的应力分布不均匀，应力 状态不同，导致预成形坯变形和致密的 不均匀性。
第三节 粉末锻造过程的断裂
一、粉末锻造过程的断裂
• 在粉末冶金锻造过程中预成形坯的横向流动， 对粉末锻件的冶金结构完整性和机械性能有很 大的影响。据研究指出热复压件比同材质的热 锻件，具有较小的冲击韧性，且随着横向流动 量的减少而降低；同时，由于横向流动而使孔 隙受到垂直压缩和剪切变形的作用，从而有利 于孔隙的闭合，降低预成形坯致密时所需的压 力。
进行锻造； • 采用大变形量锻造方式使锻造初期出现的裂纹重新
锻合起来。
粉末锻造过程的断裂极限
• 通过一系列圆柱体试样的镦粗试验，测定断 裂点的压应变（高度真实应变εh=㏑（h/h0） 和拉应变（周向真实应变ε0=㏑（D/D0 ）,从 而可以得到多孔坯断裂时表面主应变之间的 关系，叫做断裂应变迹线，也叫成形极限应 变曲线。
• 在模锻过程中，多孔预 成形坯受到外力和内力 的作用产生变形而致密。
对于动压设备（如摩擦压机、高能高速锤等） 来说：
由上式可知：增大锻锤质量M或提高打击 速度V，都能使作用力增大，即打击能量增大。 但是，在粉末锻造时，增大锻锤质量比增大打 击速度更易于控制。
在粉末模锻过程中，多孔预成形坯的变由于多孔坯易于变形，锻件密度增加很快； 锻造后期由于部分孔隙封闭，金属流动阻力增大，锻 造压力迅速增高，若要排除锻件中的残留孔隙，则需 要非常高的锻造压力
• 阿忍等研究了铁粉预成形坯在820~1080℃锻造到一定 应变所需要的锻造压力与温度的关系，并指出：当锻 造温度低于900℃时，锻造压力随温度的升高而降低； 900℃以上时，锻造压力几乎不再降低。
第六章 粉末锻造
第一节 粉末锻造工艺
• 粉末锻造：将烧结的预成形坯，加热后在闭式模中锻 造成零件的工艺。
• 优点：兼有粉末冶金和精密模锻两者的优点，可以制 取相对密度在98%以上的粉末锻件，克服了普通粉 末冶金零件密度低的缺点；可获得较均匀的细晶粒组 织，并可显著提高强度和韧性，使粉末锻件的物理机 械性能接近、达到甚至超过普通锻件水平。
• 保持普通粉末冶金少、无切屑工艺的优点，通过合理 设计预成形坯和实行少、无飞边锻造，具有成形精确、 材料利用率高、锻造能量低、模具寿命高和成本低等 特点。
粉末锻造分类： • 常用的粉末锻造方法有粉末热锻和粉末冷锻； • 粉末热锻又分为粉末锻造、烧结锻造和锻造烧结三种
粉末锻造关键技术：
• 粉末原料的选择。粉末锻件材质的选择、粉末类型、
• 但是在闭式模锻过程中，预成形坯极易产生裂 纹。
多孔预成形坯的低拉伸塑性是限制粉末锻造的主要 因素。为了解决预成形坯低拉伸塑性和锻造时需要 横向流动之间的矛盾，可采取的办法：
• 改善润滑条件和合理设计预成形坯，控制变形方式， 以便增加裂纹产生前的应变量；
• 采用高温烧结方法，提高预成形坯的可锻性； • 采用无横向流动无断裂危险的热复压方式； • 利用粉末合金的微细晶粒超塑性和相变超塑性状态
镦粗：在外力作用下，使坯料高度减小，横截面增大的塑 性成形工序。
二、锻造过程多孔预成形坯的变形特性
1、质量不变 • 致密体在塑性变形过程中遵循着体积不变，而多孔体
在锻造时遵循着质量不变
2、低屈服强度和低拉伸塑性 • 多孔预成形坯的屈服强度随着预成形坯孔隙度的增大
而减小；且比致密体的屈服强度小得多 • 多孔预成形坯由于显著致密化和较小横向流动而使鼓
• 锻模的温度、润滑及冷却状况强烈影响锻件的质量和 锻模的使用寿命。在粉末热锻低合金钢时，锻模温度 一般为200~310℃，所采用的润滑剂与精密模锻相同， 常采用胶体石墨水剂或二硫化钼油剂；且用压缩空气 来强制冷却锻模以得到均匀的润滑薄膜
第二节 粉末锻造过程的塑性理论
一、粉末锻造过程三种基本变形和致密方式
形曲率减小，导致鼓形表面的周向应力减小，但是与 致密坯相比，孔隙对拉应力更加敏感，从而使多孔预 成形坯在拉应力状态下具有低塑性的特点。
3、小的横向流动
• 金属在压缩过程中的横向流动是锻造时 的主要变形特性多孔预成形坯在锻造过 程中同时产生变形和致密化，遵循着质 量不变条件，但其体积是不断减小的。 由于锻造时消耗了部分能量来减少预成 形坯的孔隙，所以多孔预成形坯同致密 坯相比，具有较小的横向流动，
• 由图可知所有试验材料的断裂应变迹线都 是一条斜率为1/2的直线，且平行于均匀压 缩（无摩擦）的应变迹线。这说明各种材 料断裂时鼓形表面的总应变关系相同。
• 在均匀压缩中，圆柱体表面不形成鼓形， 其周向应力为零，所以不会产生断裂。而 偏离此条件时则可能产生断裂。各条断裂 应变迹线与纵坐标轴的截距，表示在平面 应变条件下断裂前的应变。烧结坯由于存 在孔隙，断裂应变迹线的纵截距比致密坯 低得多，且室温下的断裂应变迹线比高温 下低。