粉末冶金工艺和铸造工艺的异同
粉末冶金材料的分类及应用
粉末冶金材料的分类及应用粉末冶金材料的分类及应用粉末冶金材料的分类及应用【摘要】粉末冶金材料有着传统熔铸工艺不能获取的独特化学成分及物理性能，且具有一次成型等特点，因此被广泛应用。
本文主要从粉末冶金材料的主要分类入手，重点对其应用进行了阐述，希望给行业相关人士一定的参考和借鉴。
【关键词】：粉末冶金;材料;分类;应用0.引言所谓的粉末冶金材料指的是用几种金属粉末或者金属与非金属粉末为原料，通过配比、压制成型以及烧结等特殊工艺制成的各类材料的总称，而这种与熔炼和铸造明显不同的工艺也被统称为粉末冶金法。
因其生产流程与陶瓷制品比较类似，所以又被称为金属陶瓷法。
就目前而言，粉末冶金法不单是用来制取某些特殊材料的方法，也是一种优质的少切屑或者无切屑方法，且其具有材料利用率高、生产效率高，节省占地面积及机床等优点。
然而粉末冶金法也并非万能之法，其无论是金属粉末还是模具都有着较高的成本，且制品的形状和大小都受到一定的限制。
1.粉末冶金材料的主要分类1.1传统的粉末冶金材料第一，铁基粉末冶金材料。
作为最传统也是最基本的粉末冶金材料，其在汽车制造行业的应用最为普遍，并随着经济的迅猛发展，汽车工业的不断扩大，铁基粉末冶金材料的应用范围也就变得越来越广阔，因此其需求量也越来越大。
与此同时，铁基粉末冶金材料对其他行业来说也非常重要。
第二，铜基粉末冶金材料。
众所周知，经过烧结铜基制作的零件抗腐蚀性相对来说比较好，且其表面光滑没有磁性干扰。
用来做铜基粉末冶金材料的主要材料有：烧结的青铜材质、黄铜材质以及铜镍合金材料等，此外还有少量的具有弥散性的强化铜等材质。
在现代，铜基粉末冶金材料主要备用到电工器件、机械设备零件等各个制造类领域中，同时也对过滤器、催化剂以及电刷等有一定的作用。
第三，难熔金属材料。
因这类材料的熔点、硬度、强度都比较高，因此其主要成分为难熔性的金属及金属合金复合材料，主要被应用国防、航空航天以及和研究领域等。
第四，硬质合金材料。
铁基粉末冶金材料
铁基粉末冶金材料
铁基粉末冶金材料具有很高的成形性能，可以通过注射成形、压铸成形、挤压
成形等多种工艺制备成各种复杂形状的零部件。
与传统的铸造工艺相比，铁基粉末冶金材料可以减少材料的浪费，提高生产效率，降低生产成本。
因此，铁基粉末冶金材料在工程机械、汽车制造等领域得到了广泛的应用。
铁基粉末冶金材料的优点不仅在于其优良的机械性能，还在于其具有良好的耐
磨性和耐腐蚀性。
这些优点使得铁基粉末冶金材料在制造高负荷、高速度、高温度工作条件下的零部件时表现出色。
例如，在汽车发动机的曲轴、凸轮轴、传动齿轮等零部件的制造中，铁基粉末冶金材料可以有效地提高零部件的使用寿命和可靠性。
除此之外，铁基粉末冶金材料还具有优异的热传导性能和磁性能，因此在电子
电器领域也有着广泛的应用。
例如，在电机、变压器、传感器等领域，铁基粉末冶金材料可以发挥其良好的磁性能，提高设备的性能和效率。
总的来说，铁基粉末冶金材料具有良好的机械性能、耐磨性、耐腐蚀性、热传
导性和磁性能，广泛应用于汽车、机械、航空航天、电子电器等领域。
随着科学技术的不断进步，铁基粉末冶金材料的性能将会得到进一步的提升，应用范围也将会更加广泛。
相信在未来的发展中，铁基粉末冶金材料将会成为各个领域中不可或缺的重要材料之一。
金属粉末注射成型件的工艺及特点
金属粉末注射成型件的工艺及特点粉末注射成型工艺流程工艺中应着重说明的几点：1、金属粉末用细粉。
2、成型是用塑料模具成型，用的是塑料成型的原理。
3、烧结与传统粉末冶金烧结办法基本相同。
4、脱粘造成的工艺局限性。
* 粉末注射成型与其他工艺相比的特点1. 粉末注射成型与传统粉末冶金相比制造工艺 MIM工艺传统粉末冶金工艺粉末粒径（μ）2－15 50－100相对密度（%） 95－98 80－85产品重量（g）小于或等于5010－数百产品形状三维复杂形状二维简单形状机械性能优劣2. 粉末注射成型与精密铸造相比在金属成形工艺中，压铸和精密铸造是可以成形三维复杂形状的零件，但压铸仅限于低熔点金属，而精密铸造（IC）限于合金钢、不锈钢、高温合金等高熔点金属及有色金属，对于难熔合金如硬质合金、高密度合金、金属陶瓷等却无能为力，这是IC的本质局限性，而且IC 对于很小、很薄、大批量的零件生产是十分困难或不可行的。
IC产业化已成熟，发展的潜力有限。
MIM是新兴的工艺，将挤入IC大批量小零件的市场。
3. 粉末注射成型与传统机械加工相比较。
传统机械加工法，近来靠自动化而提升其加工能力，在效率和精度上有极大的进步，但是基本的程序上仍脱不开逐步加工（车削、刨、铣、磨、钻孔、抛光等）完成零件形状的方式。
机械加工方法的加工精度远优于其他加工方法，但是因为材料的有效利用率低，且其形状的完成受限于设备与刀具，有些零件无法用机械加工完成。
相反的，MIM可以有效利用材料，形状自由度不受限制。
对于小型、高难度形状的精密零件的制造，MIM工艺比较机械加工而言，其成本较低且效率高，具有很强的竞争力。
4. 粉末注射成型与其他成型工艺比较总表加工法比较项目 MIM 精密铸造传统粉末冶金冷间锻造机械加工压口形状自由度45 2 2 4 4精度4 3 45 5 3机械强度 4 4 2 5 5 1材质适用自由度 5 4 5 2 3 2模具费 3 4 3 1 5 3量产性 5 2 5 5 3 5产品价格 3 2 4 5 2 4* 粉末注射成型工艺技术的优点MIM的工艺优点可归纳如下：⑴ MIM可以成形三维形状复杂的各种金属材料零件（只要这种材料能被制成细粉）。
粉末冶金
举例说明两种粉末冶金材料特点及其应用？
在固态下制 取粉末的方法包括
4.粉末冶金的优点
（3）粉末冶金能生产用普通熔炼法无法 生产的具有特殊性能的材料。
a、能控制制品的孔隙度。例如：多孔含油轴承等 b、能利用金属和金属、金属和非金属的组合效果， 生产各种特殊性能的材料。 c、能生产各种复合材料。例如：金属陶瓷、硬质合 金、弥散强化材料等 绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料 只能用粉末冶金方法来制造。
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粉末冶金与铸造技术比较
粉末冶金优势：
铸造优势：
① 粉末冶金制件表面光洁度高； ① 形状不受限制； ② 制造的尺寸公差很窄，尺寸 ② 适于制造大型零件； 精确； ③ 零件生产批量小时，经济； ③ 合金化与制取复合材料的 ④ 一般说来，工、模具费用低 可能性大 ④ 组织均一（无偏聚、砂眼、 缩孔）、力学性能可靠； ⑤ 在经济上，粉末冶金工艺 能耗小。
德里柱表面上刻的碑文
德里柱最早是耆那教神庙建 筑群，27座神庙之中某间房 屋的一根柱子。 十三世纪初，神庙全部被毁， 并将拆毁后的材料，拿来兴 建宫殿与清真寺。 德里铁柱是剩余的建材，因 此被移到现址。在印度的达 哈、辛哈勒斯、克那拉克都 发现竖有相同技术的古铁柱
德里铁柱少有锈蚀的原因
4.粉末冶金的优点
（1）粉末冶金方法生产的某些材料， 与普通熔炼法相比，性能优越。
粉末冶金技术通常粉末冶金零件表面光洁、尺寸 精确，与铸造相比，可以最大限度地减少合金成 分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。 生产难熔金属材料或制品，一般要依靠粉末冶金 法。例如：钨、钼等。
粉末冶金材料
粉末冶金材料
粉末冶金是一种将金属零件或非金属零件制造成型的方法。
粉末冶金材料指的是由粉末颗粒制成的材料。
粉末冶金材料具有独特的特点和优势，在许多领域得到广泛的应用。
首先，粉末冶金材料具有良好的材料性能。
由于粉末冶金材料是通过将金属粉末或非金属粉末进行模具压制制成的，所以其晶格结构相对松散，缺陷较多，因此具有较高的强度和硬度。
此外，粉末冶金材料还具有优异的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性能，适用于各种恶劣的工作环境。
其次，粉末冶金材料的制造过程简单、高效。
相对于传统的金属加工方法，粉末冶金材料制造过程中无需进行熔融、铸造等繁琐的工艺，而是通过将粉末进行压制和烧结，以及热处理等简单工序即可完成。
这不仅大大节省了能源和材料的消耗，还能够大幅降低生产成本。
再次，粉末冶金材料具有良好的成型能力。
由于颗粒之间的间隙和相互作用力，粉末冶金材料在模具压制过程中易于形成复杂的形状和细小的结构，能够生产出具有高度精度和良好一致性的零部件。
因此，粉末冶金材料可广泛用于汽车、机械、电子等领域，用于制造各种精密零件。
最后，粉末冶金材料还能够实现多种材料的复合和表面工艺。
通过混合不同的金属粉末，可以制备具有特殊性能的复合材料，扩展了材料的应用范围。
同时，通过在粉末冶金材料的表面进行涂覆、热处理和喷涂等工艺，还能够改善材料的表面性能，
提高其耐磨、耐腐蚀和摩擦性能。
综上所述，粉末冶金材料是一种具有良好性能、制造过程简单高效、具有良好成型能力和适用于复合和表面工艺的材料。
在工业生产和科学研究中，粉末冶金材料已经得到广泛应用，并在不同领域发挥着重要作用。
粉末冶金工艺和铸造工艺的异同
粉末冶金工艺的优缺点
定制性强
可以通过调整原料粉末的成分来定制零件的物理性能。
节能环保
相较于铸造工艺，粉末冶金工艺能耗低，且无须使用大型熔炼设备。
粉末冶金工艺的优缺点
成本高
设备投资大，生产过程复 杂，导致粉末冶金工艺成 本相对较高。
生产规模受限
可制造大型零件
铸造工艺适合制造大型的 零件和结构件。
低成本
铸造工艺的成本相对较低， 适用于大规模生产。
材料特性
03
粉末冶金工艺的材料特性
粉末冶金工艺使用的材料多为金属粉末，通过压制和烧结等 工艺制成致密的金属或合金制品。这些材料具有高密度、高 强度、耐磨、耐腐蚀等特性，适用于制造高性能的机械零件 和工具。
由于粉末冶金工艺能够制造出 高性能的金属零件，因此在航 空航天领域有广泛应用。
电子通讯
粉末冶金工艺用于制造小型化 、高性能的电子元件和通讯设 备。
工具和模具制造
粉末冶金工艺可以制造出高硬 度和耐磨性的工具和模具。
铸造工艺的应用领域
机械制造
铸造工艺用于制造各种机械设备的零部件， 如机床、泵、阀等。
农业机械
密度与结构
粉末冶金制品具有高密度和致密的结构，而铸造 制品的密度和结构取决于模具设计和铸造过程。
生产效率与成本
铸造工艺由于其成熟度和广泛应用，通常具有较 高的生产效率和较低的成本；而粉末冶金工艺则 需要更复杂的设备和更高的技术要求，因此成本 相对较高。
工艺流程
02
粉末冶金工艺特点
材料利用率高
高性能材料
铸造工艺在农业机械制造中也有广泛应用， 如拖拉机、收割机等。
简述常用的制造工艺
简述常用的制造工艺
常用的制造工艺包括以下几种：
1. 锻造：将金属材料放在锻模之间，施加外力使其产生塑性变形，以改变材料形态和尺寸的一种工艺。
2. 压力加工：通过施加压力将金属材料压制成所需形状的工艺，如冲压、弯曲等。
3. 铸造：将熔化的金属或合金倒入铸型中，待其凝固后取出，得到所需形状的工艺。
4. 焊接：将两个或多个金属材料焊接在一起，形成一个整体的工艺。
5. 切削加工：通过切削工具对金属材料进行切削、车削、铣削等，去除材料多余部分并加工出所需形状。
6. 成型：通过外力作用或其他方式将材料强制变形，使其达到所需形状的工艺，如挤压、模压等。
7. 电镀：通过在金属表面镀上一层金属，改变其表面性质和外观的工艺。
8. 热处理：通过加热和冷却的方式改变金属材料的结构和性能的工艺，如退火、淬火等。
9. 粉末冶金：将金属粉末通过压制和烧结等工艺使其凝聚成所需形状的工艺。
10. 喷涂：将涂层材料通过喷涂设备喷射在工件表面，形成一层保护膜或改变表面性质的工艺。
粉末冶金技术
流、水流)对金属液
流作用的方式不同， 雾化具有多种形式：
平行喷射(气流与金
属液流平行)
垂直喷射(气流或水
流与金属液流互成垂 直方向)
水雾化时，控制好以下条件可以得细粉末：水 的压力高，水的流速、流量大，金属液流直径小， 过热温度高，金属的表面张力和粘度小，金属液流 长度短，喷射长度短，喷射顶角适当等。 控制好以下条件可以得球形粉末：金属表面张 力要大，过热温度高，水的流速低，喷射顶角大， 液流飞行路程长等。
粉末的羰基物热离解法
从气态金属卤化物气相还原制取金属、合金粉末
以及金属、合金涂层的气相氢还原法
从气态金属卤化物沉积制取金属化合物粉末以及
涂层的化学气相沉积法
从过程的实质来看，现有制粉方法大体上可归纳 为两大类，即机械法和物理化学法。
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；
物理化学法是借助化学的或物理的作用，改变原
熔体淬火技术(Melt Quenching
Technology或MQT)。
静力学方法
针对通常铸造合金都是在非均匀形核条件下凝
固，因而针对合金凝固过冷度很小的问题，设法 尽管冷速不高但也同样可以达到很大的凝固过冷
提供近似均匀形核的条件。在这种条件下凝固时， 度，从而提高凝固速度。具体实现这种方法的技
炼法相比，性能优越:
高合金粉末冶金材料的性能比熔铸法生产的好，
例如，粉末高速钢、粉末超合金可避免成分的 偏析，保证合金具有均匀的组织和稳定的性能， 同时，这种合金具有细晶粒组织使热加工性大 为改善;
生产难熔金属材料或制品，一般要依靠粉末冶
金法，例如，钨、铝等难熔金属，即使用熔炼 法能制造，但比粉末冶金的制品的晶粒要粗， 纯度要低。
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粉末冶金的应用
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粉末冶金的历史
• 粉末冶金技术可追溯到远古。早在纪元前，人们就在原 始的炉子里用碳还原铁矿，得到海绵铁块，再进行捶打， 制成各种器件。19世纪初叶，用粉末冶金法制得海绵铂粉， 经冷压，再在铂熔点温度的三分之二左右进行加热处理， 然后进一步锻打成各种铂制品，后来，随着冶金炉技术的 发展，经典的粉末冶金工艺逐渐被熔铸法取代。直到1909 年库力奇的电灯钨丝问世后，粉末冶金技术才得到迅速发 展。
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现代粉末技术发展的三个重要标志
• 第 一 个标志是20世纪初．由于电气技术的迅速发展，迫切地寻找各 种新的电光源材料。1880年爱迪生发明电灯采用的碳四光源有严重缺 陷，直至用粉末冶金工艺才解决了钨丝的制造技术，使电灯真正给人 类带来了光明，从而使粉末冶金的传统工艺重新获得了新生。随后， 许多难熔金属材料如钨、铂、钮、钥生产，粉末冶金工艺成为唯一的 方法。
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（3）力学特性粉末的力学性能即粉末的工艺性能， 它是粉末冶金成形工艺中的重要工艺参数。粉末的 松装密度是压制时用容积法称量的依据；粉末的流 动性决定着粉末对压模的充填速度和压机的生产能 力；粉末的压缩性决定压制过程的难易和施加压力 的高低；而粉末的成形性则决定坯的强度。
因为粉末体在压模内受力后向各个方向流动，于是引起垂直于 压模壁的侧压力。侧压力引起摩擦力，会使压坯在高度方向存在明 显的压力降。
a) 压制前
b) 压制后
用石墨粉作隔层的单向压坯
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为了改善压坯密度的不均匀性，一般采取以下措施： 1）减小摩擦力：模具内壁上涂抹润滑油或采用内壁更光洁的模具 ； 2）采用双向压制以改善压坯密度分布的不均匀性， 3）模具设计时尽量降低高径比。
固相烧结：烧结发生在低于其组成成分熔点的温度，如普通铁 基粉末冶金轴承烧结。
液相烧结：烧结发生在两种组成成分熔点之间。如硬质合金与 金属陶瓷制品的烧结。液相烧结时，在液相表面张力的作用下，颗 粒相互靠紧，故烧结速度快、制品强度高。
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烧结时的影响因素：烧结温度、烧结时间和大气环境，粉末材料、颗粒 尺寸及形状、表面特性以及压制压力等。
粉末的压制一般在普通机械式压力机或液压机上进行。常用的压力 机吨位一般为500～5000kN。
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烧结
烧结是将压坯按一定的规范加热到规定温度并保温一段时间， 使压坯获得一定的物理及力学性能的工序。
烧结机理：粉末的表面能大，结构缺陷多，处于活性状态的原 子也多，它们力图把本身的能量降低。将压坯加热到高温，为粉末 原子所储存的能量释放创造了条件，由此引起粉末物质的迁移，使 粉末体的接触面积增大，导致孔隙减少，密度增高，强度增加，形 成了烧结。
筛分的目的在于把颗粒大小不同的原始粉末进行分级 。
混合一般是指将两种或两种以上不同成分的粉末混合 均匀的过程。混合可采用机械法和化学法。
制粒是将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序，以 此来改善粉末的流动性。
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压模压制是将置于压模内的松散粉 末施加一定的压力后，成为具有一 定尺寸、形状和一定密度、强度的 压坯，如图5-2是压模示意图。
加压成形
松
粉
模热
等轧离 挤 爆
装 烧 结
浆 浇 注
压压 成成 形形
静 压 成 形
制 成 形
心 成 形
压炸 成成 形形
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1.粉末预处理
压制成形
预处理包括：粉末退火，筛分，混合，制粒，加润滑剂 等。
粉末的预先退火可使氧化物还原，降低碳和其他杂质 的含量，提高粉末的纯度；同时，还能消除粉末的加工硬 化、稳定粉末的晶体结构 。
粉末冶金工艺和铸造工艺的异同
The similarities and differences of powder metallurgy and casting process
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粉末冶金
粉末冶金概念：粉末冶金是一门研究制造各 种金属粉末并以该粉末为原料，通过压制成形、 烧结和必要的后续处理来制取金属材料和制品 的科学技术。是一种少或无切削加工的批量生 产方法，可以在较低的成本下，制得形状叫复 杂，结构强度叫高的结构件；是在较低成本下 批量生产轴承类自润滑零件的主要方法。
模压示意图
压坯密度与成型压力之 间关系
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压坯密度分布不均匀：用石墨粉作隔层的单向压制实验，得到如图 5-4所示的压坯形状，各层的厚度和形状均发生了变化，由图5-5可 知在任何垂直面上，上层密度比下层密度大；在水平面上，接近上 模冲的断面的密度分布是两边大，中间小；而远离上模冲的截面的 密度分别是中间大，两边小。
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粉末的制备
金属粉末的制取方法可分成两大类：机械法和物理化学法。
机械法是将原材料磨碎成粉而不改变原材料的化学成分的方 法。如将金属切削成粉末颗粒；把金属研磨成粉末；液态金属的 制粒和雾化。
物理化学法是在制取粉末过程中，使原材料受到化学或物理 的作用，而使其化学成分和集聚状态发生变化的工艺过程。还原 金属氧化物、电解水溶液或熔盐、热离解羰基化合物、冷凝金属 蒸汽、晶间腐蚀和电腐蚀法等。物理化学制粉法是以还原和离解 等化学反应为基础的。
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(1)粒度。它影响粉末的加工成形、烧结时收缩和产品的最终 性能。某些粉末冶金制品的性能几乎和粒度直接相关，例如 ，过滤材料的过滤精度在经验上可由原始粉末颗粒的平均粒 度除以10求得；硬质合金产品的性能与wc相的晶粒有很大关 系，要得到较细晶粒度的硬质合金，惟有采用较细粒度的wc 原料才有可能。生产实践中使用的粉末，其粒度范围从几百 个纳米到几百个微米。粒度越小，活性越大，表面就越容易 氧化和吸水。当小到几百个纳米时，粉末的储存和输运很不 容易，而且当小到一定程度时量子效应开始起作用，其物理 性能会发生巨大变化，如铁磁性粉会变成超顺磁性粉，熔点 也随着粒度减小而降低。
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（4）化学性能主要取决于原材料的化学纯度及 制粉方法。较高的氧含量会降低压制性能、压坯 强度和烧结制品的力学性能，因此粉末冶金大部 分技术条件中对此都有一定规定。例如，粉末的 允许氧含量为0.2%～1.5%，这相当于氧化物含 量为1%～10%。
粉末的压缩过程一般采用压坯 密度——成形压力曲线来表示，如 图5-3所示。压坯密度变化分为三个 阶段。一是滑动阶段：在压力作用 下粉末颗粒发生相对位移，填充孔 隙，压坯密度随压力增加而急剧增 加；二是粉末体出现压缩阻力，即 使再加压其孔隙度不能再减少，密 度不随压力增高而明显变化；三是 当压力超过粉末颗粒的临界压力时 ，粉末颗粒开始变形，从而使其密 度又随压力增高而增加。
• 第二个标志是21世纪30年代，采用粉末冶金工艺制造多孔含油轴承 获得成功，接着采用廉价的铁粉制成铁基含油轴承，并迅速在汽车工 业、纺织工业等方面得到广泛应用。
• 第三个标志是粉末冶金新工艺，新材料在近二三十年来不断向高水平 新领域方面拓展，热等静压、粉末锻压等新工艺出现，金属陶瓷、弥 散强化材料、粉末高速钢等 新型材料相继问世。
常用粉末冶金制品的烧结温度与烧结气氛见表5-1。烧结温度过高或 时间过长，都会使压坯歪曲和变形，其晶粒亦大，产生所谓“过烧”的废 品；如烧结温度过低或时间过短，则产品的结合强度等性能达不到要求粉末冶金制品的烧结温度与烧结气氛
铁基制品 铜基制品 硬质合金
首先要弄清楚粉末材料是如何被成型的：每个台阶对应一个模冲， 模冲可以简单理解为能单独运动并施加压力的模具冲头
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什么样形状的零件可以用粉末冶金加工？
然后根据粉末成型压机的构造、模架、模具的结构，将粉末零件分 为6种基本类型：
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4、产品的后序处理。烧结后的处理，可以根据产品 要求的不同，采取多种方式。如精整、浸油、机加工、 热处理及电镀。此外，近年来一些新工艺如轧制、锻造 也应用于粉末冶金材料烧结后的加工，取得较理想的效 果。
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工业上普遍采用的有：氧化物还原法、电解法、热离解法、球 磨法、涡旋研磨法、雾化法。
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成形方法
成形是粉末冶金工艺的重要步骤。成形的目的是制得具有一定形状 、尺寸、密度和强度的压坯。粉末冶金常用的成形方法如下所示。模压 成形是最基本方法。
无压成形
成形
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(2)粉末的颗粒形状。它取决于制粉方法，如电 解法制得的粉末，颗粒呈树枝状；还原法制得 的铁粉颗粒呈海绵片状；气体雾化法制得的基 本上是球状粉。此外，有些粉末呈卵状、盘状 、针状、洋葱头状等。粉末颗粒的形状会影响 到粉末的流动性和松装密度，由于颗粒间机械 啮合，不规则粉的压坯强度也大，特别是树枝 状粉其压制坯强度最大。但对于多孔材料，采 用球状粉最好。
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