粉末冶金技术 第五讲 压制成形原理与工艺过程
粉末冶金高速压制技术的原理、特点及其研究进展
粉末冶金高速压制技术的原理、特点及其研究进展粉末冶金高速压制技术是一种重要的金属材料制备技术，它通过高速冲击和压缩粉末颗粒，将其迅速烧结成固体材料。
该技术具有独特的原理和特点，并在过去几十年中得到了广泛的研究和应用。
本文将从原理、特点以及研究进展三个方面对粉末冶金高速压制技术进行深入探讨。
一、原理粉末冶金高速压制技术是通过将金属或合金的粉末颗粒置于模具中，并在极短的时间内施加高压力，使得颗粒之间发生塑性变形和结合。
其主要原理可以归纳为以下几个方面：1.1 高速冲击在高速压制过程中，模具以极快的速度向下运动，使得模具与待加工材料之间产生剧烈碰撞。
这种高速冲击能够使得颗粒之间发生变形，并且加快了结合过程。
1.2 高温效应在高温下进行压制可以提供更好的塑性变形能力，使得粉末颗粒能够更好地结合。
此外，高温还可以促进晶粒的生长和再结晶，进一步提高材料的力学性能。
1.3 界面扩散在高速压制过程中，颗粒之间会发生扩散现象。
界面扩散可以使得颗粒之间的接触面积增大，并且在界面处形成更强的结合。
此外，界面扩散还可以促进晶粒的再结晶和生长。
1.4 塑性变形在高速压制过程中，颗粒会发生塑性变形，并且与周围颗粒发生冷焊接触。
这种塑性变形可以使得颗粒之间产生更强的结合，并且提高材料的密度和力学性能。
二、特点与传统冶金加工方法相比，粉末冶金高速压制技术具有以下几个特点：2.1 高效快速由于采用了高速冲击和压缩技术，这种方法具有快速、高效的特点。
一般情况下，整个过程只需要几十毫秒到几秒钟即可完成。
2.2 高质量由于采用了高温和高压力的条件，粉末冶金高速压制技术可以获得高密度和均匀的材料。
此外，由于塑性变形和界面扩散的作用，材料的结合强度也得到了显著提高。
2.3 复杂形状粉末冶金高速压制技术可以制备各种复杂形状的金属零件。
由于采用了模具，可以根据需要设计出各种形状和尺寸的零件。
2.4 节约能源与传统冶金加工方法相比，粉末冶金高速压制技术具有节约能源的优势。
粉末冶金加压成型
1、成形步骤：成形模具可分为上冲、中模、下冲、芯棒四大部份。
而依零件之复杂程度，其上、下冲之数目不同。
1、步骤：粉末成形后，中模向下移动，使胚体露出中模面，此步骤称为脱模顶出。
接着填粉盒向右方前进，利用其前端将胚体顶向右方的收料盘。
接着中模向上移，而填粉盒则移至模穴正方，使粉末落入模穴内，再此过程中填粉盒将左右振动使粉末较易落入。
当充填结束后，填粉盒向左移，上冲向下移动进入中模挤压粉末。
当压结动作结束后，上冲上移而中模继续下移，直到试片露出中模。
2、充填：粉末的充填有四种方法：A：落入法：传统之填粉法，亦即中模上升至最高点之位置后，填粉盒才到达模穴上方，将粉以自由落体的方式掉入模穴中。
利用此法填粉时，充填之速度及均匀性常取决于模穴的截面积之大小及粉末的速度。
B：吸入法：由于一般所使用粉末的粒径多在40~200μm之间，若使用落入法，当模穴狭窄时，粉末进入不易，速度较慢，将影响成形机的使用效率。
为改善此现象，可采用吸入法。
亦即当填粉盒到达模穴上方时，中模才往上移，此动作造成真空吸粉之现象，可加快粉末进入模穴之速度，以及充填的完全性。
对于形状复杂有尖角之零件，或小于1mm之薄壁轴承之充填均有很大之帮助。
C：上充填法：粉末填入模穴后，芯棒才向上移至模面之高度，此对于薄壁零件亦有相当大之帮助，因为薄壁零件成形时芯棒与中模间之空隙小，易产生架桥现象，阻碍了后续粉末之掉入，若芯棒先在下方，可增加模穴空间有利充填，待充填结束后，芯棒再往上移即可改善这些困扰。
D：下充填法：当充填结束后，下冲不动，中模和芯棒再向上移，使粉末相对下移低于模面，此可防止上冲向下移动到达中模面时粉末向外喷，且可减少因中模有推拔角或圆弧角而使一些粉末卡在上冲与中模间造成夹粉之现象。
粉末之充填量、深度以及胚体尺寸之关系：填粉的深度H1、生胚胚体之高度H2、ρg生胚密度、ρa粉末之视密度。
公式为：(H1/H2)=( ρg/ρa) 以圆柱体为例：若H2=3mm、ρg=6.8g/cm3、ρa=2.8g/cm3 则H1=7.28mm3、成形：粉末的充填有四种方法：A：单压成形：成形时下冲不动，由上冲施力，压结后，中模不动，由下冲向上将产品顶出。
05-粉末冶金成形
第5章粉末冶金成形概述5.1 粉末冶金基础5.2 粉末冶金工艺5.3 粉末冶金零件结构的工艺性5.4 粉末冶金材料概述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。
1．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料和制品。
2．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，从而发展新的材料体系。
3．利用各种成形工艺，可以将粉末原料直接成形为少余量、无余量的毛坯或净形零件，大量减少机加工量。
提高材料利用率，降低成本。
5.1 粉末冶金技术5.1.1 粉末的化学成分及性能5.1.2 粉末冶金的机理5.1.1粉末的化学成分及性能常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉末，要求其杂质和气体含量不超过1%～2%，否则会影响制品的质量。
粉末的性能包括物理性能和工艺性能。
1.粉末的物理性能⑴粒度及粒度分布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粒，即二次颗粒。
如图5.1.1所示⑵颗粒形状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，可以通过显微镜的观察确定。
⑶比表面积即单位质量粉末的总表面积，可通过实际测定。
cc c图5.1.1 聚集颗粒示意图a)一次颗粒；b)二次颗粒；c)晶粒2.粉末的工艺性能填充特性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度表示。
流动性指粉末的流动能力，常用50克粉末从标准漏斗流出所需的时间表示。
压缩性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表示，在标准模具中,规定的润滑条件下测定。
成形性指粉末压制后，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力表示，或用压坯的强度来衡量。
粉末冶金材料的成型
粉末冶金材料的成型一、压制成型基本规律压模压制是指松散的粉末在压模内经受一定的压制压力后，成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。
当对压模中粉末施加压力后，粉末颗粒间将发生相对移动，粉末颗粒将填充孔隙，使粉末体的体积减小，粉末颗粒迅速达到最紧密的堆积。
粉末压制时出现的过程有：颗粒的整体运动和重排；颗粒的变形和断裂；相邻颗粒表面间的冷焊。
颗粒主要沿压力的作用方向运动。
颗粒之间以及颗粒与模壁之间的摩擦力阻止颗粒的整体运动，并且有些颗粒也阻止其他颗粒的运动。
最终颗粒变形，首先是弹性变形，接着是塑性变形；塑性变形导致加工硬化，削弱了在适当压力下颗粒进一步变形的能力。
与被压制粉末对应的金属或合金的力学性能决定塑性变形和加工硬化的开始。
例如，压制软的铝粉时颗粒变形明显早于压制硬的钨粉时的颗粒变形，最后颗粒断裂形成较小的碎片。
而压制陶瓷粉时通常发生断裂而不是塑性变形。
随着压力的增大，压坯密度提高。
不同粉末压制压力与压坯密度之间存在一定的关系。
然而，至今没有得到令人满意的压坯密度与压制压力之间的关系。
建立在实际物理模型基础上的一些关系，仍然是经验性的，因为其中使用了与粉末性能无关的调节参数。
更准确地应当使用给定粉末的压制压力与压坯密度之间关系的图形或表格数据。
二、粉末的位移粉末体的变形不仅依靠颗粒本身形状的变化，而且主要依赖于粉末颗粒的位移和孔隙体积的变化。
粉末体在自由堆积的情况下，其排列是杂乱无章的。
当粉末体受到外力作用时，外力只能通过颗粒间的接触部分来传递。
根据力的分解可知，不同连接处受到外力作用的大小和方向都不一样。
所以颗粒的变形和位移也是多种多样的。
当施加压力时，粉末体内的拱桥效应遭到破坏，粉末颗粒便彼此填充孔隙，重新排列位置，增加接触。
可用图4.9所示的两颗粉末5种状态来近似地说明粉末的位移情况。
图4.9 粉末位移的形式三、粉末的变形粉末体在受压后体积明显减小，这是由于粉末体在压制时不但发生了位移，而且还发生了变形。
粉末冶金粉末压制成型流程
粉末冶金粉末压制成型流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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1. 粉末混合。
将多种粉末按照所需比例进行均匀混合，以确保材料成分的均匀性和性能一致性。
粉末冶金成型原理
中小学生足球学习兴趣的提高策略分析随着体育教育的普及和足球运动的热度不断增加，越来越多的中小学生对足球运动产生了浓厚的兴趣。
如何提高中小学生对足球学习的兴趣，让他们在足球运动中得到快乐和成长，是每个足球教练和老师都需要思考和关注的问题。
本文将分析并总结一些有效的策略，帮助中小学生提高足球学习兴趣。
一、注重趣味性和互动性中小学生的足球学习应该是一种快乐的体验。
教练和老师们可以通过增加趣味性和互动性，激发学生对足球的兴趣。
可以利用小游戏和趣味赛事的形式，让学生在轻松愉快的氛围中学习和训练足球技能，增强学生的参与感和归属感。
还可以引入一些趣味性的训练器材和设备，如彩色训练球、趣味障碍训练道具等，让学生在训练中感受到乐趣。
二、激发学生的竞争欲望竞争是足球运动中不可缺少的元素，教练和老师们可以通过设置一些竞赛和比赛，激发学生的竞争欲望，让他们在比赛中感受到胜利的喜悦和失败的挫折，从而提高学生的学习兴趣和积极性。
还可以利用小组合作的形式进行比赛训练，培养学生的团队合作意识和集体荣誉感，增强学生的足球学习兴趣。
三、关注学生的个性化需求中小学生的个性差异较大，教练和老师们应该关注学生的个性化需求，根据学生的特长和兴趣，灵活调整训练内容和方式。
对于对足球技能有特长的学生，可以给予重点培养和引导，提供更高级的技战术训练；对于对足球漫技能较为薄弱但对足球运动很感兴趣的学生，可以通过一些外围活动和故事分享，激发他们学习足球的热情。
只有关注学生的个性化需求，才能真正激发学生的学习兴趣。
四、营造积极的学习氛围教练和老师们应该努力营造一个积极向上的足球学习氛围，让学生在积极的氛围中学习和成长。
可以通过举办足球文化节、足球运动会等活动，让学生感受到足球运动的魅力和魅力，增强他们对足球的热爱。
还可以邀请一些足球明星或资深教练来学校做客，与学生分享足球学习经验和技巧，激发学生的学习兴趣。
五、鼓励学生坚持训练和比赛足球学习是一个长期的过程，教练和老师们应该鼓励学生坚持训练和比赛，培养学生的毅力和耐心。
高等粉末冶金原理课件：粉末模压成形原理(合肥工业大学研究生课件)
本讲内容§3.1 粉末模压成形原理§3.2 成形技术-1§3.3 成形技术-2程继贵材料科学与工程学院本讲内容-成形技术部分一、成形前的粉末冶金二、模压成形技术三、等静压成形四、粉末连续成形五、浆料成形专题-粉末注射成形四、粉末连续成形定义：粉末在压力作用下由松散状态经过连续变化而成 为具有一定密度、强度以及所需尺寸形状压坯或 制品的过程。
主要包括：粉末轧制、挤压、喷射成形、楔形压制等基本特征：● 是模压成形方法的重要补充，可以生产 普通模压成形无法生产的多孔或致密的 板、带、棒、及管材等；● 比钢模压制需要较少的设备、容器。
（一）金属粉末轧制（Powder rolling）概述1.1. 概述粉末轧制的概念：粉末在一对轧棍之间在轧辊力的作用下压实成具有一定强度的连续带坯的过程。
粉末轧制的特点：● 与熔铸轧制相比：11）基本原理相同，要实现轧制：μ+ξ>α2）可轧制出熔铸轧制无法生产或难以生产的板、带材等（尤多层复合板、带）33）工艺流程短、节能、成本较低44）压坯或产品成分精确可控、轧制产品各向同性55）成材率较高● 与模压成形相比：1）轧制能耗比压制低22）可以生产模压成形无法生产的板、带材3）压坯密度更均匀，压坯长度原则上不限44）板带材宽度、厚度有限：δ=（1/100 ~1/300）D，一般≤10mm 粉末轧制适用于生产宽度几百mm，厚度10mm 以下，长度原则不限的板带材，或D/D/δδ很大的衬套等粉末轧制的分类：● 粉末直接轧制（direct powder rolling ）应用较广泛：对塑性好的粉末 ● 粉末粘结轧制 (bonded powder rolling)加入粘结剂改善粉末体的成形性● 包套粉末热轧（canned powder hot rolling ） 对活性粉末以及要求高致密度的材料粉末冷轧粉末热轧按进料方式分为：水平、垂直和倾斜轧制轧制过程的定量关系（轧制带坯厚度、密度与粉末特性及轧辊尺寸之间的定量关系）基本概念及符号： 咬入层、咬入角α（α1） H α— 咬入宽度δR — 轧制带坯厚度D 、r r —— 轧辊直径、半径 ρ松、ρ压—粉末松装密度及轧坯密度V 进、V 轧— 粉末进料速度和轧制速度粉末料柱宽度 B ≈轧坯宽度 b H α图4-26 粉末轧制时的咬入区和变形区H αδ几何关系：质量关系：1cos 1cos 11−−=⎥⎦⎤⎢⎣⎡−+=z D D R R ηαδδαηρρ）（）（松压进轧v v /=η松压ρρ/=z ——延伸系数————压紧系数 定量关系式：影响轧制过程的因素1）粉末性能● 松装密度： ρ松↑，ρ压↑，δ↑（保证轧制条件下）● 流动性： 流动性↑，V进↑，η↓， ρ压↑，δ↑（保证轧制条件下）● 粉末硬度：低的粉末硬度便于变形和形成高的机械啮 合，↑成形性，↑压坯强度2）轧辊直径↑D, ρ（δR固定）；δR ↑（ρ一定）3）给料方式水平与垂直：垂直 V V进↑，ρ↑、δR↑4）轧制速度↑ω,ρ、δR↓（m不变）5）辊缝t↑t，轧制压力降低，ρ↓，δR↑粉末轧制工艺：粉末准备→ 喂料（水平、垂直方式）→轧制（冷轧、热轧） → 轧坯→烧结（直接烧结、成卷烧结）粉末冷轧工艺● 室温下轧制● 轧制速度较低：0.6-30m/s● 轧坯可卷成卷后烧结，也可烧结后卷成卷，还可烧结后再热轧冷轧冷轧+ 热轧粉末热轧工艺● 可以对粉末、预成形坯等进行轧制● 防氧化—包套（真空）轧制或气氛保护粉末轧制的应用�多孔板材，如过滤板、催化剂板材�层状复合材料带、板材�多层钢背支撑轴承�纤维增强复合材料粉末、粉末压坯或粉末烧结坯在外力作用下，通过挤压筒的挤压嘴挤成坯料或制品的成形方法（二）粉末挤压1. 概述●粉末挤压的定义Powder Extrusion挤● 挤压的分类�粉末直接挤压（冷挤压）：适应于塑性好的金属粉末�粉末增塑挤压：粉末加入一定量的成形剂或粘结剂后挤压，适应于硬质粉末如硬质合金粉末�粉末包套热挤：适应于弥散强化合金等�烧结坯或粉末压坯的热挤压：适应于塑性较好的有色金属材料。
压制成型技术及其理论
颗粒承受的应力达到了颗粒的屈服极限时，颗粒发生塑性变形。外力卸 掉后，颗粒的变形仍然保存。 断裂
颗粒承受的应力达到了颗粒的断裂强度时，颗粒发生破裂。但压制应力 一般没有达到使颗粒破裂的程度。
孔隙率/%
粉末的韧性对压制性能的影响
60
50
40
1
30
20
2
10
50 100 150 200 250 300
1
排列（颗粒重排）, 使拱桥效应破坏，
填充密度提高。
4
3
干压成型示意图（单向压） 1，阴模；2，上模冲； 3，下模冲；4，粉料
颗粒位移的几种形式
第3步：粉末变形
压力增大到一定程度时，颗粒产生变形。随压力增大，颗 粒依次以三种机制变形：
弹性变形 颗粒承受的应力达到了颗粒的弹性极限时，颗粒发生弹性变形。外力卸
压力/MPa
不同粉料的压缩性能 1，二氧化钍粉；2，镁粉
随着压力的增加， 粉体成型坯的孔隙率降 低；在同样压力下，镁 粉压坯中的孔隙率明显 低于二氧化钍粉压坯， 即镁坯料更容易压制。
粉末的压制理论简介
（一）基本定义
➢ 密度
= 质量/体积（g/cm3)
➢ 比容
= 1/ (cm3/g)
➢ 相对密度
（2）理想均匀压缩条件下粉末颗粒的位移规律
实际粉末颗粒层数取决于粉末体的高度H 和粉末的平
均粒度。设粉末的平均粒度为φ，粉末体高度为H，则粉
末体内颗粒层数的极限值为：。
n H
又 因为 n >> 1, 所以 n - 1 ≈ n，则
d
(dn
dn' )
H h n 1
H h n
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层裂
弹性后效的影响因素
➢ 为什么瘠性陶瓷粉末 成型时压制压力不宜 过大？
➢ 压制压力、粉末粒度、 压模材质和结构、压 坯孔隙率、润滑剂对 弹性后效有何影响？
粉末压制理论
➢ 巴尔申理论（1938） ➢ 川北公夫理论（1956） ➢ 黄培云理论（1964~1980）
巴尔申压制方程（1938）
d d
影响压制成形的因素
➢ 粉末性能的影响 ➢ 润滑剂和塑化剂的影响 ➢ 工艺参数的影响 ➢ 加压方式的影响
粉末性能的影响
➢硬度 ➢流动性 ➢堆积密度 ➢粒度
润滑剂和塑化剂的影响
工艺参数的影响
加压速度 ➢ 冲击成形 ➢ 冲压成形 ➢ 静压成形 保压时间和卸压速度 ➢ 延长保压时间有利于压坯强度提高 ➢ 对卸压速度适当控制防止弹性变形反弹层裂
p外 p
p1
p
DHp D2 p
4H D
4
dp外 4 dH
p
D
p'
4H
pe D
p' p exp 4 H
D
p" p exp 8 H
D
压制过程力的分析
➢ 脱模压力pt
pt C p
与压制压力、粉末性能、压坯密度、压坯形状 尺寸、润滑剂等有关。
压制过程力的分析
➢ 弹性后效
l l0 100%
加压方式的影响
➢振动压制 ➢磁场压制
压制成形工艺
工艺过程
原料准备 称料 装料 压制 脱模
压制成形工艺
原料准备 ➢ 退火 ➢ 混合 ➢ 筛分 ➢ 制粒 ➢ 加润滑剂
压制成形工艺
称料
➢ 容积法
Q Vd松
➢ 重量法 Q Vd松 1 K
压制成形工艺
装料 ➢ 手工装料 ➢ 自动装料
✓ 落入法 ✓ 吸入法 ✓ 多余装料法 ✓ 零腔法 ✓ 超满法 ✓ 不满法
压制成形工艺
压制 ➢ 行程限制法 ➢ 压力限制法
压制成形工艺
脱模
F 静 p侧 剩S侧
压制缺陷
物理性能 ➢ 压坯密度
为什么有时单重和高度符合工艺 要求却得不到合格的压坯密度？ （提示：从公差方面考虑）
✓ 抗弯强度试验 ✓ 边角稳定性转鼓试验
压制缺陷
几何精度 ➢ 压坯尺寸精度：直径、长、宽、高等 ➢ 压坯形位精度：同轴度、直度等 ➢ 外观质量：划痕、拉毛、掉角、掉边等
粉末冶金技术 第五讲
粉末压制成形
➢压制成形原理 ➢压坯密度分布 ➢压制成形工艺 ➢等静压成形简介
压制成形原理
压制过程与压坯密度： ➢ 消除松装拱桥效应 ➢ 塑性变形 陶瓷与金属压坯密度的比较
压制成形原理
压制过程力的分析
p p内 p外
弹性模量 E
泊松比
横 纵
压制过程力的分析
x1
黄培云理论（1964）
考虑了弹滞体应力、应变的弛豫与冷加工硬化 现象，并采用自然应力概念推导出公式：
lg ln (dm d0 )d n lg p lg M (dm d)d0
压制方法及压坯密度分布
单向加压
压制方法及压坯密度分布
双向加压
压制方法及压坯密度分布
复杂零件的压制成形
➢ 带有台阶零件的压制 ➢ 带有曲面零件的压制 ➢ 长径较大零件的压制
压制缺陷
开裂 ➢ 横向裂纹 ➢ 纵向裂纹 ➢ 分层
等静压成形原理
等静压成形原理
等静压成形工艺
等静压成形工艺
等静压成形模具
常用高分子材料：氯丁橡胶、硅氯丁橡 胶、聚氯乙烯、聚丙烯、聚氨酯等
作业题
P97-4、7、9、12
p E
x2
p1y E
x3
p1x E
x1 x2 x3 0
p1x p1y p1
p1 p 1
压制过程力的分析
➢ 压制压力（总压力）p ➢ 侧压力p1、侧压系数ξ
p1 p 1
f p1
➢ 外摩擦力f、摩擦系压力p’ ，p” p外 p1
dp Kdh A
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1
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pmax K HB HV
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K
常数
米尔逊
川北公夫理论（1956）
c V0 V abp V0 1 bp
1 1 11 c ab p a