粉末冶金的优缺点及其技术
粉末冶金基础原理(终)

粉末冶金基础原理(终)绪论粉末冶金:是冶金学的一种,是制取金属粉末,采用成形和烧结工艺将金属粉末(添加或不添加外金属粉末)制成材料和制品的一项工艺技术。
粉末冶金的特点:优:1.能生产其他方法无法生产成很难生产的材料和制品:Cu-W 合金(假合金)(Cu、W 完全不互熔、电触头、发汗材料);2,能够产生具有特殊性能的产品,性能优越:多孔含油轴承;3.粉末冶金是一种少切削甚至不切削的工艺:生产φ45齿轮。
缺:1.只适合大规模的生产,否则不经济;2.在制取形状复杂、尺寸大的产品时受到限制。
第一章制粉法的分类:机械法(涡旋法,捣磨法,球磨法,切割磨法,超细粉碎法,雾化法)和物理化学法(冷凝法,热分解法,还原法,沉淀法,置换法,电解法,合金分解法,有机溶媒法)。
还原过程的基本原理和还原剂的选择(课本第9页)。
金属氧化物还原的动力学(见课本第15页)。
多项反应的机理(1)“吸附—自动催化”理论第一步:吸附—气体还原剂分子被金属氧化物吸附。
第二步:反应—被吸附的还原剂分子固体氧化物中的氧相互作用并产生新相。
第三步:解吸—反应的气体产物从固体表面上解吸MeO(固) + X(气) = MeX(固)·X(吸附)+ Me(固)·X(吸附) = Me(固)·XO(吸附)+ Me(固)·XO(吸附) = Me(固)+XO(气)= MeO(固) + X(气) = Me(固)+XO(气)扩散到MeO的表面(还原剂氧化物通过产物层扩散)(2)反应速度与时间关系曲线(见课本23页)碳还原法制取铁粉的本质影响还原过程和铁粉质量的因素(1)原料a 原料中杂质的影响;b 原料粒度的影响(2)固体碳还原剂a 固体碳还原剂类型的影响;b 固体碳还原剂用量的影响)(3)还原工艺条件a 还原温度和还原时间的影响;b 料层厚度的影响;c 还原罐密封程度的影响(4)添加剂a 加入一定的固体碳的影响;b 返回料的影响;c 引入气体还原剂的影响;d 碱金属盐的影响(5)海绵铁的处理退火的目的:1.提高铁粉纯度;2.消除加工硬化;3.防止粉末自燃影响固体碳还原铁鳞的主要因素(1)原料A 铁鳞 a 杂质二氧化硅有害 < 0.3%b 粒度粒度减小,反应面增大,还原速度加快B 固体碳 a 类型还原能力木炭 > 焦炭〉无烟煤b 用量根据碳氧比K值及还原温度而定(2)还原工艺条件A 还原温度适当提高温度有利于还原,但还原温度不宜过高950-1100℃B 还原时间随温度而定,温度高时,时间可缩短,时间的影响远不及温度的影响C 料层厚度温度一定时,料层厚度增加,还原时间加长D 还原罐密封程度密封不严时可造成还原不透或冷却时氧化(3)添加剂A 往原料铁鳞中加入一定量的固体碳时效果较好(疏松剂)B 往原料中加入一定量的反馈料,有利于还原过程(废铁粉)C 引入气体还原剂挥发沉积长大机理:(1)钨的氧化物具有挥发性,而且随着温度升高,挥发性升高;(2)WO3的挥发性 > WO2的挥发性;(3)WO3挥发后的气相被还原,然后沉积在已还原低价氧化钨或金属钨颗粒表面使其长大。
粉末冶金个人总结

粉末冶金个人总结概述粉末冶金是一种以粉末为原料,通过加工、成型和烧结等工艺,制备出具有特定形状和性质的金属件的技术方法。
粉末冶金具有高效、节约资源和环保等优势,在各个行业中广泛应用。
本文将对粉末冶金的基本原理、工艺流程、应用领域以及发展趋势进行总结。
基本原理粉末冶金的基本原理是将金属或合金加工成粉末状,通过加压成型、烧结等工艺,使粉末颗粒在热力条件下结合,并得到所需形状的金属件。
粉末冶金的基本原理包括以下几个方面:1.粉末制备:粉末冶金中的原料是金属或合金的粉末,可以通过多种方法进行制备,如机械研磨、溅射、化学方法等。
2.加压成型:将粉末装入模具中,施加一定的压力,使其形成所需形状的绿坯。
3.烧结:绿坯经过高温处理,粒间相互扩散,颗粒结合成为致密的金属件。
4.后续加工:对烧结后的金属件进行热处理、机械加工等工艺,使其达到所需的性能。
工艺流程粉末冶金的主要工艺流程包括粉末制备、加压成型、烧结和后续加工等步骤。
粉末制备粉末制备是粉末冶金的关键步骤,直接影响到最终制品的质量和性能。
常用的粉末制备方法有:•机械研磨法:将块状金属或合金材料放入球磨机中,通过磨球的撞击和摩擦作用,将其研磨成粉末。
•溅射法:将金属材料置于溅射靶中,通过电弧、高能束流等方法,使金属材料蒸发并沉积在基底上,形成粉末。
•化学法:利用化学反应使金属溶液中的金属原子析出形成粉末。
加压成型加压成型是将粉末装入模具中,并施加一定的压力,使其形成所需形状的绿坯。
加压成型可以分为冷压成型和热压成型两种方式。
•冷压成型:在常温下进行,常用的冷压成型方法有压块、压片和挤压等。
•热压成型:在高温下进行,通常使用等静压、热等静压、热挤压、热等挤压等方法。
烧结经过加压成型后的绿坯需要进行烧结。
烧结过程中,绿坯在高温下经历几个阶段:弥散阶段、颗粒结合阶段和致密化阶段。
在烧结过程中,颗粒之间发生扩散,逐渐形成致密的金属件。
后续加工烧结后的金属件可能需要进行后续加工,包括热处理、机械加工等工艺。
粉末冶金基本知识篇

粉末冶金基本知识篇绪论粉末冶金(也称金属陶瓷法):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。
粉末冶金工艺:1)、制取金属、合金、金属化合物粉末以及包覆粉末;2)、将原料粉末通过成形、烧结以及烧结后的处理制得成品。
大概流程:物料准备(包括粉末预先处理(如加工,退火)、粉末分级、混合和干燥等)→成形→烧结→烧结后处理(精整、浸油、机加工、热处理、粉末冶金的特点:1. 能生产用普通熔炼方法无法生产的具有特殊性能的材料:①能控制制品的孔隙度(多孔材料、多孔含油轴承等);②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(钨-铜假合金型的电触头材料、金属和非金属组成的摩擦材料等);③能生产各种复合材料。
2.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:①高合金粉末冶金材料的性能比熔铸法生产的好(粉末高速钢可避免成分的偏析);②生产难熔金属材料或制品,一般要依靠粉末冶金法(钨、钼、铌等难熔金属)。
粉末冶金技术的优越性和局限性:优越性:1)、无切削、少切削,能够大量节约材料,节省能源,节省劳动。
普通铸造合金切削量在30-50%,粉末冶金产品可少于5%。
2)、能够大量能够制备其他方法不能制备的材料。
3)、能够制备其他方法难以生产的零部件。
局限性:1、粉末成本高;2、制品的大小和形状受到一定限制;3、烧结零件的韧性较差。
常用粉末冶金材料:粉末冶金减摩、多孔、结构、工具模、高温和电磁材料。
第一章:粉末的制取第一节:概述制粉方法分类:机械法:由机械破碎、研磨或气流研磨方法将大块材料或粗大颗粒细化的方法。
物理法:采用蒸发凝聚成粉或液体雾化的方法使材料的聚集状态发生改变,获得粉末。
化学法:依靠化学或电化学反应,生成新的粉态物质(气相沉积、还原化合、电化学发)。
在固态下制取粉末的方法包括:有机械粉碎法和电化腐蚀法;还原法;还原-化合法。
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。
粉末冶金工艺的优缺点都有哪些

粉末冶金主要使用金属粉末作为原料,通过一定的加工工艺让其变成我们需要的形状。
这种加工工艺与生产陶瓷十分相似,因此,一系类粉末冶金的技术也可以用于陶瓷材料的制备与生产。
本文就来具体介绍一下粉末冶金工艺的相关知识,了解一下粉末冶金工艺的优缺点都有哪些。
一、粉末冶金工艺的优点1、可以加工特殊材料。
材料粉末冶金的方法可以制造难熔的金属以及化合物、假合金,多孔材料。
2、节约金属,降低成本。
因为粉末冶金可以压制成最终尺寸的压坯,不需要再使用机械加工。
用这种方法生产金属的损耗只有1—5%,而一般的加工则会耗损金属80%。
3、制取高纯度材料。
粉末冶金工艺在材料生产过程中不熔化材料,也就不会混入其他物质带来的杂质,而烧结又是在真空和还原气氛中进行的,不怕氧化也不会有任何污染材料。
因此制品纯度相对较高。
4、材料分配正确性。
粉末冶金法可以保证材料成分在配比时的正确性和均匀性。
5、大批量生产降低成本。
粉末冶金适合对统一形状数量众多的产品进行生产,例如齿轮等加工费用较高的产品,它可以极大降低生产成本。
二、粉末冶金工艺的缺点1、粉末冶金产品强度、韧性差。
由于粉末压制而成的压坯,其内部的孔隙不能完全消除,因此,粉末冶金的制品在强度和韧性上与相应成分的铸件、锻件相比要差。
2、粉末冶金不能制成大型产品。
由于金属粉末的流动性比金属液要差,所以它的形状和大小会受到一定的限制,重量都不会超过10公斤。
3、压模成本较高。
由于压模制造的成本过高,所以只适合使用在大批量的生产中。
三、粉末冶金制品的发展1、高质量的结构零件:粉末冶金有代表性的是铁基合金,将向大体积的精密制品,高质量结构零件发展。
2、高性能合金:粉末冶金制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密的高性能合金。
3、混合相特殊合金:粉末冶金用增强致密过程来制造一般含有混合相组成的特殊合金。
4、复合零部件:加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。
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。
粉末冶金技术

粉末冶金技术粉末冶金技术是一种重要的金属加工方法,它是将金属粉末经过混合、成型和烧结等工艺制成制品的工艺方法。
相比传统的熔炼和锻造工艺,粉末冶金技术具有许多优点,如能够制备出具有复杂形状的零件、材料性能均匀、精确控制产品尺寸和性能等。
本文将从粉末冶金技术的历史发展、工艺流程、应用领域等方面进行介绍。
粉末冶金技术的历史可以追溯至早在公元前3000年左右,早期人们已经开始使用粉末冶金技术来制作金属工艺品。
然而,直到20世纪初,粉末冶金技术才得到广泛应用,并在战争期间得到了飞速发展。
战后,在石油、汽车、航空航天等领域的需求推动下,粉末冶金技术得到了进一步的发展壮大。
粉末冶金技术的工艺流程主要包括粉末的制备、混合、成型和烧结等步骤。
首先,原料金属被经过研磨等工艺得到所需的粉末。
然后,将不同种类和粒径的金属粉末混合,并添加适量的添加剂以改变材料的性能。
下一步,通过压制等成型方法将混合得到的金属粉末压制成所需形状的绿体。
最后,将绿体在高温下进行烧结,使金属粉末颗粒之间发生相互扩散和连结,形成致密的金属制品。
粉末冶金技术的应用领域非常广泛。
在汽车工业中,粉末冶金技术被广泛应用于发动机、传动系统、悬挂系统等零部件的制造。
由于粉末冶金技术可以制备出具有复杂形状和高精度需求的零件,因此在航空航天领域也被广泛应用。
此外,粉末冶金技术还可用于制备具有高耐磨性、高温强度和耐腐蚀性能的材料,用于工具、刀具、模具、轴承等领域。
虽然粉末冶金技术具有许多优点,但也存在一些挑战和限制。
首先,粉末冶金技术对原料金属的纯度有较高要求,因此原料的采购和处理工艺比较复杂。
其次,粉末冶金技术的设备和工艺流程较为复杂,对操作人员的技术水平有一定要求。
此外,粉末冶金技术制造出的制品通常会出现一些孔洞和缺陷,需要进一步进行加工和处理。
总的来说,粉末冶金技术作为一种重要的金属加工方法,具有许多优点和广泛的应用领域。
随着工艺和设备的不断改进,粉末冶金技术将会在更多领域发挥重要作用,并为各行业的发展提供更多可能性。
粉末冶金工艺简介及问题点展示课件

可制造复杂结构零件
粉末冶金工艺能够制造具有复杂内部 结构和精细特征的零件,满足高精度 和高性能的需求。
该工艺通过压制和烧结等步骤,能够 实现零件的复杂形状和精细特征的成 型,避免了传统加工方法的限制。
材料的组合与优化
粉末冶金工艺能够实现多种材料 的组合和优化,以获得最佳的性
能和功能。
通过将不同的金属粉末、非金属 粉末和其他添加剂混合,可以制 造出具有优异性能的复合材料和
压制过程中密度分布不均
密度不均的原因
在压制过程中,由于粉末的流动性、 模具的设计和压制工艺等因素,可能 会导致密度分布不均。
对产品质量的影响
密度分布不均会导致烧结后产品的性 能不均,如硬度和强度等。这可能会 影响产品的使用寿命和可靠性。
烧结过程中收缩率不一致
收缩率不一致的原因
在烧结过程中,由于温度场的不均匀、冷却速度不一致等因素,可能会导致收 缩率不一致。
通过优化原材料和工艺参数,产品性能和尺 寸精度得到显著提升。
能耗与污染明显降低
工艺流程的优化和先进设备的采用使得能源 消耗和环境污染明显降低。
生产效率大幅提高
自动化设备的引入使得生产效率大幅提升, 减少了人工成本。
成本有效控制
通过优化原材料、能源和人力成本,产品成 本得到有效控制。
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改进前的问题分析
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产品质量不稳定
由于原材料和工艺参数的波动 ,导致产品性能和尺寸精度不
稳定。
生产效率低下
传统工艺流程长,且依赖大量 手工操作,导致生产效率低下
。
高能耗与高污染
由于设备陈旧和工艺落后,导 致能源消耗大且环境污染严重
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粉末冶金的优缺点及其技术粉末冶金工艺的优点:1、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。
2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯,而不需要或很少需要随后的机械加工,故能大大节约金属,降低产品成本。
用粉末冶金方法制造产品时,金属的损耗只有1-5%,而用一般熔铸方法生产时,金属的损耗可能会达到80%。
3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料,也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质,而烧结一般在真空和还原气氛中进行,不怕氧化,也不会给材料任何污染,故有可能制取高纯度的材料。
4、粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性。
5、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品,特别是齿轮等加工费用高的产品,用粉末冶金法制造能大大降低生产成本。
粉末冶金工艺的基本工序是:1、原料粉末的制备。
现有的制粉方法大体可分为两类:机械法和物理化学法。
而机械法可分为:机械粉碎及雾化法;物理化学法又分为:电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。
其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。
2、粉末成型为所需形状的坯块。
成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯,并使其具有一定的密度和强度。
成型的方法基本上分为加压成型和无压成型。
加压成型中应用最多的是模压成型。
3、坯块的烧结。
烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。
成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。
烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。
对于单元系和多元系的固相烧结,烧结温度比所用的金属及合金的熔点低;对于多元系的液相烧结,烧结温度一般比其中难熔成分的熔点低,而高于易熔成分的熔点。
除普通烧结外,还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺。
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。
粉末冶金材料和制品的今后发展方向:1、有代表性的铁基合金,将向大体积的精密制品,高质量的结构零部件发展。
2、制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密的高性能合金。
3、用增强致密化过程来制造一般含有混合相组成的特殊合金。
4、制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金。
5、加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。
粉末冶金工艺缺点:1:在没有批量的情况下要考虑零件的大小.2:模具费用相对来说要高出铸造模具.粉末冶金(P/M)技术是一门重要的材料制备与成形技术,被称为是解决高科技、新材料问题的钥匙…。
高性能、低成本、净近成形一直以来是粉末冶金工作者重要研究课题之一。
粉末冶金法能实现工件的少切削、无切削加工,是一种高效、优质、精密、低耗节能制造零件的先进技术。
进入20世纪80年代许多行业,特别是汽车工业比以往任何时候更加依赖于粉末冶金技术,尽可能多地采用粉末冶金高性能的零部件是提高汽车尤其是轿车在市场中的竞争能力的一种有力手段。
高密度的P/M产品是保证其具有优异的力学性能的关键因素。
因此,为扩大粉末冶金P/M零部件的应用范围,必须提高其密度以获得力学性能优异的粉末冶金零部件。
目前,常用来提高P/M零部件密度的技术途径主要有:压缩性铁粉的应用复压复烧浸铜高温烧结粉末热锻等等由于这些工艺存在着不同程度的成本和工件尺寸精度保证困难等技术问题,使本富于竞争力的粉末冶金零件的潜力难以得到充分发挥。
而流动温压粉末成型技术的发展使之成为提高P/M零件密度的有效途径。
1.流动温压粉末成型技术的发展1.1温压技术的发展20世纪80年代末,Hoeganaes公司的Musella等人为提高零件密度,在扩散粘结铁粉制备工艺的研究基础上,将粉末和模具加热到一定温度进行压制,开发出一种所谓温压的新工艺,即ANCORDENSE工艺。
温压工艺就是采用特制的粉末加温、粉末输送和模具加热系统,将混有特殊聚合物润滑剂的金属粉末和模具加热至130~150℃,然后按传统粉末压制工艺进行压制和烧结以提高压坯密度的新方法据资料分析,虽然温压工艺比常规的一次压制烧结工艺的相对成本提高了20%,但比渗铜工艺、复压烧结工艺、粉末热锻工艺分别降低了20%、30%和80%的成本,开拓了粉末冶金应用的潜力。
因而被誉为“开创粉末冶金零件应用新纪元的一次新型制造技术”,为零部件在性能和成本之间找到一个理想的结合点,也被认为是进人90年代以来粉末冶金零件生产技术方面最为重要的一项技术进步"。
目前,在粉末制备、工艺优选、温压及烧结行为、致密化机理等方面均进行了广泛的研究,并实现了工业化生产。
1.2金属注射成形技术的发展金属注射成形MIM(Metal Injection Molding)是传统粉末冶金工艺与现代塑料注射成形工艺相结合而形成的一门新型近净成形技术。
最早可追溯于20世纪30年代开始的陶瓷火花塞的粉末注射成形制备,随后的几十年间粉末注射成形主要集中于陶瓷注射成形。
直到1979年,由Wiech等人组建的Parmatech公司的金属注射成形产品获得两项大奖,以及当时的Wiech和Rivers先后获得专利,粉末注射成形才开始转向以金属注射成形为主导。
1.3流动温压粉末成型技术的产生金属粉末注射成形技术适用于大批量制造具有复杂几何形状、高性能、高精度的零件,在产业化方面也取得突破性进展。
但该工艺在粉末中需要加人较多的粘结剂,粉末需用≤1 0um的超细近球形粉,从混料到脱脂、烧结,工序较复杂,工艺要求严格,特别是需要较长的脱脂和烧结时间,造成制造成本往往偏高。
流动温压成形(WFC:Warm Flow Comp action)正是在金属粉末温压的基础上,结合了金属粉末注射成形工艺的优点,通过加人适量的粗粉和微细粉末以及加大热塑性润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动性、填充性和成形性¨。
由于在压制时混合粉末变成具有良好流动性的粘流体,既具有液体的优点,又有很高的粘度,并减小摩擦力,使压制压力在粉末中分布均匀,还得到了很好的传递。
这样,粉末在压制过程中可以流向各个角落而不产生裂纹,从而使密度也得到了很大的改善。
该技术由德国Fraunhofer先进材料与制造研究所(IFAM)于2001年首次报道。
流动温压可以在80~130℃温度下,在传统压片机上精密成形形状非常复杂的工件,如带有与压制方向垂直的凹槽、孔和螺纹孔等的复杂工件,而不需要其后的二次机加工。
WFC 技术既克服了传统冷压在成形复杂几何形状方面的不足,又避免了注射成形技术的高成本,是一项极具潜力的新技术,具有广阔的应用前景。
流动温压工艺几乎适用于所有的粉末体系,但最适合于成形低合金钢、Ti以及WC、Co等硬质合金粉。
2.流动温压粉末成型技术的特点流动温压工艺是在温压工艺基础上结合了金属注射成形的优点而发展起来的,它是一种新型的粉末冶金零件近净成形技术。
在对温压的研究中,人们发现温压成形时在径向产生了很大的径向压力,从而在注射成形技术中注射喂料的良好流动性和成形性给予了启发,将两者的优势结合起来并对混合粉料加以优化就产生了流动温压粉末成型技术。
流动温压工艺就是将具有良好流动性的混合粉末装入型腔中,然后在一定温度下压制成形具有较复杂几何外形的工件,不需专门脱脂工艺而直接烧结制得粉末冶金零件的新技术。
其主要特点可概括如下。
2.1可成形具有复杂几何形状的零件、采用流动温压可以直接成形与压制方向相垂直的凹槽、孔和螺纹孔等工件。
而采用冷压制造此类形状的工件却是非常困难甚至是不可能的,一般需要通过其后的机加工才能完成。
即使用数控压片机来实现复杂和精准的动作也只能生产出较为简单的此类工件。
Fraunhofer研究人员也用带有微小锥度的成形冲头成功地直接成形了较深的盲孔工件,盲孔的壁高和壁厚的比率可达到3~7,壁厚的变化范围可在1~3mm。
为了系统地研究流动温压工艺中粉末的流动行为,Fraunhofer研究人员采用了如图1所示的特制模具¨引。
该模具为两半用螺栓联接而成,水平孔和垂直孔的直径都是16mm。
研究人员对T孔、通孔、L孔形型腔模具进行了研究,与压制方向垂直的侧孔的长度可以通过螺栓来调节。
用流动温压工艺成功制备出了T型工件。
实验结果表明,混合粉末的良好流动性足以避免在拐角处产生裂纹。
利用流动温压工艺还可成形零件更复杂的几何外形。
混合粉末的良好流动性使得流动温压工艺可以精密地成形工件的精细轮廓。
因此,流动温压工艺可以用于成形螺纹。
用带有外螺纹型芯的模具经压制成形后,将型芯从半成品中拧出,然后进行烧结就可制得螺纹。
根据收缩率选取适当的型芯直径就可压制出所需的螺纹而不需要二次机加工。
这也许是流动温压工艺最显著的应用。
对流动温压进行了初步研究,制造出一套研究流动温压流动趋势的特制装置,并实现十字型零件的成形。
2.2压坯密度高、密度较均匀流动温压由于装粉密度较高,因此经温压后的半成品密度可以达到很高的值。
除密度提高外,由于粉末流动性好,成形的零件密度也更加均匀。
或者说采用简单的模冲(不需要辅助的浮动多轴模冲)就可成形多台阶的粉末冶金工件。
对于难成形的纯Ti粉,应用流动温压也取得了明显的结果。
如采用Ti粉成形的T型工件的密度分布(在零件图上用1~6数字标出)如下图所示。
从图中可以看出,采用流动温压可以获得较高的密度,工件除具有较好的烧结性能外,密度分布也较均匀。
图中“5”处距离零件中心轴有14mm,在冷压时密度偏低,这主要是阴模模壁的摩擦和压力的传递不均造成的。
Ti基半成品和成品在不同位置的密度分布(ri无空隙密度为4.5g/cm3)2.3对材料的适应性好流动温压工艺可适用于各种金属粉末,包括低合金钢粉、不锈钢粉、纯Ti粉和硬质合金粉末等。
Fraunhofer研究人员对各种金属粉末进行了流动温压工艺研究,都取得了较显著的结果,其中包括低合金钢粉(DistolayAE)、不锈钢316L粉、纯Ti粉和WC-Co硬金属粉末。
流动温压工艺原则上可适用于所有的粉末系,唯一的要求是该粉末必须具有足够好的烧结性能,以便最终达到所要求的密度和性能。
2.4工艺简单,成本低用传统粉末冶金方法成形零件在垂直于压制方向上的凹槽、横孔等外形,需要设计非常复杂的模具或通过烧结后的二次机械加工才能完成。
虽然注射成形技术在成形零件的复杂外形方面几乎不受什么限制,但是由于添加的粘结剂数量较多,在加热过程中会因为重力影响使工件发生变形,因此往往需要额外增加一道较复杂和较昂贵的专门脱脂工序,使得注射成形技术比常规粉末冶金技术成本高,所以注射成形的零件不一定能够取代可满足其设计功能的常规粉末冶金零件,从而使注射成形技术的应用范围受到了一定的限制。
而流动温压粉末成型技术既可直接成形复杂几何外形而不需要其后的二次机加工;另一方面,在流动温压成形工艺中,所用的特殊粘结剂和润滑剂含量适中,所配置的混合粉末具有很高的粘度和临界剪切强度,在加热过程中不会发生变形,因而可直接在烧结过程中去除粘结剂。