粉末冶金新技术-成形
第三章粉末冶金
第三章成形 d.弹性后效
加载（或卸载）后经过一段时间应变才增加（或减小）到一定数值的 现象。压制过程中，当卸掉压制力并把坯块从模具内取出后，由于弹性 内应力的作用，坯块发生弹性膨胀，这种现象称为弹性后效。
a.粉末颗粒发生位移，填充孔隙，施加压力，密度增加很快； 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，
第三章成形
退火温度： T退 （0.5 ~ 0.6）T熔
退火气氛： a.还原性气氛（氢、离解氨、转化天然气或煤气） b.惰性气氛 c.真空退火
第三章成形
（2）混合 a.混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合 b. 将相同成分而粒度不同的粉末混合（合批） 混合方法：机械法（干混、湿混）和化学法 机械法：干混用于生产铁基制品；湿混用于生产硬质合金。混料设备有
a.普通模压法：将粉末装在模具内，用压机将其成形； b.特殊方法：等静压成形、连续成形、无压成形等。
第三章成形
1.成形前原料准备 （1）退火
将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通 常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。
金属粉末退火的目的： a.氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量，提高粉末的纯度； b.消除粉末的加工硬化，稳定粉末的晶体结构； c.防止超细粉末自燃，将其表面钝化。 加工产品退火的目的： a.降低硬度，改善切削加工性； b.消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向； c.细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
粉末冶金特种成形技术
第5章粉末冶金特种成形技术5.1概述粉末的制备、成形和烧结是粉末冶金过程中的三个基本环节。
传统的粉末冶金成形通常是将需要成形的粉末装入钢模内，在压力机上通过冲头单向或双向施压而使其致密和成形，压机能力和压模的设计成为限制压件尺寸及形状的重要因素。
由于粉末与模壁的摩擦而使压力降低，使成形密度不均匀，限制了大型坯件的生产。
所以，传统的粉末冶金零件尺寸较小，单重较轻，形状也简单。
随着粉末冶金产品对现代科学技术发展的影响日益增加，对粉末冶金材料性能以及产品尺寸和形状提出了更高的要求，传统的钢模压成形难以适应需要。
为了解决上述问题，很多学者广泛地研究了各种非模压成形方法，相对于传统的模压成形，将后者称之为粉末冶金特种成形技术。
粉末冶金成形技术一直处于不断发展演化过程中，从传统的单向压制到双向压制，再到等静压成形，从冷等静压成形到热等静压成形，还出现了准等静压成形（包括陶粒压制、STAMP工艺、快速全向压制等）、温压成形、流动温压成形、高压温压成形、喷射成形、挤压成形、粉浆浇注成形、粉末轧制成形、粉末锻造成形、金属粉末注射成形、粉末电磁成形等特种成形技术。
有些技术既是粉末成形过程，也是烧结过程，如粉末热等静压成形、放电等离子烧结、爆炸烧结、选择性激光烧结等。
目前，现代粉末冶金成形技术正朝着高致密化、高性能化、高生产效率、低成本方向发展。
不同的特种成形方法具有不同的特点，应从坯件的性能、形状和尺寸三方面适应制品的特殊需要。
本章将对它们的原理、特点、工艺及应用等进行论述。
其中粉末喷射成形、注射成形分别在第4章与第8章中讨论，而放电等离子烧结、爆炸烧结、选择性激光烧结技术在“粉末冶金特种烧结技术”中讨论。
5.2 等静压成形(IP)等静压成形（Isostatic Pressing）是借助于高压泵的作用把流体介质(气体或液体)压入耐高压的钢质密封容器内，高压流体的静压力直接作用在弹性模套内的粉末上，粉末体在同一时间内在各个方向上均衡地受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯。
高密度粉末冶金成形方法研究及优化
高密度粉末冶金成形方法研究及优化一、引言高密度粉末冶金成形技术是一种通过在粉末表面施加压力和温度实现金属材料成形的加工工艺。
该技术具有高效率、低成本、高精度、可逆性和可重复性等优点。
因此，在改进传统的金属成形过程以及开发新型金属材料时，高密度粉末冶金成形技术已成为一种备受关注的重要研究领域。
二、高密度粉末冶金成形方法的分类高密度粉末冶金成形技术根据成形前后粉末状况的变化，可分为以下几种方法：1. 等静压成形 (HIP)等静压成形是一种将高密度金属粉末放入成型模具中，先以低压力进行预压，随后在高温和高压力的条件下加以成形的加工方法。
等静压成形方法可以制造出具有高密度和高性能的复杂形状金属零件，如滚轮轴承、配气机构、燃气轮机叶片等等。
2. 烧结成型烧结成型是一种通过在制备过程中在粉末中添加一些粘结剂，使得粉末在高温条件下粘结在一起，然后进行成形的方法。
这种方法可以制造出高精度、高可靠性和抗热性能强的机械结构件和高强度、低密度的材料。
3. 挤压成形挤压成形是一种通过将金属粉末放入旋转式模具中，在模具两端施加压力来实现成形的加工方法。
这种方法较其他成形方式更为简单，适用于制作一些规则结构的中间件、链接件和管道接头。
4. 等离子粉末成形等离子粉末成形是一种将金属粉末喷射到等离子体火焰中进行高温加热，通过表面张力形成液态金属，并恰当地加压形成零件的一种成形工艺。
等离子粉末成形方法操作简单、可加工出具有高密度、高强度和高耐磨性的金属零件。
三、高密度粉末冶金成形方法的优化为了进一步提高高密度粉末冶金成形技术的加工效率、成形质量和材料性能，需要进行相应的优化。
优化方案一：材料的合理选择选择合适的材料是决定高密度粉末冶金成形成功与否的关键因素之一。
高密度粉末冶金成形的理想材料是那些粒度大小适中、形状均匀、流动性能好而且作为粉末冶金材料的化学成分方面相同或相似的金属粉末。
因此，选择质量优良、粘度适中的金属粉末是高密度粉末冶金成形过程中一个非常重要的环节。
粉末冶金成形
通过烧结过程中的物质迁移和相变，使烧结体内部孔隙减小或消失， 提高其密度和性能。
致密化程度
与烧结温度、时间、气氛等因素有关，需根据产品要求进行控制。
03 粉末冶金成形的关键技术
粉末注射成形技术
定义
粉末注射成形是一种将金属粉末与有机粘结 剂混合，通过注射机注入模具中成形，然后 脱脂和烧结的工艺。
能源领域
粉末冶金技术在风力发电、核能等领 域中用于制造高性能的零部件。
粉末冶金成形的优缺点
材料利用率高，减少材料 浪费；
可生产出形状复杂、精度 高的制品；
优点
01
03 02
粉末冶金成形的优缺点
01
可通过控制成分和工艺参数制备高性能材料；
02
适用于大规模生产。
缺点
03
粉末冶金成形的优缺点
生产过程中易产生粉尘污染； 制品内部可能存在孔隙和缺陷； 部分材料制备成本较高。
等静压成形技术
定义
等静压成形技术是一种利用液体介质传递压力，使金属粉末在各 个方向上均匀受压而成形的工艺。
优点
可生产高精度、高密度、高性能的产品，适用于大规模生产。
应用领域
广泛应用于陶瓷、粉末冶金等领域。
04 粉末冶金成形的材料性能
材料力学性能
硬度
抗拉强度
粉末冶金制品的硬度通常较高，可达到 HRC60以上，这主要得益于其致密的结构 和合金元素的固溶强化作用。
粉末冶金制品具有较高的抗拉强度，通常 在1000MPa以上，这与其致密的结构和晶 粒细化有关。
疲劳性能
韧性
由于其良好的力学性能，粉末冶金制品在 循环载荷下表现出良好的疲劳性能。
粉末冶金制品的韧性与其成分、显微组织 和热处理状态有关，通过合理的工艺控制 可以提高其韧性。
粉末冶金成形技术
粉末冶金成形技术总则✶粉末成形技术就是将预混合好的粉末填入设计好的模腔中，通过压机施加一定的压力使之形成所设计的形状的产品，然后由压机将产品脱出模腔的过程。
✶与之相关的有以下几个方面1.粉末制造及粉末混合2.模具3.成形压机4.模架5.模具的组立粉末方面与模具方面 这里不作具体介绍成形压机✶成形压机中模面分两种形式：1.中模面浮动2.中模面固定✶成形压机中模面浮动形式分两种类型：1.脱模位置固定，成形位置可以调整2.成形位置固定，脱模位置可以调整一般，压力吨位较小的采用中模面固定类型，压力吨位较大的采用中模面浮动。
成形过程中压机运转的几个阶段✶1.充填阶段：从脱模结束后开始至中模面上升到最高点结束，压机运行的角度从270度开始至360度左右结束；✶2.加压阶段：是粉末在模腔中受压成形阶段。
一般有上模加压和中模面下降（即下压）加压，有时还有最终加压，即在下压结束后上冲再次加压，压机的运行角度从120度左右开始至180度结束；✶3.脱模阶段：此过程是产品由模腔被顶出的过程。
压机的运行角度由180度开始至270度结束中模面浮动的两种类型的区别：1.脱模位置固定，成形位置可以调整的形式以脱模下死点作为成形压机的基准点，基准点位置的角度270度。
充填的变化只能改变脱模的行程量和加压的行程量，对最终的脱模位置点不可改变，下压的变化不改变充填量；2.脱模位置浮动，成形位置固定的形式以压制过程结束时作为成形压机的基准点，基准点的位置在180度。
充填的变化不光改变脱模行程量和加压行程量，还将改变脱模位置点，下压的变化会改变充填量。
模架✶模架是模具的执行者，在成形过程中模具通过模架的动作从而产生各个冲子之间的相对运动，挤压模腔中的粉末，使之成形成所设定的形状。
✶从模架结构方面来分：有上一下一直至上二下三机构，主要有上模板、中模板、第一浮动板、第二浮动板、固定板和芯棒板组成。
上模板与机台的上加压部连接，芯棒板与机台的主轴连接，芯棒板通过四根导柱与中模板连成一个整体。
粉末冶金成型技术
粉末冶金成型技术粉末冶金成型技术(PM)是一种新兴的金属加工技术，它使用粉末材料，经过热处理、压实、成形和加工等工艺，最终形成最终产品。
这种技术可以有效地生产复杂结构和高精度零件，被广泛应用于航天航空、汽车制造、电子信息、新材料研发等领域。
粉末冶金技术主要包括热解法(thermal decomposition)、汽化烧结法(vapour deposition sintering)和气相混合法(gas phase mixing)等。
热解法是目前最常用的一种技术，它利用热力学原理将粉末金属转化为熔融的金属液，然后将其冷却固化，最终形成最终产品。
汽化烧结法通过加热粉末材料来达到烧结的效果，最终形成的零件均匀性及结合强度较高，可应用于高强度零件的制造。
气相混合法利用点火系统在真空中燃烧粉末金属材料，使其形成金属熔融物，随后冷却固化即可形成最终零件。
粉末冶金技术具有诸多优势，如质量高、制造成本低、能够生产复杂结构复杂精度零件、有利于环境保护等。
然而由于其复杂性和技术门槛高，其产品形成损耗大，生产效率低，制造过程中不易控制精度等，使得粉末冶金技术的应用受到了一定的限制。
另外，粉末冶金技术的发展还需要更加完善的研究与管理体系。
粉末冶金技术的成功应用，需要良好的研究成果和合理的经济效益，这一技术必须结合全面的工艺改进技术、生产管理和后处理方法进行系统研究，以满足不断增长的市场需求。
综上所述，粉末冶金技术是一种潜在的应用范畴十分广泛的技术，它可广泛应用于复杂结构和精度零件的制造，极大地改变了传统的金属加工技术。
未来，粉末冶金技术将继续发展，在先进制造业及家用电器等领域获得更多的应用，成为一个重要的制造技术。
粉末冶金成型技术是一种新兴技术，它能够有效地生产复杂结构和高精度零件，它的应用范围也会随着新材料和新技术的不断发展而更新更换，并促进经济和生活进步。
未来，粉末冶金技术将迎来更大的发展，在航天航空、汽车制造、新材料研发及家用电器等领域都有广泛的应用前景。
粉末冶金的工艺流程-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
粉末冶金螺旋齿轮成形工艺
粉末冶金螺旋齿轮成形工艺
粉末冶金螺旋齿轮成形工艺主要包括粉末制备、混合、压制、烧结和加工等环节。
具体流程如下：
1. 粉末制备：采用化学法或机械法等方法制备金属粉末，以保证粉末的纯度和均匀性。
2. 混合：将所需金属粉末按比例混合，一般采用球磨机或高速搅拌器等设备进行混合，以使各种金属粉末充分混合均匀。
3. 压制：将混合好的金属粉末装入模具中，通过等静压或注射成形等方式将金属粉末压制成所需形状的基体，并在基体上留下齿轮的齿形。
4. 烧结：经过压制后的金属基体需要进行烧结处理，即将金属基体放入高温炉中，在一定温度下进行烧结，使金属粉末颗粒形成致密的金属结构，增强其力学性能。
5. 加工：经过烧结处理后的金属基体需要进行进一步的加工，包括车削、磨削、齿轮切削等操作，以使其达到所需的精度和表面质量。
在以上工艺中，压制和烧结是最关键的环节。
通过不同的压制方式和烧结条件，可以获得不同性能的螺旋齿轮。
压制时需要控制压力、温度和时间等参数，以确保金属粉末充分填充模具，并保证形成的基体密度和强度。
烧结时需要控制温度和气氛等条件，以确保金属粉末颗粒间的结合力达到理想的水平。
综上所述，粉末冶金螺旋齿轮的成形工艺是一个复杂的过程，需要对各个环节进行精密控制，以获得高质量的产品。
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将上述两种方法结合起来,混合粉末在 压制温度下就可转变成为流动性很好的黏 流体,它既具有液体的所有优点,又具有很 高的黏度。混合粉末的流变行为使得粉末 在压制过程中可以流向各个角落而不产生 裂纹。
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流动温压工艺主要特点如下: (1)可成形零件的复杂几何形状。国外已利用
常规温压工艺成功制备出了一些形状较复杂的粉 末冶金零件,如汽车传动转矩变换器涡轮毂、连杆 和齿轮类零件等。
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高速压制的另一个特点是产生多重冲击 波，间隔约0 3s的一个个附加冲击波将密度 不断提高。这种多重冲击提高密度的一个优 点是,可用比传统压制小的设备制造重达5kg 以上的大零件。
高速压制适用于制造阀座、气门导管、 主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套 及轴承座圈等产品。
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与传统压制相比, 高速压制的优点是： • 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。
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温压技术的特点 ： • 能以较低成本制造出高性能粉末冶金零部件； • 提高零部件生坯密度和高强度，便于制造形状 复杂以及要求精密的零 部件 ； • 产品密度均匀。
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温压技术研究和开发的核心： • 预合金化粉末的制造技术； • 新型聚合物润滑剂的设计； • 石墨粉末有效添加技术； • 无偏析粉末的制造技术； • 温压系统制备技术。
粉末冶金新技术
粉末成形新技术
1
1.动磁压制技术
原理:将粉末装于一个导电
的容器(护套)内,置于高强
磁场线圈的中心腔中。电容
器放电在数微秒内对线圈通
入高脉冲电流,线圈腔中形
成磁场,护套内产生感应电
流。感应电流与施加磁场相
互作用,产生由外向内压缩
护套的磁力,因而粉末得到
二维压制。整个压制过程不
足1mபைடு நூலகம்。
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采用这一工艺可制得全致密的接近最终形 状的零件，而压制后无需烧结及机加工。此工 艺采用包覆粉末。但许多市售的金属或非金属 粉末也可使用。目前该工艺的开发工作主要集 中于生产热操作零件，但这一工艺也适用于生 产结构件及其他用途的零件。
(4)简化了工艺,降低了成本。
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4.冷成形工艺 美国开发出一种能在室温下生产全致密零
件而无需后续烧结的粉末冶金工艺。此工艺称 之为“冷成形粉末冶金”。它采用特殊配制的 活化溶液与革新的进料靴技术,在压力下精确 地将粉末注入模中。加压输送的进料靴使粉末 填充更加均匀,而活性溶液则防止形成氧化物, 从而大大促进了冷焊效应。
4
动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革 命性变化,由粉末材料一次制成近终形定子与转子, 从而获得高性能产品,大大降低生产成本。
动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与 烧结钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密 度高,其磁能积可提高15%-20%。
5
动磁压制的亚毫秒压制过程有助于保持材 料的显微结构不变,因而也提高了材料性能。 对于象Ｗ、ＷＣ与陶瓷粉末等难压制材料,动 磁压制可达到较高的密度,从而降低烧结收缩 率。目前许多动磁压制的应用已接近工业化 阶段,第一台动磁压制系统已在运行中。
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温压技术主要适合生产铁基合金零件。同时人们正在 尝试用这种技术制备铜基合金等多种材料零件。由于温压 零件的密度得到了较好的提高，从而大大提高了铁基等粉 末冶金制品的可靠性，因此温压技术在汽车制造 机械制造、 武器制造等领域存在着广阔的应用前景。
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4.流动温压技术
流动温压技术以温压技术为基础,并结合了金 属注射成形的优点,通过加入适量的微细粉末和 加大润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动 性、填充能力和成形性, 这一工艺是利用调节粉 末的填充密度与润滑剂含量来提高粉末材料的成 形性。它是介于金属注射成形与传统模压之间的 一种成形工艺。
(2)密度高、性能均一。流动温压工艺由于松 装密度较高,经温压后的半成品密度可以达到很高 的值。由于流动温压工艺中粉末的良好流动性,由 此得到的材料密度也更加均匀。
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(3)适应性较好。流动温压工艺已经用于 低合金钢粉、不锈钢316L粉、纯Ti粉和WCCo硬质合金粉末。原则上它可适用于所有 的粉末体系，唯一的条件是该粉末体系须 具有足够好的烧结性能,以便达到所要求的 密度和性能。
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流动温压技术的关键是提高混合粉末的流动性，主 要通过两种方法来实现：
第一种方法是向粉末中加入精细粉末。这种精细 粉末能够填充在大颗粒之间的间隙中,从而提高了混合 粉末的松装密度。
第二种方法是比传统粉末冶金工艺加入更多的粘 结剂和润滑剂,但其加入量要比粉末注射成形少得多。 粘结剂或润滑剂的加入量达到最优化后,混合粉末在压 制中就转变成一种填充性很高的液流体。
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2.高速压制
瑞典开发出粉末冶金用高速压制法。这可能是 粉末冶金工业的又一次重大技术突破。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。液压驱动的 重锤(5～1200kg)可产生强烈冲击波,0.02s内将压 制能量通过压模传给粉末进行致密化。重锤的质量 与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度。
2
动磁压制的优点:
• 由于不使用模具,成型时模壁摩擦减少到0，因而可 达到更高的压制压力,有利于提高产品，并且生产成 本低；
•由于在任何温度与气氛中均可施压,并适用于所有材 料,因而工作条件更加灵活；
• 由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂,因而成型产 品中不含有杂质，性能较高，而且还有利于环保。
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许多合金钢粉用动磁压制做过实验,粉末中不 添加任何润滑剂,生坯密度均在95%以上。动磁压 制件可以在常规烧结条件下进行烧结,其力学性能 高于传统压制件。动磁压制适用于制造柱形对称 的近终形件、薄壁管、纵横比高的零件和内部形 状复杂的零件。
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3.温压成形技术 温压技术是近几年新发展的一项新技术。它
是在混合物中添加高温新型润滑剂，然后将粉末 和模具加热至423K左右进行刚性模压制，最后采 用传统的烧结工艺进行烧结的技术，是普通模压 技术的发展与延伸，被国际粉末冶金界誉为 “开 创铁基粉末冶金零部件应用新纪元”和“导致粉 末冶金技术革命”的新型成型技术。