粉末冶金成型教程
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第三章粉末冶金
氧化镁脱模压力与压制力的关系： P脱 C[PDH ]m 式中P——压制压力；D——坯块直径；D——坯块高度； C——模具质量的特征系数；m——常数。
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。
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。
粉末冶金成型
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）生坯强度高
常规工艺的生坯强度约为10~20MPa，温压压坯的强度则为 25~30MPa，提高了1.25-2倍。生坯强度的提高可以大大降 低产品在转移过程中出现的掉边、掉角等缺陷，有利于制备 形状复杂的零件；同时，还有望对生坯直接进行机加工，免 去烧结后的机加工工序，降低了生产成本。这一点在温压烧结连杆制备中表现得尤为明显。
温压成型技术发展趋势： 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。
温压成型技术应用：
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。
6.注射成形技术
Injection molding technology
金属粉末注射成形技术是随着高分子材料的应用 而发展起来的一种新型固结金属粉、金属陶瓷粉和陶 瓷粉的特殊成形方法。它是使用大量热塑性粘结剂与 粉料一起注入成形模中，施于低而均匀的等静压力， 使之固结成形，然后脱粘结剂烧结。
5.注射成形技术
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。
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。
粉末冶金工艺流程课件
机械加工（钻孔、攻牙、切削、铣、 磨等）
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8
粉末冶金工艺流程
• 油浸 oil dipping 含油轴承:采用真空油浸的办法,将洗净干燥的轴 承内部的空气抽干,再注入图面上所需要的润滑 油,达到需要的含油率(oil content)的过程 一般机械零件:普通油浸,主要是在部品表面喷涂 一层油脂,起到在保管,运输过程中的防锈效果
该产品称为: 生坯,也叫成形品 green
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4
粉末冶金工艺流程
• 烧结 sintering 烧结是金属粉末压块（或松散金属粉末）在低 于熔点的温度下转变成密实固体的过程(合金化 过程)。在烧结过程中，粉末颗粒通过扩散和其 它原子 迁移机理而结合在一起，得到的多孔体 且具有一 定的机械强度 得到的产品叫:烧结品 blank
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9
粉末冶金工艺流程
• 包装 parking
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10
• The End! • Thanks!
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11
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5
粉末冶金工艺流程
• 后处理工艺 精整 sizing 也就是加工,即将烧结品放入加工模,施以相应的 压力,以达到所需求尺寸的过程
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6
粉末冶金工艺流程
• 表面处理 热处理（渗碳处理和高频）→Heat Treatment
适用于综合机械性能要求较高的产品，硬度一般可以达到HRC30 以上（Hv0.2 450以上）。产品一般是承受较大载荷的齿轮及一些 耐磨性较高的产品。
铜粉
copper
铜合金粉
alloyed copper
其他特殊粉末(不锈钢等) other powder
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粉末冶金工艺流程
• 油浸 oil dipping 含油轴承:采用真空油浸的办法,将洗净干燥的轴 承内部的空气抽干,再注入图面上所需要的润滑 油,达到需要的含油率(oil content)的过程 一般机械零件:普通油浸,主要是在部品表面喷涂 一层油脂,起到在保管,运输过程中的防锈效果
该产品称为: 生坯,也叫成形品 green
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粉末冶金工艺流程
• 烧结 sintering 烧结是金属粉末压块（或松散金属粉末）在低 于熔点的温度下转变成密实固体的过程(合金化 过程)。在烧结过程中，粉末颗粒通过扩散和其 它原子 迁移机理而结合在一起，得到的多孔体 且具有一 定的机械强度 得到的产品叫:烧结品 blank
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粉末冶金工艺流程
• 后处理工艺 精整 sizing 也就是加工,即将烧结品放入加工模,施以相应的 压力,以达到所需求尺寸的过程
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粉末冶金工艺流程
• 表面处理 热处理（渗碳处理和高频）→Heat Treatment
适用于综合机械性能要求较高的产品，硬度一般可以达到HRC30 以上（Hv0.2 450以上）。产品一般是承受较大载荷的齿轮及一些 耐磨性较高的产品。
铜粉
copper
铜合金粉
alloyed copper
其他特殊粉末(不锈钢等) other powder
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粉末冶金工艺(共17张PPT)
粉末冶金工艺
粉末冶金工艺过程
• 粉末冶金材料是指不经熔炼和铸造，直接 用几种金属粉末或金属粉末与非金属粉末， 通过配制、压制成型，烧结和后处理等制 成的材料。粉末冶金是金属冶金工艺与陶 瓷烧结工艺的结合，它通常要经过以下几 个工艺过程：
一、粉料制备与压制成型
• 常用机械粉碎、雾化、物理化学法制取粉 末。制取的粉末经过筛分与混合，混料均 匀并加入适当的增塑剂，再进行压制成型， 粉粒间的原子通过固相扩散和机械咬合作 用，使制件结合为具有一定强度的整体。 压力越大则制件密度越大，强度相应增加。 有时为减小压力合增加制件密度，也可采 用热等静压成型的方法。
三、后处理
• 一般情况下，烧结好的制件能够达到所需 性能，可直接使用。但有时还需进行必要 的后处理。如精压处理，可提高制件的密 度和尺寸形状精度；对铁基粉末冶金制件 进行淬火、表面淬火等处理可改善其机械 性能；为达到润滑或耐蚀目的而进行浸油 或浸渍其它液态润滑剂；将低熔点金属渗 入制件孔隙中去的熔渗处理，可提高制件 的强度、硬度、可塑性或冲击韧性等。
粉末冶金工艺的基本工序
• 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 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。
粉末冶金方法起源于公元前三千多年。 从民用工业到军事工业；
械法可分为：机械粉碎及雾化法；物理化 现有的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。
将低熔点金属渗入制件孔隙中去的熔渗处理，可提高制件的强度、硬度、可塑性冲击韧性等。 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。
粉末冶金工艺过程
• 粉末冶金材料是指不经熔炼和铸造，直接 用几种金属粉末或金属粉末与非金属粉末， 通过配制、压制成型，烧结和后处理等制 成的材料。粉末冶金是金属冶金工艺与陶 瓷烧结工艺的结合，它通常要经过以下几 个工艺过程：
一、粉料制备与压制成型
• 常用机械粉碎、雾化、物理化学法制取粉 末。制取的粉末经过筛分与混合，混料均 匀并加入适当的增塑剂，再进行压制成型， 粉粒间的原子通过固相扩散和机械咬合作 用，使制件结合为具有一定强度的整体。 压力越大则制件密度越大，强度相应增加。 有时为减小压力合增加制件密度，也可采 用热等静压成型的方法。
三、后处理
• 一般情况下，烧结好的制件能够达到所需 性能，可直接使用。但有时还需进行必要 的后处理。如精压处理，可提高制件的密 度和尺寸形状精度；对铁基粉末冶金制件 进行淬火、表面淬火等处理可改善其机械 性能；为达到润滑或耐蚀目的而进行浸油 或浸渍其它液态润滑剂；将低熔点金属渗 入制件孔隙中去的熔渗处理，可提高制件 的强度、硬度、可塑性或冲击韧性等。
粉末冶金工艺的基本工序
• 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 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。
粉末冶金方法起源于公元前三千多年。 从民用工业到军事工业；
械法可分为：机械粉碎及雾化法；物理化 现有的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。
将低熔点金属渗入制件孔隙中去的熔渗处理，可提高制件的强度、硬度、可塑性冲击韧性等。 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。
第4章-粉末的成形
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4.2.3 压制过程
压制过程可分为四个阶段：
①粉末颗粒移动，孔隙减小，颗粒间相互挤紧； ②粉末挤紧，小颗粒填入大颗粒间隙中，颗粒开始
有变形； ③粉末颗粒表面的凹凸部分被压紧且啮合成牢固接
触状态； ④粉末颗粒加工硬化到了极限状态，进一步增高压
力，粉末颗粒被破坏和结晶细化。
讲解：XX
14
1、压坯密度不均匀及危害
V压m 11 Vm d
⑤ 孔隙度系数（孔隙相对容比）
V 孔 V 压 V m 1 1 1 1 d
V m V m
d d d1
讲解：XX
49
（二）巴尔申压制理论
在忽略加工硬化情况下，虎克定律也可用于塑性变形，对粉末 压制过程应用虎克定律，最终可得出
ln Pln P ma lx( 1 )
成形
无压成形
加压成形
松 装 烧 结
粉 浆 浇 注
模 压 成 形
热 压 成 形
等 静 压 成 形
轧 制 成 形
离 心 成 形
挤爆 压炸 成成 形形
讲解：XX
2
本章主要内容
• 粉末的预处理 • 普通模压法成形 • 压制理论 • 特殊成形方法
讲解：XX
3
§4.1 粉末的预处理
• 预处理包括：退火、筛分、混合、制粒、 加润滑剂等。
② 巴尔申方程用于硬粉末比软粉末效果好，尤其在压制开 始阶段效果较好，但没普遍意义（未考虑加工硬化、摩擦及 固体的滞弹性）。
③川北方程在压制压力不太大时，是个较好的经验方程。 ④ 所有方程在导出过程中都没有考虑压坯的形状尺寸、模 壁摩擦力，在实际应用中存在一定偏差。
讲解：XX
55
§4.7 特殊成形方法
粉末冶金成型教程
一般用于压制较长的薄壁套 类零件的压坯。
图5-9 摩擦芯杆浮动压模
5.2.4 组合压模
组合压模是几种压制方式（如单向压制、双向压 制和摩擦芯杆压制等）及其压模结构的综合运用。即在 设计压制模具时，综合各种压模的结构特点，设计成多 种形状的组合模冲来完成复杂零件的压制成形工序，并 采取几种压制方式综合运用来保证压坯质量；所以，组 合压模是形式最多且应用最广泛的压模结构。
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。
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。
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。
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，产生所谓 “欠烧”的废品。
2）用作模具材料。用硬质合金作模具主要是指冷作模， 如冷拉模、冷冲模、冷挤模和冷镦模等；
3）用作量具及耐磨零件。如千分尺、块规、塞规等。
5.3.2 含油轴承材料
含油轴承材料是一种具有多孔性的粉末冶金材料，常 用以制造轴承零件。这种材料压制成轴承后，放在润滑油 中浸润，由于粉末冶金材料的多孔性，在毛细现象作用下， 可吸附大量润滑油(一般含油率为12%～30％)，故称为含 油轴承。
图5-9 摩擦芯杆浮动压模
5.2.4 组合压模
组合压模是几种压制方式（如单向压制、双向压 制和摩擦芯杆压制等）及其压模结构的综合运用。即在 设计压制模具时，综合各种压模的结构特点，设计成多 种形状的组合模冲来完成复杂零件的压制成形工序，并 采取几种压制方式综合运用来保证压坯质量；所以，组 合压模是形式最多且应用最广泛的压模结构。
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。
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。
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。
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，产生所谓 “欠烧”的废品。
2）用作模具材料。用硬质合金作模具主要是指冷作模， 如冷拉模、冷冲模、冷挤模和冷镦模等；
3）用作量具及耐磨零件。如千分尺、块规、塞规等。
5.3.2 含油轴承材料
含油轴承材料是一种具有多孔性的粉末冶金材料，常 用以制造轴承零件。这种材料压制成轴承后，放在润滑油 中浸润，由于粉末冶金材料的多孔性，在毛细现象作用下， 可吸附大量润滑油(一般含油率为12%～30％)，故称为含 油轴承。
材料成形设计基础 第四章 粉末冶金
第四章粉末冶金成形粉末冶金是采用成形和烧结等工序将金属粉末，或金属与非金属粉末的混合物，制成金属制品的工艺技术。
由于粉末冶金的生产工艺与陶瓷的生产工艺在形式上类似，此工艺方法又被称为金属陶瓷法。
粉末冶金工艺的基本工序是：（1）原料粉末的制取和准备。
粉末可以是纯金属或它的合金、非金属、金属与非金属的化合物以及其它各种化合物等；（2）将金属粉末及各种添加剂均匀混合后制成所需形状的坯块；（3）将坯块在物料主要组元熔点以下的温度进行烧结，使制品具有最终的物理、化学和力学性能。
粉末冶金工艺过程如图4-1所示。
图4-1 粉末冶金工艺过程示意图近代粉末冶金技术的发展有三个重要标志：一是克服了难熔金属（如钨、钼等）熔铸过程中的困难，如电灯钨丝和硬质合金的出现；二是多孔含油轴承的研制成功，继之是粉末冶金机械零件的发展，发挥了粉末冶金少、无切削的特点；三是向新材料、新工艺发展。
粉末冶金方法与液态成形方法相比，其优点主要是：（1）可避免或者减少偏析、机加工量大等缺点。
用粉末冶金法生产零件制品时，金属的总损耗只有1%~5%。
（2）材料某些独特的性能或者显微组织也只能用粉末冶金方法来实现。
例如，多孔材料、氧化物弥散强化合金、硬质合金等。
另外，这种方法也有可能用来制取高纯度的材料而不给材料带来污染。
（3）一些活性金属、高熔点金属制品用其它工艺成形是十分困难的。
这些材料在普通工艺过程中，随着温度的升高，材料的显微组织及结构受到明显的损害，而粉末冶金工艺却可避免。
由于粉末成形所需用的模具加工制作比较困难，较为昂贵，因此粉末冶金方法的经济效益往往只有在大规模生产时才能表现出来。
粉末冶金工艺的不足之处是粉末成本较高，制品的大小和形状受到限制，烧结件的抗冲击性较差等。
但是，随着粉末冶金技术的发展，新工艺不断出现与完善，这些不足正被逐步克服。
应用：从普通机械制造到精密仪器，从五金工具到大型机械，从电子工业到电机制造，从采矿到化工，从民用工业到军事工业，从一般技术到尖端高科技，几乎没有一个工业部门不在使用着粉末冶金材料或制品。
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粉末冶金材料或制品种类较多，主要有:
难熔金属及其合金（如钨、钨—钼合金）；
组元彼此不相溶、熔点十分悬殊的特殊性能材料 （如钨料（如硬质 合金、金属陶瓷）等。
粉末冶金的特点：
1）某些特殊性能材料的唯一制造方法； 2 ）可直接制出尺寸准确，表面光洁的零件，是少甚至无 切削生产工艺； 3）节约材料和加工工时，成本低。 4）制品强度较低； 5）流动性较差，形状受限制； 6）压制成形的压强较高，制品尺寸较小；
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。
5.1.2 粉末的成形
5.1.2.1 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。
成形 无压成形
加压成形
松 装 烧 结
5.1.1.2 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。
7）压模成本较高。
第1节
粉末冶金基础
粉末冶金的主要工序有粉末制备、粉末预处理、成形、 烧结及后处理等。粉末冶金材料或制品的工艺流程如图51所示。
5.1.1 粉末性能和粉末制备
5.1.1.1 粉末性能
固态物质按分散程度不同分成致密体、粉末体和胶体 三类。
致密体或常说的固体：粒径在lmm 以上；
胶体微粒： 0.1 μm 以下； 粉末体或简称粉末：介于二者之间。
粉 浆 浇 注
模 压 成 形
热 压 成 形
等 静 压 成 形
轧 制 成 形
离 心 成 形
挤 压 成 形
爆 炸 成 形
5.1.2.2 压制成形
1.粉末预处理 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 。 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。
2.压制成形 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。 粉末的压缩过程一般采用压坯密 图5-2 模压示意图 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。 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 图5-3 压坯密度与压力 使其密度又随压力增高而增加。
粉末冶金成形
1 粉末冶金基础 2 粉末冶金模具
3 常用粉末冶金材料简介
4 粉末冶金制品结构工艺性 5 粉末冶金技术的新发展
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粉末冶金是以金属粉末(或金属粉末与非金属粉末 的混合物)为原料，通过成形、烧结或热成形制成金属 制品或材料的一种冶金工艺技术。粉末冶金生产工艺与 陶瓷制品的生产工艺类似，因此人们又常常称粉末冶金 方法为“金属陶瓷法”。
3）粉末表面吸附的氧、水汽和其他气体（N 2、CO2）。
2.粉末的物理性能 粉末的物理性能：粉末颗粒大小和粒度组成、粉末颗 粒形状与结构、显微硬度、粉末比表面、粉末真密度以及 粉末颗粒的晶格状态。在技术条件中，通常只规定各级粉 末颗粒的百分含量——粒度组成或筛分组成 。 1）颗粒形状：主要由粉末的生产方法决定，同时也与物质 的分子或原子排列的结晶几何学因素有关；决定粉末工艺 性能。 2）粒度组成：指不同粒度的颗粒占全部粉末的百分含量， 又称粒度分布。 3 ）粉末比表面：指每克粉末所具有的总表面积，通常用 cm2/g或m2/g表示。
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。 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。
3.粉末的工艺性能
粉末的工艺性能用粉末的松装密度、流动性、压缩性 与成形性来表征。 1）松装密度是指粉末试样自然地充填规定的容器时，单 位体积内粉末的质量，单位为g／cm3。 2）流动性是50g粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间， 单位为s／50g，其倒数是单位时间内流出粉末的重量，俗 称为流速。 3）压缩性代表粉末在压制过程中被压紧的能力，通常以 在规定单位压力下粉末的压坯密度表示。 4）成形性是指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力， 通常用粉末得以成形所需的最小单位压制力表示或用压坯 强度来表示。
金属粉末的性能对其成形和烧结过程以及制品的质量 都有重大影响。金属粉末的性能可以用化学成分、物理性 能和工艺性能来表征。
1. 粉末的化学成分 粉末的化学成分一般是指主要金属或组元的含量、杂 质或夹杂物的含量以及气体的含量。 金属或合金粉末中的主要金属含量都不能低于98%∼99%。 粉末中的杂质主要指： 1）与主要金属结合，形成固溶体或化合物的金属或非金属 成分，如还原铁粉中的硅、锰、碳、硫、磷、氧等； 2）从原料和粉末生产过程中带进的机械夹杂，如二氧化硅、 三氧化二铝、硅酸盐、难熔金属或碳化物等酸不溶物。
难熔金属及其合金（如钨、钨—钼合金）；
组元彼此不相溶、熔点十分悬殊的特殊性能材料 （如钨料（如硬质 合金、金属陶瓷）等。
粉末冶金的特点：
1）某些特殊性能材料的唯一制造方法； 2 ）可直接制出尺寸准确，表面光洁的零件，是少甚至无 切削生产工艺； 3）节约材料和加工工时，成本低。 4）制品强度较低； 5）流动性较差，形状受限制； 6）压制成形的压强较高，制品尺寸较小；
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。
5.1.2 粉末的成形
5.1.2.1 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。
成形 无压成形
加压成形
松 装 烧 结
5.1.1.2 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。
7）压模成本较高。
第1节
粉末冶金基础
粉末冶金的主要工序有粉末制备、粉末预处理、成形、 烧结及后处理等。粉末冶金材料或制品的工艺流程如图51所示。
5.1.1 粉末性能和粉末制备
5.1.1.1 粉末性能
固态物质按分散程度不同分成致密体、粉末体和胶体 三类。
致密体或常说的固体：粒径在lmm 以上；
胶体微粒： 0.1 μm 以下； 粉末体或简称粉末：介于二者之间。
粉 浆 浇 注
模 压 成 形
热 压 成 形
等 静 压 成 形
轧 制 成 形
离 心 成 形
挤 压 成 形
爆 炸 成 形
5.1.2.2 压制成形
1.粉末预处理 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 。 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。
2.压制成形 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。 粉末的压缩过程一般采用压坯密 图5-2 模压示意图 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。 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 图5-3 压坯密度与压力 使其密度又随压力增高而增加。
粉末冶金成形
1 粉末冶金基础 2 粉末冶金模具
3 常用粉末冶金材料简介
4 粉末冶金制品结构工艺性 5 粉末冶金技术的新发展
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粉末冶金是以金属粉末(或金属粉末与非金属粉末 的混合物)为原料，通过成形、烧结或热成形制成金属 制品或材料的一种冶金工艺技术。粉末冶金生产工艺与 陶瓷制品的生产工艺类似，因此人们又常常称粉末冶金 方法为“金属陶瓷法”。
3）粉末表面吸附的氧、水汽和其他气体（N 2、CO2）。
2.粉末的物理性能 粉末的物理性能：粉末颗粒大小和粒度组成、粉末颗 粒形状与结构、显微硬度、粉末比表面、粉末真密度以及 粉末颗粒的晶格状态。在技术条件中，通常只规定各级粉 末颗粒的百分含量——粒度组成或筛分组成 。 1）颗粒形状：主要由粉末的生产方法决定，同时也与物质 的分子或原子排列的结晶几何学因素有关；决定粉末工艺 性能。 2）粒度组成：指不同粒度的颗粒占全部粉末的百分含量， 又称粒度分布。 3 ）粉末比表面：指每克粉末所具有的总表面积，通常用 cm2/g或m2/g表示。
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。 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。
3.粉末的工艺性能
粉末的工艺性能用粉末的松装密度、流动性、压缩性 与成形性来表征。 1）松装密度是指粉末试样自然地充填规定的容器时，单 位体积内粉末的质量，单位为g／cm3。 2）流动性是50g粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间， 单位为s／50g，其倒数是单位时间内流出粉末的重量，俗 称为流速。 3）压缩性代表粉末在压制过程中被压紧的能力，通常以 在规定单位压力下粉末的压坯密度表示。 4）成形性是指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力， 通常用粉末得以成形所需的最小单位压制力表示或用压坯 强度来表示。
金属粉末的性能对其成形和烧结过程以及制品的质量 都有重大影响。金属粉末的性能可以用化学成分、物理性 能和工艺性能来表征。
1. 粉末的化学成分 粉末的化学成分一般是指主要金属或组元的含量、杂 质或夹杂物的含量以及气体的含量。 金属或合金粉末中的主要金属含量都不能低于98%∼99%。 粉末中的杂质主要指： 1）与主要金属结合，形成固溶体或化合物的金属或非金属 成分，如还原铁粉中的硅、锰、碳、硫、磷、氧等； 2）从原料和粉末生产过程中带进的机械夹杂，如二氧化硅、 三氧化二铝、硅酸盐、难熔金属或碳化物等酸不溶物。