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1、第5章 粉末冶金成形,第五节 粉末冶金技术的新发展,碳的熔点：3550,钨的熔点 ：3410,钨灯丝是如何制造的？,钨棒,钨丝,拉拔,钨的熔点 为3410，钨棒材如何制造？,1909年美国的库利吉发明粉末冶金方法制造钨丝，其生产工艺过程： 将仲钨酸铵在 500左右的空气中焙烧成三氧化钨 在630左右用氢气还原成二氧化钨 在820左右还原成金属钨粉 将取得的掺杂钨粉在一种特制的模子中压制成细长的方条 把方条在氢气中通电，用自电阻加热(温度达3000左右)的方法进行烧结，（烧结后钨条的密度可达到理论值的85%以上） 将这种钨条用旋锻方法加工成直径为3 mm左右的钨棒 然后进一步用模子拉拔的方法加工
2、成各种不同粗细的钨丝。（例如220V、15W的白炽灯用的钨丝直径约为15 m）,多孔金属材料如何制造？,切削刀具材料,工具钢,高速钢,硬质合金,普通硬质合金,涂层硬质合金,PVD,CVD,陶瓷,非金属陶瓷,金属陶瓷,超硬材料,CBN,PCD,碳素工具钢,合金工具钢,硬质合金的微观形貌（3000倍）,硬质合金车刀,硬质合金的性能特点：,硬度高（8693HRA，相当于6981HRC，高速钢为6367HRC，工具钢为60HRC）； 热硬性好（可达9001000，保持60HRC）； 耐磨性好。 硬质合金刀具硬质合金刀具的切削速度可达100200m/min，比高速钢切削速度高35倍，比工具钢高2030倍
3、；刀具寿命比高速钢高58倍，比工具钢高20150倍。可切削50HRC左右的硬质材料。,1969年瑞典研制成功了碳化钛涂层刀具，刀具的基体就是硬质合金，表面碳化钛涂层的厚度不过几微米，使切削速度提高2070%，寿命提高35倍。,硬质合金是把难熔金属（钨、钽、钛、钼、铌等）的碳化物硬质颗粒，跟钴或镍的粉末混合后压制成型，再经烧结制成。,硬质合金是如何制造的？,表1 几种成形、加工方法经济性比较,表2 几种成形、加工方法经济性比较,粉末冶金的概念 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。,粉末冶金的特点： 1）某些特殊性能材料
4、的唯一制造方法；,唯一性主要体现在: 难熔金属及其合金（如钨、钨钼合金）； 难熔的化合物和金属组成的各种复合材料（如硬质合金、金属陶瓷）； 组元彼此不相溶、熔点十分悬殊的特殊性能材料（如钨铜合金型电触头材料）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）压制成形的压强较高，制品尺寸较小； 5）压模成本较高，适合批量生产； 6）制品强度较低； 7）流动性较差，形状受限制。,粉末制备,烧结,成形工序,粉末混合,粉末冶金成形主要工序,后序处理,清洗包装,机械方法、物理方法、化学方法
5、,加入必要的润滑剂或合金元素,浸油、整形、少量加工,第一节 粉末冶金基础,一、粉末性能和粉末制备 （一）粉末性能 固态物质按分散程度不同分为致密体、粉末体和胶体： 致密体（亦即常说的固体）：粒径在l mm以上； 胶体微粒： 0.1m以下； 粉末体或简称粉末：介于二者之间。,铁粉,铁粉的粒度： 铁粉按分散程度不同分为粗粉、中等粉、细粉、微细粉和超细粉五个等级： 粒度为150500m范围内的颗粒组成的铁粉为粗粉 粒度在44150m为中等粉 1044m的为细粉 0.510m的为极细粉 小于0.5m的为超细粉 分级方法：旋振筛分级、气流分级,金属粉末筛料机,图5-1 粉末冶金材料或制品的工艺流程,（二
6、）粉末的制备 金属粉末的制取方法可分成三大类：机械法、物理、化学法。,机械研磨,气流研磨,液体雾化,蒸发凝聚,气相沉积,还原化合,电化学法,粉末的制备,机械制粉,化学制粉,物理制粉,固态 粉末 1、金属（合金）金属粉末：机械粉碎，电化腐蚀 2、金属氧化物（盐类）金属粉末：还原法 3、金属非金属化合物 金属化合物粉末：还原化合法 金属氧化物非金属化合物,液态 粉末 1、液态金属（合金）金属粉末：雾化法 2、金属盐溶液金属粉末：置换法，溶液氢还原法，水溶液电解法 3、金属熔盐金属粉末：熔盐沉淀法，熔盐电法,雾化机理,旋转锭模法（又称旋转坩埚法）：,旋转轮法,旋转杯法,气态 粉末 1、金属蒸汽金属粉
7、末：蒸汽冷凝法 2、气态金属羰基物金属粉末：羰基物热离解法 3、气态金属卤化物金属粉末：气相氢还原法 4、气态金属卤化物金属化合物粉末：化学气相沉积法,一些碳化物、氮化物、硅化物、硼化物的沉积条件,化学还原法,氢还原法：,碳还原法：,还原化合法,一、电化学制粉分类,水溶液电解 有机电解质电解 熔盐电解 液体金属阴极电解,电化学制粉法,铁粉的铁氧化物还原法工艺流程,滚筒式球磨机,振动球磨机,靶式气流磨机,1.加料斗；2.高压气体；3.靶板；4.被粉碎物料与气流出口,二、粉末的成形,（一）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。, 按成形过程中
8、有无压力： 有压（压力）成形、无压成形 按成形过程中粉末的温度： 冷压（常温）成形、温压成形、热成形 按成形过程的连续性： 间歇成形、粉末连续成形 按成形料的干湿程度： 干粉压制、可塑成形、浆料成形, 成形方法的其他分类,模压成形的主要功用是： 将粉末成形出所要求的形状； 赋予压坯以精确的几何尺寸； 赋予压坯所要求的孔隙度和孔隙模型； 赋予压坯以适当的强度以便于搬运。,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，降低碳和其它杂质的含量，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
9、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；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。,(二）压制成形,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。,图5-2 模压示意图,2、压制成形 粉末的压缩过程一般采用压坯密度成形压力曲线来表示，压坯密度变化分为三个阶段。,图5-3 压坯密度与压力,滑动阶段（第阶段）：颗粒位移，填充孔隙 压力增加，密度快速增加 平衡阶段（第阶段）：压力续增加，压坯密度增加不明显 颗粒变形阶段（第阶段）：压力超过一定值，压力升高
10、，压坯密度继续增加,压坯的缺点密度分布不均匀：,a) 压制前 b) 压制后 图5-4 用石墨粉作隔层的单向压坯,图5-2 单向模压示意图,（一）压坯密度分布不均匀的现象,仅通过上模冲加压的单向压制 Ni粉压坯：H：17.5；D：20；700MPa,内部压力沿径向和轴向分布等位线图,分布特点： 在垂直面上，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。,返回文档,a)填充粉料 b)双向压坯 c)上冲模复位 d)顶出坯块 图5-6 双向压制粉末冶金坯块工步示意图,a）单向压制 b) 双向压制 图5-5 压坯密度沿高度分布
11、图,压坯密度分布不均匀的产生原因,二、改善压坯密度分布不均匀性的措施,1）选区合适的压制方式 H/D1，而H/3时，可采用单向压制； H/Dl，而H/3时，采用双向压制； H/D410时，采用带摩擦芯杆压模压制、双向浮动压 模压制、引下式压模压制等 对于很长的制品，需采用特殊成形（等静压、挤压等） 2）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； 3）模具设计时尽量降低高径比。,一、单向压模,单向压模在压制过程中，相对于阴模运动的只有一个模冲，或是上模冲或是下模冲。 如图5-7是压制轴套类压坯的单向手动压模，其基本组成部分有阴模、上模冲、下模冲和芯杆。一般只用来生产高度不大（高径比
12、H/D1），形状简单的零件 。,图5-7 单向手动压模,二、双向压模,双向压制的特点是：上下模冲相对阴模都有移动，模腔内粉末体受到两个方向的压缩，或下模冲固定不动，由上模冲和阴模对着下模冲做不同距离的移动，实现双向压制。如图5-8所示为压制套类压坯的双向手动压模。 一般用来生产实体类压坯的高径比HD1或管套类压坯的高度与壁厚之比HT3的零件。,图5-8 双向手动压模,三、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
13、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。,表5-1 常用粉末冶金制品的烧结温度与烧结气氛,四、后处理,后处理的方法按其目的不同，有以下四种： 1.为提高制件的物理及力学性能 2.为改善制件表面的耐腐蚀性 3.为提高制件的形状与尺寸精度 4.熔渗处理,热处理 整体硬化 沉淀硬化 表面硬化 熔渗及浸渍 金属熔渗 聚合物浸渍 浸油,其他处理 机加工 喷丸处理 蒸汽处理 电镀 去毛刺清洗,后加工处理的主要方法,第三节 常用粉末冶金材料简介,粉末冶金常用来制
14、作减摩材料、结构材料、摩擦材料、硬质合金、难熔金属材料、过滤材料、金属陶瓷、无偏析高速工具钢、磁性材料、耐热材料等。,一、硬质合金 硬质合金是粉末冶金工具材料的一种。主要用于制造高速切削硬而韧材料的刀具，制造某些冷作模具、量具及不受冲击、振动的高耐磨零件。 1、硬质合金的性能特点 1）具有很高的常温硬度（HRC6981），高的热硬性(可达9001000)，优良的耐磨性。,2）具有高的抗压强度（可达6000 MPa），但抗弯强度较低； 3）良好的耐蚀性(抗大气、酸、碱等)和抗氧化性； 4）线膨胀系数小。,2、切削加工用硬质合金分类、分组代号 切削加工用硬质合金按其切屑排出形式和加工对象的范围可分
15、为三个主要类别，分别以字母P、M、K表示。 P适用于加工长切屑的黑色金属，以蓝色作标志； M适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色全属，以黄色作标志； K适于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，以红色作标志。,返回文档,表5-2 常用硬质合金的牌号及化学成分,注：摘自YB84975硬质合金牌号。,粉末冶金减摩材料,返回文档,表5-3 用途分组代号与硬质合金牌号对照表,二、硬质合金的应用 刀具（硬质合金作刀具材料的用量最大，如车刀、铣刀、刨刀、钻头等） 工具（凿岩工具、采掘工具、钻探工具） 测量量具（卡尺、块规、塞规） 耐磨零件(精密轴承、喷嘴、拉丝模具、螺栓模具、螺母模具）。,二、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1230)，故称为含油轴承。,常用的含油轴承有铁基和铜基含油轴承两类。 1、铁基含油轴承。 2、铜基含油轴承。 一般用于制作中速、轻载荷的轴承，尤其适宜制作不能经常加油的轴承，如纺织机械、电影机械、食品机械、家用电器等的轴承。,三、铁基结构材料,铁基结构材料是以碳钢或合金钢粉末为主要原材料，采用粉末冶金方法制造结构零件。 用这类材料制造的结构零件具有制品精度较高、表面粗糙度值低，不需或只需少
