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1、北方民族大学课程设计报告院（部、中心） 材料科学与工程 姓 名 冯泽忠 学 号 20083168 专 业 材料科学与工程 班 级 082 同组人员 杨雪梅 廖恒忠 刘运 赵世力 陆彬课程名称 材料工艺与设备 设计题目名称 粉末冶金课程设计 起止时间2011 年 11 月 7 日至 2011 年 11 月 20 日 成 绩 指导教师签名 北方民族大学学院教务处制目录一、前言 .111 粉末冶金技术的含义 .112 粉末冶金技术的主要作用 .113 粉末冶金技术的发展趋势 .2二、课程设计的目的和内容 .42.1 课程设计的目的 .42.2 课程设计的内容 .5三、课程设计的方法及步骤 .53.1
2、 课程设计的方法 .53.2 课程设计的步骤 .6四、模具的设计与绘制 .74.1 模具的设计 .74.2 模具的测绘 .84.3 根据模具图绘制制品图 .9五、原料粉末的制备 .105.1 金属粉末的制取 .105.2 Cu、Sn、W 三种金属粉末的性能参数 .105.3 金属粉末的配比 .115.4 机械合金化相关参数的设定 .125.5 机械合金化的设备 .135.6 机械合金化的过程 .14六、成型工艺 .156.1 成型的目的和意义 .156.2 粉末压制的特点 .166.3 成型剂和润滑剂的选择及作用 .166.4 设备及特点和参数 .166.5 成型过程应注意的事项 .19七、烧
3、结 .197.1 烧结温度的确定 .207.2 保温时间的确定 .217.3 烧结曲线中各段温度及时间的确定 .227.4 烧结气氛的选择 .237.5 氩气流量的确定 .237.6 烧结制品缺陷分析 .257.7 烧结设备 .25八、制品的后处理和性能测定 .258.1 制品的后处理 .258.2 制品的特征及缺陷分析 .268.3 性能测试 .28九、小结 .29十、参 考 文 献 .300一、前言粉末冶金作为一种独特的零件制造技术, 因其制品少、无切削,成本低,效率高,越来越受到设计和制造人员的重视。特别是近几十年来, 汽车工业的飞速发展, 带动了铁基粉末冶金行业的快速发展。同时，由于一
4、些新技术的兴起, 如机械合金化、粉末注射成形、温压成形、喷射成形、微波烧结、放电等离子烧结、自蔓延高温合成、烧结硬化等, 使得粉末冶金材料和技术得到了各国的普遍重视, 其应用也越来越广泛。11 粉末冶金技术的含义粉末冶金的方法其实由来已久。人类早期采用机械粉碎法制得金、银、铜和青铜的粉末，用作陶器等的装饰涂料。18 世纪下半叶和 19 世纪上半叶，俄、英、西班牙等国曾以工场规模制取海绵铂粒，经过热压、锻和模压、烧结等工艺制造钱币和贵重器物。1890 年，美国的库利吉发明用粉末冶金方法制造灯泡用钨丝，奠定了现代粉末冶金的基础。到 1910 年左右，人们已经用粉末冶金法制造了钨钼制品、硬质合金、青
5、铜含油轴承、多孔过滤器、集电刷等，逐步形成了整套粉末冶金技术。20 世纪 30 年代，旋涡研磨铁粉和碳还原铁粉问世后，用粉末冶金法制造铁基机械零件获得了很快的发展。第二次世界大战后，粉末冶金技术发展迅速，新的生产工艺和技术装备、新的材料和制品不断出现，开拓出一些能制造特殊材料的领域，成为现代工业中的重要组成部分。粉末冶金是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、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。12 粉末冶金技术的主要作用由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新
6、材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、1稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如 Al-Li 合金、耐热 Al 合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等）具有重要的作用。可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。可以生产普通熔炼法无法生产的
7、具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷和功能陶瓷材料等。可以实现净近形成形和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料，是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。13 粉末冶金技术的发展趋势随着汽车和飞机零件以及切削和成形工具的发展，粉末冶金的强度和质量都得到了改善和提高。汽车制造业是粉末冶金件的最大用户，1996 年它占有美国粉末治金件的最大市场份额达 69%。发展粉末冶金需要制取新技术、新工艺及其过程理论。131 向全致密化发展粉末冶金的重点是超细粉末和纳米粉的制备技
8、术，快速冷凝制备非晶、准晶和微晶粉末技术，机械合金化技术，自蔓延高温合成技术，粉末粒度、结构、形貌、成分控制技术。总的趋势是向超细、超纯、粉末特性可控方向发展。建立以“净近形成形”技术为中心的各种新型固结技术及其过程模过程理论，如粉末注射成形、挤压成形、喷射成形、温压成形、粉末锻造等。建立以“全致密化”为主要目标的新型固结技术及其过程模拟技术。132 向高性能化、集成化和低成本等方向发展粉末冶金新的成形技术层出不穷，如：粉末注射成形、温压成形、流动温压成形、喷射成形、高速压制成形等新技术不断涌现。近目前, 粉末冶金技术正向着高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向发展。有代表性的铁基合金，将向
9、大体积的精密制品，高质量的结构零部件发展；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；用增强致密化过程来制造一般2含有混合相组成的特殊合金；制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金；加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。133 粉末冶金产业化发展由于相邻学科和相关技术的相互渗透和结合更赋予了粉末冶金新的发展活力。粉末冶金新工艺层出不穷。 粉末冶金产业化是指这些技术已比较成熟。甚至在一些国家已有生产规模，但主流还处于研究成果向产业化转化的过程之中。其工艺、设备、市场等已为产业化准备了条件，可以产业化，取得社会效益和经济效益。主要是指该技术实现产业化、集群化、模块化发展。其主要应用领域有汽车用粉末冶金零部件，汽车制造业仍是粉末冶金(PM)发展的牵引力；粉末注射成(PowderInjection Molding(PIM)温压成形技术(Warm Compaction)在众多为提高 PM 件密度的生产方法中。温压成形技术被认为是最为经济的一种新工艺。以下产业化技术：温压技术被誉为 1990 年代粉末冶金技术的一大突破，于 1990 年取得了第一项采用一次压制烧结工艺制备高密度铁基（P / M ）零件的美国专利。该技术可使烧结钢中的孔隙度降低到 6 % 左右（传统为10% 以上） ，制品密度达到 7.3g/cm3 以上，从而大大拓宽了高密度、高强度烧结钢零件在工
