粉末冶金材料及制备技术第三章.ppt

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1、三、成形三、成形粉末冶金材料加工的两个粉末冶金材料加工的两个粉末冶金材料加工的两个粉末冶金材料加工的两个基本过程基本过程基本过程基本过程金属粉末金属粉末金属粉末金属粉末小部分直接应用小部分直接应用小部分直接应用小部分直接应用隐形涂料隐形涂料隐形涂料隐形涂料 Fe,NiFe,NiFe,NiFe,Ni粉末粉末粉末粉末食品医药食品医药食品医药食品医药 超细铁粉超细铁粉超细铁粉超细铁粉1涂料涂料涂料涂料 汽车用汽车用汽车用汽车用AlAl粉粉粉粉,变压器用超细铜变压器用超细铜变压器用超细铜变压器用超细铜粉粉粉粉自发热材料自发热材料自发热材料自发热材料(取暖和野外食品自热取暖和野外食品自热取暖和野外食品自

2、热取暖和野外食品自热)超细超细超细超细FeFe粉粉粉粉固体火箭发动机燃料固体火箭发动机燃料固体火箭发动机燃料固体火箭发动机燃料 超细超细超细超细Al,MgAl,Mg粉粉粉粉等等等等金刚石合成粉末触媒金刚石合成粉末触媒金刚石合成粉末触媒金刚石合成粉末触媒 Fe-NiFe-Ni合金粉末合金粉末合金粉末合金粉末电子焊料电子焊料电子焊料电子焊料(solder)Cu(solder)Cu合金粉末合金粉末合金粉末合金粉末焊料焊料焊料焊料 细铁粉细铁粉细铁粉细铁粉三、成形三、成形2三、成形三、成形绝大多数作为应用于工程结构绝大多数作为应用于工程结构中部件的制造原料中部件的制造原料粉末冶金制品粉末冶金制品加工成

3、块体材料或部件加工成块体材料或部件需经过成形和烧结操作需经过成形和烧结操作3三、成形三、成形轿车部件4三、成形三、成形电动工具与汽车部件5三、成形三、成形齿轮保持架(Ford)6三、成形三、成形汽车发动机用粉末烧结钢零件7三、成形三、成形汽车变速器系统用粉末烧结钢件8三、成形三、成形P/F连杆9三、成形三、成形不锈钢注射成形件10三、成形三、成形成形和烧结过程成形和烧结过程控制粉末冶金材料及其部件的微观结构控制粉末冶金材料及其部件的微观结构主宰着粉末材料及其部件的应用主宰着粉末材料及其部件的应用11 成形：成形：指将松散粉末体加工成具有一定尺寸、形状及一定密度和强度的坯块。将粉末装入模具后，施

4、加外力即进行压制可得到要求的坯块。压制过程中，因粉末颗粒形状不同，有滑动、移动，随着力的增加，颗粒之间还会机械地啮合在一起，有时粉末表面相互磨损，将粉末表面的氧化物或杂质膜破坏，出现清洁的粉末表面，黏附在一起，使坯块具有所需的密度和强度。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。三、成形三、成形121.1.成形前原料准备成形前原料准备（1）退火）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：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

5、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：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。三、成形三、成形13 退火温度退火温度：退火气氛退火气氛：a.还原性气氛（氢、离解氨、转化天然气或煤气）b.惰性气氛 c.真空退火三、成形三、成形14（2 2）混合）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）混合方法混合方法：机械法（干混、湿混）和化学法 机械法机械法：干混用于生产铁基制品；

6、湿混用于生产硬质合金。混料设备有球磨机、V型混合器、锥形混合器、酒桶式混合器、螺旋混合器等。湿混介质要求不与物料发生化学反应，沸点低易挥发，无毒性，来源广，成本低，常用酒精、汽油、丙酮等。化学法化学法：将金属或化合物粉末与添加的金属盐溶液均匀混合，或各组元全部某种盐的溶液形式混合，然后经沉淀、干燥和还原等处理而得到均匀布的化合物。化学法用于制取钨-铜-镍高密度合金，铁-镍磁性材料，银-钨触头合金等混合物原料等三、成形三、成形15三、成形三、成形干混法：铁基及其它粉末冶金零干混法：铁基及其它粉末冶金零干混法：铁基及其它粉末冶金零干混法：铁基及其它粉末冶金零件的生产件的生产件的生产件的生产湿磨法：

7、硬质合金或含易氧化组湿磨法：硬质合金或含易氧化组湿磨法：硬质合金或含易氧化组湿磨法：硬质合金或含易氧化组份合金的生产份合金的生产份合金的生产份合金的生产WCWC与与与与CoCo粉之间除产生一般的混粉之间除产生一般的混粉之间除产生一般的混粉之间除产生一般的混合均匀效果合均匀效果合均匀效果合均匀效果发生显著的细化效果发生显著的细化效果发生显著的细化效果发生显著的细化效果一般采用工业酒精作为研磨介质一般采用工业酒精作为研磨介质一般采用工业酒精作为研磨介质一般采用工业酒精作为研磨介质16三、成形三、成形湿磨的主要优点湿磨的主要优点有利于环境保护有利于环境保护无粉尘飞扬和减轻噪音无粉尘飞扬和减轻噪音提高

8、破碎效率，有利于粉提高破碎效率，有利于粉末颗粒的细化末颗粒的细化保护粉末不氧化保护粉末不氧化17三、成形三、成形混合均匀程度和效率取决于混合均匀程度和效率取决于粉末颗粒的尺寸及其组成粉末颗粒的尺寸及其组成颗粒形状颗粒形状待处理粉末组元间比重差异待处理粉末组元间比重差异混合设备的类型混合设备的类型混合工艺混合工艺18三、成形三、成形装料量装料量球料比球料比转速转速研磨体的尺寸及其搭配研磨体的尺寸及其搭配对于给定的粉末和混合设备，对于给定的粉末和混合设备，最佳混合工艺一般采用实验加最佳混合工艺一般采用实验加以确定以确定19三、成形三、成形化学法混合化学法混合化学法混合化学法混合化学法混合较机械法更

9、为均匀化学法混合较机械法更为均匀化学法混合较机械法更为均匀化学法混合较机械法更为均匀,可以可以可以可以实现原子级混合实现原子级混合实现原子级混合实现原子级混合W-Cu-NiW-Cu-NiW-Cu-NiW-Cu-Ni包覆粉末的制造工艺包覆粉末的制造工艺包覆粉末的制造工艺包覆粉末的制造工艺 W W W W粉粉粉粉+Ni(NO3)2+Ni(NO3)2+Ni(NO3)2+Ni(NO3)2溶液溶液溶液溶液混合混合混合混合热解还热解还热解还热解还原（原（原（原（700-750700-750700-750700-750）W-NiW-NiW-NiW-Ni包覆粉包覆粉包覆粉包覆粉 +CuCl2+CuCl2+Cu

10、Cl2+CuCl2溶液溶液溶液溶液混合混合混合混合热解还原（热解还原（热解还原（热解还原（400-450400-450400-450400-450）W-Cu-NiW-Cu-NiW-Cu-NiW-Cu-Ni包覆粉末包覆粉末包覆粉末包覆粉末20三、成形三、成形无偏聚粉末无偏聚粉末消除元素粉末组元（特别是轻重组元）间消除元素粉末组元（特别是轻重组元）间的偏析的偏析粉末混合与输运过程粉末混合与输运过程21（3 3）筛分）筛分 筛分指把不同粒度的粉末通过网筛或振动筛进行分级，使粉末能够按照粒度分成粒度范围更小的级别。（4 4）制粒）制粒 制粒指将小颗粒粉末制成较大颗粒或团粒，目的是改善粉末的流动性。图3

11、-1制粒设备1入料口；2 链轮；3 轮箍；4 滚筒；5 出料口；6 擦筛机；7 料筒；8 电机；9 托轮；10 倾斜旋转圆盘；11 转轴；12 传动轴；13 机座三、成形三、成形22三、成形三、成形细小颗粒或硬质粉末细小颗粒或硬质粉末细小颗粒或硬质粉末细小颗粒或硬质粉末为了成形添加成形剂为了成形添加成形剂为了成形添加成形剂为了成形添加成形剂改善流动性添加粘结剂改善流动性添加粘结剂改善流动性添加粘结剂改善流动性添加粘结剂进行自动压制或压制形状较复杂的大进行自动压制或压制形状较复杂的大进行自动压制或压制形状较复杂的大进行自动压制或压制形状较复杂的大型型型型P/MP/M制品制品制品制品粉末结块粉末结

12、块粉末结块粉末结块原理原理原理原理借助于聚合物的粘结作用将若干细小借助于聚合物的粘结作用将若干细小借助于聚合物的粘结作用将若干细小借助于聚合物的粘结作用将若干细小颗粒形成团粒颗粒形成团粒颗粒形成团粒颗粒形成团粒23三、成形三、成形减小团粒间的摩擦力减小团粒间的摩擦力大幅度降低颗粒运动时的摩大幅度降低颗粒运动时的摩擦面积擦面积制粒方法制粒方法擦筛制粒擦筛制粒旋转盘制粒旋转盘制粒挤压制粒挤压制粒喷雾干燥喷雾干燥24三、成形三、成形(5)(5)成形剂和润滑剂成形剂和润滑剂成形剂成形剂场合场合硬质粉末：如硬质合金硬质粉末：如硬质合金,陶瓷等陶瓷等粉末变形抗力很高粉末变形抗力很高难以通过压制所产生的变形

13、而赋予难以通过压制所产生的变形而赋予粉末坯体足够的强度粉末坯体足够的强度添加成形剂的方法以提高生坯强度，添加成形剂的方法以提高生坯强度，利于成形利于成形25三、成形三、成形流动性差的粉末流动性差的粉末 细粉或轻细粉或轻质粉末质粉末粘结剂作用粘结剂作用适当增大粉末粒度，减小颗粒适当增大粉末粒度，减小颗粒间的摩擦力间的摩擦力改善粉末流动性改善粉末流动性,提高压制性能提高压制性能橡胶、硬脂酸、石蜡、橡胶、硬脂酸、石蜡、SBS SBS、PEGPEG、PVAPVA等等26三、成形三、成形选择准则选择准则能赋予待成形坯体以足够的强度能赋予待成形坯体以足够的强度易于排除易于排除成形剂及其分解产物不与粉末发成

14、形剂及其分解产物不与粉末发生反应生反应分解温度范围较宽分解温度范围较宽分解产物不污染环境分解产物不污染环境27三、成形三、成形润滑剂粉末颗粒与模壁间的摩擦粉末颗粒与模壁间的摩擦压坯密度分布不均匀压坯密度分布不均匀影响被压制工件的表面质量影响被压制工件的表面质量降低模具的使用寿命降低模具的使用寿命28三、成形三、成形粉末压制用的润滑剂粉末压制用的润滑剂硬脂酸硬脂酸硬脂酸锌硬脂酸锌工业润滑蜡工业润滑蜡(二硫化钼、石墨粉、硫磺粉二硫化钼、石墨粉、硫磺粉也可起润滑作用也可起润滑作用)29三、成形三、成形粉末内润滑粉末内润滑润滑剂直接加入粉末中润滑剂直接加入粉末中铁基粉末铁基粉末 润滑剂含量提高润滑剂含

15、量提高0.1%0.1%坯件的无孔隙密度下降坯件的无孔隙密度下降0.05g/cm30.05g/cm3模壁润滑模壁润滑静电喷涂静电喷涂溶液涂敷溶液涂敷302.金属粉末压制过程金属粉末压制过程2.1金属粉末压制现象金属粉末压制现象 压模压制是指松散的粉末在压模内经受一定的压制压力压模压制是指松散的粉末在压模内经受一定的压制压力后，成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。图后，成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。图3-1是压模示意图。是压模示意图。图图3-1 压模示意图压模示意图三、成形三、成形31三、成形三、成形2 2 2 2 致密化现象致密化现象致密化现象致密化现象2.1 2.1

16、2.1 2.1 致密化致密化致密化致密化压力作用下压力作用下压力作用下压力作用下松散状态松散状态松散状态松散状态拱桥效应的破坏（位移拱桥效应的破坏（位移拱桥效应的破坏（位移拱桥效应的破坏（位移颗颗颗颗粒重排）粒重排）粒重排）粒重排）+颗粒塑性变形颗粒塑性变形颗粒塑性变形颗粒塑性变形孔隙体积收缩孔隙体积收缩孔隙体积收缩孔隙体积收缩致密化致密化致密化致密化拱桥效应拱桥效应颗粒间由于摩擦力的作用而相互搭架形颗粒间由于摩擦力的作用而相互搭架形成拱桥孔洞的现象成拱桥孔洞的现象影响因素影响因素影响因素影响因素与粉末松装密度、流动性存在一定联系与粉末松装密度、流动性存在一定联系与粉末松装密度、流动性存在一定

17、联系与粉末松装密度、流动性存在一定联系32三、成形三、成形颗粒形状颗粒形状粒度及其组成粒度及其组成颗粒表面粗糙度颗粒表面粗糙度颗粒比重（含致密程度）颗粒比重（含致密程度）颗粒颗粒表面粘附表面粘附作用（颗粒的作用（颗粒的磁性、陶瓷颗粒的静电、磁性、陶瓷颗粒的静电、液液膜存在膜存在）33三、成形三、成形颗粒滑动与转动阻力的影响因素的影响因素颗粒形状颗粒形状粒度组成粒度组成表面粗糙度表面粗糙度颗粒间润滑状态颗粒间润滑状态34三、成形三、成形塑性变形阻力塑性变形阻力的影响因素的影响因素的影响因素的影响因素颗粒的显微硬度颗粒的显微硬度颗粒的显微硬度颗粒的显微硬度合金化合金化合金化合金化酸不溶物酸不溶物酸

18、不溶物酸不溶物氧化物氧化物氧化物氧化物颗粒本质颗粒本质颗粒本质颗粒本质原子间作用力原子间作用力原子间作用力原子间作用力加工硬化速度（晶体结构）加工硬化速度（晶体结构）加工硬化速度（晶体结构）加工硬化速度（晶体结构）颗粒形状颗粒形状颗粒形状颗粒形状粉末粒度粉末粒度粉末粒度粉末粒度压制速度压制速度压制速度压制速度35三、成形三、成形弹性后效弹性后效反致密化现象反致密化现象压坯脱出模腔后尺寸胀大压坯脱出模腔后尺寸胀大的现象的现象残留内应力释放的结果残留内应力释放的结果弹性后效与残留应力相关弹性后效与残留应力相关压制压力压制压力粉末颗粒的弹性模量粉末颗粒的弹性模量36三、成形三、成形粉末粒度组成（同一

19、密度）粉末粒度组成（同一密度）颗粒形状颗粒形状颗粒表面氧化膜颗粒表面氧化膜粉末混合物的成份粉末混合物的成份石墨含量石墨含量372.2粉末颗粒变形与位移的几种形式粉末颗粒变形与位移的几种形式 （1）粉末的位移）粉末的位移 可用图可用图3-2所示的两颗粉末来近似地说所示的两颗粉末来近似地说明。明。图图3-2 粉末位移的形式粉末位移的形式三、成形三、成形38三、成形三、成形位移方式：滑动与转动位移方式：滑动与转动颗粒重排列颗粒重排列39三、成形三、成形影响因素影响因素粉末颗粒间内摩擦粉末颗粒间内摩擦表面粗糙度表面粗糙度润滑条件润滑条件颗粒的显微硬度颗粒的显微硬度颗粒形状颗粒形状颗粒间可用于相互填充的

20、空颗粒间可用于相互填充的空间（孔隙度）间（孔隙度）加压速度加压速度40 （2）粉末的变形）粉末的变形 变形有三种情况，即弹性变形、塑性变变形有三种情况，即弹性变形、塑性变形和脆性断裂。粉末的变形图形和脆性断裂。粉末的变形图3-3所示。所示。图图3-3 压制时粉末的变形压制时粉末的变形三、成形三、成形41三、成形三、成形弹性变形弹性变形颗粒间的接触应力颗粒间的接触应力材料弹性极材料弹性极限限塑性变形塑性变形颗粒接触应力颗粒接触应力金属的屈服强度金属的屈服强度点接触处局部点接触处局部面接触处局部面接触处局部整体整体断裂断裂42三、成形三、成形脆性粉末脆性粉末点接触应力点接触应力 断裂强度断裂强度断

21、裂断裂塑性粉末塑性粉末点接触应力点接触应力 屈服强度屈服强度塑性变形塑性变形加工硬化加工硬化脆化脆化断裂断裂432.3金属粉末的压坯强度金属粉末的压坯强度 压坯强度是指压坯反抗外力作用，保持其几何形状尺寸压坯强度是指压坯反抗外力作用，保持其几何形状尺寸不变的能力。压坯强度的测定方法主要用：压坯抗弯强度试不变的能力。压坯强度的测定方法主要用：压坯抗弯强度试验法，测定压坯边角稳定性的转鼓试验法以及测试破坏强度验法，测定压坯边角稳定性的转鼓试验法以及测试破坏强度的方法。电解铜粉和还原铁粉压坯的抗弯强度与成形压力的的方法。电解铜粉和还原铁粉压坯的抗弯强度与成形压力的关系如图关系如图3-4和图和图3-5

22、所示。所示。图3-4电解铜粉压坯的抗弯强度与成形压力的关系 图3-5还原铁粉压坯的抗弯强度与成形压力的关系三、成形三、成形44三、成形三、成形表征压坯抵抗破坏的能力，即颗表征压坯抵抗破坏的能力，即颗粒间的粘结强度粒间的粘结强度影响因素影响因素本征因素颗粒间的结合强度（机械啮合颗粒间的结合强度（机械啮合mechanical interlockingmechanical interlocking）和接）和接触面积触面积45三、成形三、成形颗粒间的结合强度颗粒间的结合强度颗粒表面的粗糙度颗粒表面的粗糙度颗粒形状颗粒形状颗粒表面洁净程度颗粒表面洁净程度压制压力压制压力颗粒的塑性颗粒的塑性46三、成形三

23、、成形硬脂酸锌及成形剂添加与否硬脂酸锌及成形剂添加与否高模量组份的含量高模量组份的含量47三、成形三、成形颗粒间接触面积颗粒间接触面积即颗粒间的邻接度即颗粒间的邻接度 颗粒的显微硬度颗粒的显微硬度粒度组成粒度组成颗粒间的相互填充程度颗粒间的相互填充程度压制压力压制压力颗粒形状颗粒形状48三、成形三、成形外在因素：残余应力大小：残余应力大小压坯密度分布的均匀性压坯密度分布的均匀性粉末的填充均匀性粉末的填充均匀性粉末压坯的弹性后效粉末压坯的弹性后效模具设计的合理性模具设计的合理性过高的压制压力过高的压制压力表征方法抗弯强度或转鼓试验的压抗弯强度或转鼓试验的压坯重量损失坯重量损失493.压制压力与压

24、坯密度的关系压制压力与压坯密度的关系3.1金属粉末压制时压坯密度的变化规律金属粉末压制时压坯密度的变化规律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。图图3-6 压坯密度与成形压力的关系压坯密度与成形压力的关系三、成形三、成形50三、成形三、成形图3-11坯块相对密度与压制压力的关系1银粉；2涡旋铁粉；3铜粉；4还原铁粉；5镍粉；6鉬粉图3-12坯块相对密度与压制压力的关系1电解钍粉；2钙热还原钍粉；3还

25、原锆粉；4研磨铍粉；5氢化物离解铀粉；6硼化钛粉；7铬粉513.2压制压力与压坯密度的定量关系压制压力与压坯密度的定量关系 三、成形三、成形常用力学模型常用力学模型理想弹性体理想弹性体-虎克体（虎克体（H H体）体）=MM理想流体理想流体-牛顿体（牛顿体（N N体）体）=d/dtd/dt 线弹线弹线弹线弹-塑性体塑性体塑性体塑性体-Maxwell-Maxwell-Maxwell-Maxwell体（体（体（体（M M M M体）：体）：体）：体）：H H H H体与体与体与体与N N N N体串联体串联体串联体串联 TTTT=1+2=1+2=1+2=1+2 TTTT=1+2=1+2=1+2=1+

26、2 线弹性体线弹性体线弹性体线弹性体-Kelvin-Kelvin-Kelvin-Kelvin体（体（体（体（K K K K体）：体）：体）：体）：H H H H体与体与体与体与N N N N体并联体并联体并联体并联 TTTT=1=2=1=2=1=2=1=2=M(+2d/dt)2=M(+2d/dt)2=M(+2d/dt)2=M(+2d/dt)2应变驰预时间应变驰预时间应变驰预时间应变驰预时间52a.a.巴尔申巴尔申(BalshinBalshin)压制方程：压制方程：式中Pmax相应于压至最紧密状态（=1）时的单位压力；L压制因素；坯块的相对体积。巴尔申实验证明：随着压制压力的增加，压制因素增大，

27、临界应力值也发生变化。该公式应用范围小，只能在有限的压力范围内使用，不能在高压下应用。三、成形三、成形 基本假设基本假设基本假设基本假设 将粉末体视为弹性体将粉末体视为弹性体将粉末体视为弹性体将粉末体视为弹性体 不考虑粉末的加工硬化不考虑粉末的加工硬化不考虑粉末的加工硬化不考虑粉末的加工硬化 忽略模壁摩擦忽略模壁摩擦忽略模壁摩擦忽略模壁摩擦53三、成形三、成形适应性适应性硬质粉末或中等硬度粉末在中压范围内压坯密度的定量硬质粉末或中等硬度粉末在中压范围内压坯密度的定量硬质粉末或中等硬度粉末在中压范围内压坯密度的定量硬质粉末或中等硬度粉末在中压范围内压坯密度的定量描述描述描述描述在高压与低压情形下

28、出现偏差的原因在高压与低压情形下出现偏差的原因在高压与低压情形下出现偏差的原因在高压与低压情形下出现偏差的原因:低压低压低压低压 粉末颗粒以位移方式填充孔隙空间为主粉末颗粒以位移方式填充孔隙空间为主粉末颗粒以位移方式填充孔隙空间为主粉末颗粒以位移方式填充孔隙空间为主 粉末体的实际压缩模量高于计算值（即理论值），产粉末体的实际压缩模量高于计算值（即理论值），产粉末体的实际压缩模量高于计算值（即理论值），产粉末体的实际压缩模量高于计算值（即理论值），产生偏高现象生偏高现象生偏高现象生偏高现象 高压高压高压高压 粉末产生加工硬化现象和摩擦力的贡献大，导致实际粉末产生加工硬化现象和摩擦力的贡献大，导致

29、实际粉末产生加工硬化现象和摩擦力的贡献大，导致实际粉末产生加工硬化现象和摩擦力的贡献大，导致实际值低于计算值值低于计算值值低于计算值值低于计算值54（2）川北公夫压制理论）川北公夫压制理论 经验公式：式中C粉末体积减少率；a、b系数；V0无压时的粉末体积；V压力为P时的粉末体积。图3-14粉末体积减少率和压力之间的关系三、成形三、成形55（3）黄培云压制理论方程）黄培云压制理论方程 黄培云黄培云采用标准非线性固体模型采用标准非线性固体模型对粉对粉末压制成形提出一种新的压制理论公式末压制成形提出一种新的压制理论公式.三、成形三、成形=onononon/M/M/M/Mlgln(m-o)/(m-)o

30、lgln(m-o)/(m-)olgln(m-o)/(m-)olgln(m-o)/(m-)o =nlgP-lgMnlgP-lgMnlgP-lgMnlgP-lgM 最初形式最初形式最初形式最初形式n=n=n=n=硬化指数的倒数硬化指数的倒数硬化指数的倒数硬化指数的倒数 M=M=M=M=压制模量压制模量压制模量压制模量对原模型进行修正，并采用模型对原模型进行修正，并采用模型对原模型进行修正，并采用模型对原模型进行修正，并采用模型=（o/Mo/M）1/m1/m56三、成形三、成形mlgln(m-omlgln(m-o)/(m-)o)/(m-)o=lgP-lgMlgP-lgMm=m=粉末压制过程的非线性指

31、数粉末压制过程的非线性指数硬化趋势的大小硬化趋势的大小晶体结构，粉末形状、合金化等相关晶体结构，粉末形状、合金化等相关适应性适应性硬质或软质粉末均有效硬质或软质粉末均有效57 比较上述各压制方程可以看出：比较上述各压制方程可以看出：在多数情况下，黄培云的双对数方程在多数情况下，黄培云的双对数方程不论硬、软粉末适用效果都比较好。不论硬、软粉末适用效果都比较好。巴尔申方程用于硬粉末比软粉末效果巴尔申方程用于硬粉末比软粉末效果好。好。川北公夫方程则在压制压力不太大时川北公夫方程则在压制压力不太大时较为优越。较为优越。三、成形三、成形58 4.压制过程中力的分析压制过程中力的分析 通常所说压制力均指平

32、均压力，实际上同一断面内，靠近模壁和中间部位、坯块上、中、下部位所受力均不相同。力包括正应力、侧压力、摩擦力、弹性内应力、脱模压力等。作用在粉末体上的力：P=P1+P2 P1静压力，使粉末产生位移、变形、克服粉末的内摩擦；_ P2 压力损失，克服粉末颗粒与模壁之间的外摩擦力。三、成形三、成形59 a.a.侧压力侧压力 粉末体在模具内受压时，坯块向周围膨胀，模壁给坯块一个大小相等、方向相反的反作用力，这个力就是侧压力。侧压力的存在，使粉末体在压制过程中相对于模壁运动时产生摩擦力。图3-16双向压制示意图图3-15坯块受力示意图三、成形三、成形60侧压力与压制压力的关系侧压力与压制压力的关系：当坯

33、块受到正压力P作用时，在x轴方向产生膨胀Lx1，y轴方向的侧压力也使坯块沿x轴方向膨胀Lx2，x轴方向的侧压力使坯块沿x轴方向压缩Lx3，根据图3-19知，坯块在模具内不能向侧向膨胀，因此：Lx3=Lx2+Lx1，可得：侧压系数；泊松比。同理，沿y轴方向也可导出相同公式。侧压力公式未考虑塑性变形、粉末特性、模壁变形等，因此只是一个估算值。三、成形三、成形61 侧压系数与坯块密度的关系侧压系数与坯块密度的关系：式中达到理论密度时的侧压系数；坯块相对密度。从图可看出：坯块的不同高度上侧压力不同，上层：下层：图3-17侧压力示意图三、成形三、成形62b.b.外摩擦力外摩擦力 摩擦力摩擦力：粉末体在压

34、制过程中，运动的粉末与模壁之间存在摩擦现象，摩擦产生的力称为摩擦力。单向压制时，其方向与压制方向相反。式中摩擦系数。外摩擦力外摩擦力（摩擦压力损失）：式中P模底受到的力;P压制压力;H坯块高度；D坯块直径。如考虑弹性变形，则：图3-18单向压制示意图三、成形三、成形63摩擦压力损失与坯块尺寸的关系：单向压制只有一个活动模冲，通常是上模冲动，下模冲不动。坯块高度越高，坯块上下密度差越大，原因是摩擦压力损失的存在。为了减小坯块上下密度差，单向压制只压制比较薄的坯块。即 或图3-19密度变化三、成形三、成形64c.c.脱模压力 脱模压力指把坯块从模具内取出所需的压力。压制铁粉：压制硬质合金：脱模压力

35、与压制力的关系：氧化镁脱模压力与压制力的关系：式中P压制压力；D坯块直径；H坯块高度；C模具质量的特征系数；m常数。三、成形三、成形65 d.d.弹性后效弹性后效 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。式中沿坯块高度或直径的弹性后效；l0坯块卸压前的高度或直径；l坯块卸压后的高度或直径。图3-20各种粉末的弹性后效三、成形三、成形665.压制密度及其分布压制密度及其分布5.1压坯密度分布规律压坯密度分布规律压制过程的主要目的是得到一定的坯块密度，并力求密度均

36、匀分布，但实践证明，坯块密度分布不均匀是压制过程的主要特征之一。液体在模具内经受流体静压力后，压力传递到模具的任何一个面，即液体力图向各个方向流动，而粉末在模具中压制时，主要是在施加力的方向上移动。图3-21密度变化三、成形三、成形67图3-23密度变化三、成形三、成形68图3-25镍粉坯块的密度分布D 模=20mmH/D=0.87P压=686MPa从上向下单向压制从图可看出，密度最大的地方在顶部外圆周，最小的地方在底部外圆周，在圆柱体表面附近，密度从高到低逐渐降低。三、成形三、成形695.2影响压坯密度分布的因素影响压坯密度分布的因素 实验证明，增加压坯的高度会使压坯各部分的密度差增实验证明

37、，增加压坯的高度会使压坯各部分的密度差增大，而加大直径则会使密度的分布更加均匀。压坯中密度分大，而加大直径则会使密度的分布更加均匀。压坯中密度分布的不均匀性，在很大程度上可以用双向压制来改善。在双布的不均匀性，在很大程度上可以用双向压制来改善。在双向压制时，与上、下模冲接触的两端密度较低（图向压制时，与上、下模冲接触的两端密度较低（图3-15）。）。图图3-15 单向压制与双向压制的压坯密度沿高度方向的分布单向压制与双向压制的压坯密度沿高度方向的分布三、成形三、成形705.3复杂形状压坯的压制复杂形状压坯的压制 历史上在自动压机上压制的第一种产品是药丸，药粉计量后倒入模腔，压制和挤出自动进行，

38、在药丸机上压制的第一种粉末冶金制品是自润滑轴承，药丸机被重新设计后既能在高压下操作，又能压制复杂的金属结构件。a.a.单向压制的简单零件单向压制的简单零件 单向压制只有一个活动的模冲，通常是上模冲动，下模冲不动，用于压制H/D 1的坯块。单向压制只在一个面上施加压力，对圆柱体则为上表面，密度从上到下逐渐减小，由于零件比较薄，密度变化在允许范围内。三、成形三、成形71图3-27单向压制可压制的零件三、成形三、成形72Die：固定到压机台面上的模具；Core rod：与模具内径同轴的固定芯杆；Upper punch:固定到压机压头上的空心上模冲；Lower punch:固定到压机下压头上的空心上模

39、冲。图3-28压制短套筒的模具组成三、成形三、成形73图3-29用下模冲脱模的单向压制操作步骤三、成形三、成形74b.b.双向压制的简单零件双向压制的简单零件双向压制可压制高度与直径比或高度与壁厚比较大且形状较复杂的零件。从图看出，上下模冲同时运动，且坯块高度增加。图3-30用下模冲脱模的双向压制操作步骤三、成形三、成形75弹簧底座弹簧底座双向压制双向压制系统系统 模具底面固定在弹簧上，可上下浮动，上模冲运动进入模腔时，粉末与模具内表面产生摩擦，使模具下表面向下运动，抵抗弹簧的弹力，效果与下模冲向上运动相同。图3-31弹簧底座下模冲脱模步骤三、成形三、成形76 下模冲不动双向压制 模具底面固定

40、在液压缸上，取代了由下模冲推出坯块的系统。下模冲安装在基础平台上，压制循环过程中不运动，模具安装在模具平台上。上模冲进入模腔后，模冲与模具平台一起向下运动，下模冲不动。压制结束后，上模冲向上运动，模具平台和下连接器向下运动，直到坯块脱出。三、成形三、成形77图3-32下模冲不动双向压制脱模步骤三、成形三、成形78c.c.双向压制双向压制下表面具有两个不同平面下表面具有两个不同平面的零件的零件 下图是一带凸缘的零件，下表面有两个面，一个小圆，一个空心圆，这类零件只能由下模冲将其推出模腔。成形采用组合模冲，一个上模冲，两个下模冲。为了保证整个零件密度分布均匀，两个下模冲运动调节一致。图3-33具有

41、两个不同平面的零件三、成形三、成形79下表面具有两个不同平面零件的压制过程：下表面具有两个不同平面零件的压制过程：图1装满粉末；图2上模冲放入模腔，上面不同方向的剖面线代表上模冲，中间黑体部分是要压制的粉末部分，下面两边上同方向剖面线表示下模冲，中间黑体下部另一方向剖面线部分是内下模冲；图3表示压制结束；图4上模冲移走，下模冲往上推，直到外下模冲与模具平齐，此时凸缘部分已离开模腔，图5外下模冲不动，内下模冲向上推，零件脱模；图6压制好的零件。图3-34带凸缘零件的压制三、成形三、成形80d.d.双向压制多面体零件双向压制多面体零件 多面体零件通常形状复杂，且有一个上表面，多个下表面，即需要一个

42、上模冲，多个下模冲。压制时，要保证整个坯块密度相同，否则脱模过程中密度不同的衔接处会由于应力的重新分布而产生断裂或分层。设计不同动作的多模冲模具时，要求各模冲的压缩比相同，目的是使复杂形状坯块密度相同。压制过程中要考虑各个模冲的弹性偏差，并平衡弹性偏差。偏差的计算由计算机完成，整个压制过程由微信息处理机控制，可得到好的零件。压缩比：压缩比：松散粉末体与坯块截面高度之比图3-35涡轮机轮毂三、成形三、成形81图3-36压制过程中系统部件的10个位置三、成形三、成形82图3-37复杂形状坯块的压制(a)、(b)坯块形状；、(d)简单模冲压制及坯块密度分布；(e)多模冲压制示意图及坯块密度分布e.e

43、.复杂形状坯块压制复杂形状坯块压制三、成形三、成形83 f.f.具有曲面坯块的压制具有曲面坯块的压制 实际生产中，会遇到表面是曲面的零件，这种零件在自动压机中可以压制，但要保证均匀密度比较难，因为松散粉末体与坯块厚度的比率不同。自动压机可提供水平装满和非水平装满，往模腔装粉末时，上表面可装成曲面，但曲面上密度的一致性难以预测。假设结论假设结论：假设粉末颗粒不仅在施加力的方向上运动，同时也有一定量的侧向运动，这样，密度变化取决于曲面的半径，半径越大，密度变化越小。若根据压缩比来衡量，则压缩比越大，密度变化越小。大多数情况下密度变化在可接受的范围内，即密度的变化不影响零件的使用，特殊情况下，不均匀

44、的密度分布可通过烧结、再压，使密度分布均匀。三、成形三、成形84图3-38曲面坯块的压制三、成形三、成形85 6.6.影响压制过程和坯块质量的因素影响压制过程和坯块质量的因素 6.16.1粉末性能粉末性能 a.a.粉末物理性能粉末物理性能 软金属粉末压制时密度易达到，硬金属粉末需用成形剂；压制硬金属粉末时对模具的磨损大于软金属粉末。b.粉末粒度及粒度组成粉末粒度及粒度组成 粉末越细，流动性越差，填充模腔边角处越困难，越易形成拱桥效应。细粉末松装密度低，在模具中充填容积大，使压制过程模冲的运动距离与粉末之间的内摩擦力均增加，压力损失增大，密度分布不均匀。粒度组成合理的粉末在压制过程中小颗粒填充大

45、颗粒之间的孔隙，因此坯块密度、强度提高，弹性后效减小，密度分布合理。三、成形三、成形86 c.粉末纯度粉末纯度 粉末纯度越高，压制越易进行。粉末中杂质大多是硬而脆的氧化物，其存在使粉末压制阻力增加，压制性能变坏，坯块的弹性后效增大。d.粉末颗粒形状粉末颗粒形状 球形粉末流动性好，易于充填模腔坯块密度分布均匀；不规则粉末充填模腔困难，易产生拱桥效应，但坯块强度高，成形性好。e.粉末松装密度粉末松装密度 松装密度小，模具高度和模冲长度增加，坯块密度分布不易均匀，但坯块强度高。松装密度大，利于压制长而高的坯块。三、成形三、成形87 6.26.2成形剂和润滑剂成形剂和润滑剂 金属粉末压制时，模壁与粉末

46、之间、粉末与粉末之间产生摩擦，使压力和密度分布不均匀，加入成形剂可改变这种状况。使用成形剂的目的有：使用成形剂的目的有：a 促进颗粒变形，改善压制过程，降低单位压制力；促进颗粒变形，改善压制过程，降低单位压制力；b 提高压坯强度，减少粉尘飞扬，改善劳动条件；提高压坯强度，减少粉尘飞扬，改善劳动条件；c 提高压坯密度的均匀性，改善压坯表面质量；提高压坯密度的均匀性，改善压坯表面质量；d 可明显提高压模寿命等等。可明显提高压模寿命等等。三、成形三、成形88成形剂的选择原则成形剂的选择原则 选择成形剂的原则有以下几个方面：选择成形剂的原则有以下几个方面：（1）成形剂的加入不会改变混合料的化学成）成形

47、剂的加入不会改变混合料的化学成分；成形剂在随后的预烧或烧结过程中能全部排除，分；成形剂在随后的预烧或烧结过程中能全部排除，不残留有害物质；所放出的气体对人体无害。不残留有害物质；所放出的气体对人体无害。（2）成形剂应具有很好的分散性能；具有较好）成形剂应具有很好的分散性能；具有较好的粘性和良好的润滑性；并且易于和粉末料混合均的粘性和良好的润滑性；并且易于和粉末料混合均匀。匀。（3）对混合后的粉末松装密度和流动性影响不）对混合后的粉末松装密度和流动性影响不大；除特殊情况外其软化点应当高，以防止混合过大；除特殊情况外其软化点应当高，以防止混合过程中的温升而熔化。程中的温升而熔化。（4）烧结后对产品

48、性能和外观等没有不良影响。）烧结后对产品性能和外观等没有不良影响。（5）成本低，来源广。）成本低，来源广。三、成形三、成形89成形剂种类成形剂种类不同金属粉末选用不同物质作成形剂。铁基粉末制品铁基粉末制品：硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钡、硬脂酸锂、硬脂酸钙、硬脂酸铝、硫磺、二硫化钼、石墨粉和机油等。硬质合金硬质合金：合成橡胶、石蜡、聚乙烯醇、乙二酯和松香等。其他其他成形剂成形剂：淀粉、甘油、凡士林、樟脑及油醇等。成形剂加入方法：成形剂加入方法：干混干混：成形剂直接以粉末状与金属一起混合；湿混湿混：成形剂先溶于水、酒精、汽油、丙酮、苯及四氯化碳等液体中，然后加入到粉末中混合，干燥时挥发掉。三、成形三

49、、成形90成形剂的用量及效果成形剂的用量及效果 成形剂的加入量与粉末种类、颗粒大小、压制压力以及成形剂的加入量与粉末种类、颗粒大小、压制压力以及摩擦表面有关，并与成形剂本身的性质有关。一般说来，细摩擦表面有关，并与成形剂本身的性质有关。一般说来，细颗粒粉末所需的成形剂加入量比粗粒度粉末的量要多一些。颗粒粉末所需的成形剂加入量比粗粒度粉末的量要多一些。成形剂的加入随压坯形状因素的不同而不同（图成形剂的加入随压坯形状因素的不同而不同（图3-18）。由）。由图可知，成形剂的加入量与形状因素成正比。图可知，成形剂的加入量与形状因素成正比。图图3-18 形状因素对成形剂加入量的影响形状因素对成形剂加入量

50、的影响三、成形三、成形91 加入不同粒度的成形剂对粉末流动性、松装密度和脱模加入不同粒度的成形剂对粉末流动性、松装密度和脱模压力的影响如图压力的影响如图3-19和图和图3-20所示。成形剂的加入量还影所示。成形剂的加入量还影响压坯密度和脱模压力（图响压坯密度和脱模压力（图3-21）。图）。图3-22是成形剂对烧是成形剂对烧结体的抗弯强度的影响。结体的抗弯强度的影响。图图3-19 成形剂粒度对粉末流动性和松装密度的影响成形剂粒度对粉末流动性和松装密度的影响三、成形三、成形92 图图3-20 成形剂粒度对脱模压力的影响成形剂粒度对脱模压力的影响三、成形三、成形93 图图3-21 成形剂加入量对涡旋