粉末冶金工艺基本知识.doc
《粉末冶金工艺基本知识.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《粉末冶金工艺基本知识.doc(17页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、粉末冶金工艺根本学问粉末冶金成形粉末冶金工艺及材料粉末冶金是制取金属粉末并通过成形和烧结等工艺将金属粉末或与非金属粉末的混合物制 成制品的加工方法,既可制取用一般熔炼方法难以制取的特别材料,又可制造各种周密的机 械零件,省工省料。但其模具和金属粉末本钱较高,批量小或制品尺寸过大时不宜承受。粉 末冶金材料和工艺与传统材料工艺相比,具有以下特点: 1粉末冶金工艺是在低于基体金属的熔点下进展的,因此可以获得熔点、密度相差悬殊的 多种金属、金属与陶瓷、金属与塑料等多相不均质的特别功能复合材料和制品。 2提高材料性能。用特别方法制取的细小金属或合金粉末,凝固速度极快、晶粒细小均匀, 保证了材料的组织均匀
2、,性能稳定,以及良好的冷、热加工性能,且粉末颗粒不受合金元素 和含量的限制,可提高强化相含量,从而进展的材料体系。 3利用各种成形工艺,可以将粉末原料直接成形为少余量、无余量的毛坯或净形零件,大 量削减机加工量。提高材料利用率,降低本钱。粉末冶金的品种繁多,主要有:钨等难熔金属及合金制品;用Co、Ni 等作粘结剂的碳化钨WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC等硬质合金,用于制造切削刀具和耐磨刀具中的钻头、车刀、铣刀,还可制造模具等;Cu 合金、不锈钢及 Ni 等多孔材料,用于制造烧结含油轴承、烧结金属过滤器及纺织环等。随着粉末冶金生产技术的进展,粉末冶金及其制品将在更加广 泛的应用。1 粉末冶金根底
3、学问1 粉末的化学成分及性能尺寸小于 1mm 的离散颗粒的集合体通常称为粉末,其计量单位一般是以微米m或纳米nm。1. 粉末的化学成分常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉末,要求其杂质和气体含量不超过1%2%, 否则会影响制品的质量。2. 粉末的物理性能 粒度及粒度分布粉料中能分开并独立存在的最小实体为单颗粒。实际的粉末往往是团聚了的颗粒,即二次颗粒。图描绘了由假设干一次颗粒聚拢成二次颗粒的情形。实际的粉末颗粒体中不同尺寸所占的百分比即为粒度分布。 颗粒外形即粉末颗粒的外观几何外形。常见的有球状、柱状、针状、板状和片状等,可以通过显微镜的观看确定。 比外表积即单位质量粉末的总外表积,可通过
4、实际测定。比外表积大小影响着粉末的外表能、外表吸附及分散等外表特性。3. 粉末的工艺性能粉末的工艺性能包括流淌性、填充特性、压缩性及成形性等。 填充特性指在没有外界条件下,粉末自由积存时的松紧程度。常以松装密度或积存密度表示。粉末的填充特性与颗粒的大小、外形及外表性质有关。 流淌性指粉末的流淌力量,常用 50 克粉末从标准漏斗流出所需的时间表示。流淌性受颗粒粘附作用的影响。 压缩性表示粉末在压制过程中被压紧的力量,用规定的单位压力下所到达的压坯密度表示,在标准模具中,规定的润滑条件下测定。影响粉末压缩性的因素有颗粒的塑性或显微硬度,塑性金属粉末比硬、脆材料的压缩性好;颗粒的外形和构造也影响粉末
5、的压缩性。 成形性 指粉末压制后,压坯保持既定外形的力量,用粉末能够成形的最小单位压制压力表示,或用压坯的强度来衡量。成形性受颗粒外形和构造的影响。粉末冶金的机理1.压制的机理压制就是在外力作用下,将模具或其它容器中的粉末严密压实成预定外形和尺寸压坯的工艺过程。钢模冷压成形过程如下图。粉末装入阴模,通过上下模冲对其施压。在压缩过程中,随着粉末的移动和变形,较大的空隙被填充,颗粒外表的氧化膜裂开,颗粒间接触面积 增大,使原子间产生吸引力且颗粒间的机械楔合作用增加,从而形成具有肯定密度和强度的压坯。2. 等静压制压力直接作用在粉末体或弹性模套上,使粉末体在同一时间内各个方向上均衡受压而获得密度分布
6、均匀和强度较高的压坯的过程。按其特性分为冷等静压制和热等静压制两大类。 冷等静压制即在室温下等静压制,液体为压力传递媒介。将粉末体装入弹性模具内,置于钢体密封容器 内,用高压泵将液体压入容器,利用液体均匀传递压力的特性,使弹性模具内的粉末体均匀 受压。因此,冷等静压制压坯密度高,较均匀,力学性能较好,尺寸大且外形简单,已用于棒材、管材和大型制品的生产。 热等静压制把粉末压坯或装入特制容器内的粉末体置入热等静压机高压容器中,施以高温存高压,使 这些粉末体被压制和烧结成致密的零件或材料的过程。在高温下的等静压制,可以激活集中 和蠕变现象的发生,促进粉末的原子集中和再结晶及以极缓慢的速率进展塑性变形
7、,气体为 压力传递媒介。粉末体在等静压高压容器内同一时间经受高温存高压的联合作用,强化了压 制与烧结过程,制品的压制压力和烧结温度均低于冷等静压制,制品的致密度和强度高,且 均匀全都,晶粒细小,力学性能高,消退了材料内部颗粒间的缺陷和孔隙,外形和尺寸不受 限制。但热等静压机价格高,投资大。热等静压制已用于粉末高速钢、难熔金属、高温合金和金属陶瓷等制品的生产。3. 粉末轧制将粉末通过漏斗喂入一对旋转轧辊之间使其压实成连续带坯的方法。将金属粉末通过一个 特制的漏斗喂入转动的轧辊缝中,可轧出具有肯定厚度、长度连续、强度适宜的板带坯料。这些坯体经预烧结、烧结,再轧制加工及热处理等工序,就可制成具有肯定
8、孔隙度的、致密 的粉末冶金板带材。粉末轧制制品的密度比较高,制品的长度原则上不受限制,轧制制品的 厚度和宽度会受到轧辊的限制;成材率高为 80%90%,熔铸轧制的仅为 60%或更低。粉末轧制适用于生产多孔材料、摩擦材料、复合材料和硬质合金等的板材及带材。4. 粉浆浇注是金属粉末在不施加外力的状况下成形的,马上粉末加水或其它液体及悬浮剂调制成粉 浆,再注入石膏模内,利用石膏模吸取水分使之枯燥后成形。常用的悬浮剂有聚乙烯醇、甘油、藻肮酸钠等,作用是防止成形颗粒聚拢,改善润湿条件。为保证形成稳定的胶态悬浮液, 颗粒尺寸不大于 5m10m,粉末在悬浮液中的质量含量为 40%70%。粉浆成形工艺参见本书
9、。5. 挤压成形将置于挤压筒内的粉末、压坯或烧结体通过规定的模孔压出。依据挤压条件不同,分为冷 挤压和热挤压。冷挤压是把金属粉末与肯定量的有机粘结剂混合在较低温度下40 200挤压成坯块;粉末热挤压是指金属粉末压坯或粉末装入包套内加热到较高温度下压 挤,热挤压法能够制取外形简单、性能优良的制品和材料。挤压成形设备简洁,生产率高, 可获得长度方向密度均匀的制品。挤压成形能挤压出壁很薄直经很小的微形小管,如厚度仅,直径1mm 的粉末冶金制品; 可挤压外形简单、物理力学性能优良的致密粉末材料,如烧结铝合金及高温合金。挤压制品 的横向密度均匀,生产连续性高,因此,多用于截面较简洁的条、棒和螺旋形条、棒
10、如麻花钻等。6. 松装烧结成形粉末未经压制而直接进展烧结,如将粉末装入模具中振实,再连同模具一起入炉烧结成形, 用于多孔材料的生产;或将粉末均匀松装于芯板上,再连同芯板一起入炉烧结成形,再经复 压或轧制到达所需密度,用于制动摩擦片及双金属材料的生产。将置于挤压筒内的粉末、压坯或烧结体通过规定的模孔压出。依据挤压条件不同,分为冷 挤压和热挤压。冷挤压是把金属粉末与肯定量的有机粘结剂混合在较低温度下40 200挤压成坯块;粉末热挤压是指金属粉末压坯或粉末装入包套内加热到较高温度下压 挤,热挤压法能够制取外形简单、性能优良的制品和材料。挤压成形设备简洁,生产率高, 可获得长度方向密度均匀的制品。7.
11、 爆炸成形借助于爆炸波的高能量使粉末固结的成形方法。爆炸成形的特点是爆炸时产生压力很高, 施于粉末体上的压力速度极快。如炸药爆炸后,在几微秒时间内产生的冲击压力可达106MPa相当于 107 个大气压,比压力机上压制粉末的单位压力要高几百倍至几千倍。爆炸成形压制压坯的相对密度极高,强度极佳。如用炸药爆炸压制电解铁粉,压坯的密度接近纯铁体的理论密度值。爆炸成形可加工一般压制和烧结工艺难以成形的材料,如难熔金属、高合金材料等,还可压制一般压力无法压制的大型压坯。除上述方法外,还有注射成形及热等静压制技术等的成形方法。2.烧结的机理烧结是粉末或压坯在低于其主要组分熔点温度以下的热处理过程,目的是通过
12、颗粒间的冶 金结合以提高其强度。随着温度上升,粉末或压坯中产生一系列的物理、化学变化:水和有机物的蒸发或挥发、吸附气体的排解、应力消退以及粉末颗粒外表氧化物的复原等,接着粉 末表层原子间的相互集中和塑性流淌。随着颗粒间接触面的增大,会产生再结晶和晶粒长大, 有时消灭固相的熔化和重结晶。以上各过程经常会相互重叠,相互影响,使烧结过程变得十 分简单。烧结过程中制品显微组织的变化如下图。2 粉末冶金工艺粉末制备金属粉末的制备方法分为两大类:机械法和物理化学法。还有研制的机械合金化法,汞 齐法、蒸发法、超声粉碎法等超微粉末制造技术。制备方法打算着粉末的颗粒大小、外形、松装密度、化学成分、压制性、烧结性
13、等。粉末的预处理粉末的预处理包括粉末退火、分级、混合、制粒、加润滑剂等。1. 退火粉末的预先退火可以使氧化物复原,降低碳和其它杂质的含量,提高粉末的纯度;同时, 还能消退粉末的加工硬化、稳定粉末的晶体构造。退火温度依据金属粉末的种类而不同,通 常为金属熔点的。通常,电解铜粉的退火温度约为 300,电解铁粉或电解镍粉的约为 700,不能超过 900。退火一般用复原性气氛,有时也用真空或惰性气氛。2. 分级将粉末按粒度大小分成假设干级的过程。分级使配料时易于把握粉末的粒度和粒度分布, 以适应成形工艺要求,常用标准筛网筛分进展分级。3. 混合指将两种或两种以上不同成分的粉末均匀化的过程。混合根本上有
14、两种方法:机械法和 化学法,广泛应用的是机械法,将粉末或混合料机械的掺和均匀而不发生化学反响。机械法 混料又可分为干混和湿混,铁基等制品生产中广泛承受干混;制备硬质合金混合料则常使用 湿混。湿混时常用的液体介质为酒精、汽油、丙酮、水等。化学法混料是将金属或化合物粉末与添加金属的盐溶液均匀混合;或者是各组元全部以某种盐的溶液形式混合,然后经沉淀、 枯燥和复原等处理而得到均匀分布的混合物。常需参加的添加剂,用于提高压坯强度或防止粉末成分偏析的增塑剂汽油、橡胶溶液、石蜡等,用于削减颗粒间及压坯与模壁间摩擦的润滑剂硬质酸锌、二硫化钼等。4. 制粒将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序,常用来改善粉末的流
15、淌性。常用的制粒设备有振动筛、滚筒制粒机、圆盘制粒机等。成形成形是将粉末转变成具有所需外形的分散体的过程。常用的成形方法有模压、轧制、挤压、等静压、松装烧结成形、粉浆浇注和爆炸成形等。1.模压即粉末料在压模内压制。室温压制时一般需要约1 吨/厘米 2 以上的压力,压制压力过大时,影响加压工具;并且有时坯体发生层状裂纹、伤痕和缺陷等。压制压力的最大限度为1215 吨厘米 2。超过极限强度后,粉末颗粒发生粉碎性破坏。图 常用的模压方法1、8固定模冲 2、6固定阴模 3粉末4、5、7、10运动模冲9浮动阴模常用的模压方法有单向压制、双向压制、浮动模压制等。 单向压制即固定阴模中的粉末在一个运动模冲和
16、一个固定模冲之间进展压制的方法,如下图。单 向压制模具简洁,操作便利,生产效率高,但压制时受摩擦力的影响,制品密度不均匀,适宜压制高度或厚度较小的制品。 双向压制阴模中粉末在相向运动的模冲之间进展压制的方法,如下图。双向压制比较适宜高度或厚度较大的制品。双向压制压坯的密度较单向压制均匀,但双向同时加压时,压坯厚度的中间局部密度较低。 浮动压制一览冶金英才网浮动阴模中的粉末在一个运动模冲和一个固定模冲之间进展压制,如图。阴模由弹簧支承, 处于浮动状态,开头加压时,由于粉末与阴模壁间摩擦力小于弹簧支承力,只有上模冲向下移动;随着压力增大,当二者的摩擦力大于弹簧支承力时,阴模与上模冲一起下行,与下模
17、冲间产生相对移动,使单向压制转变为压坯的双向受压,而且压坯双向不同时受压,这样压 坯的密度更均匀。烧结1. 烧结的方法不同的产品、不同的性能烧结方法不一样。按原料组成不同分类。可以将烧结分为单元系烧结、多元系固相烧结及多元系液相烧结。单元系烧结是纯金属如难熔金属和纯铁软磁材料或化合物(Al2O3、B4C、BeO、MoSi2 等) 熔点以下的温度进展固相烧结。多元系固相烧结是由两种或两种以上的组元构成的烧结体 系,在其中低熔成分的熔点温度以下进展的固相烧结。粉末烧结合金多属于这一类。如Cu-Ni、Fe-Ni、Cu-Au、W-Mo、Ag-Au、 Fe-Cu、W-Ni、Fe-C、 Cu-C、Cu-W
18、、Ag-W 等。多元系液相烧结以超过系统中低熔成分熔点的温度进展的烧结。如W-Cu-Ni、W-Cu、WC-Co、TiC-Ni、Fe-Cu(Cu10%、Fe-Ni-Al、Cu-Pb、Cu-Sn、 Fe-Cu(Cu1000,其它性能介于钨钴类与钨钛钴类之间,它既能加工钢材,又能加工非铁金属。 硬质合金的性能及应用1) 性能硬质合金的硬度高,室温下到达 8693HRA,耐磨性好,切削速度比高速工具钢高47 倍,刀具寿命高 580 倍,可切削 50HRC 左右的硬质材料;抗弯强度高,达6000MPa,但抗弯强度较低,约为高速工具钢的 1/31/2,韧性差,约为淬火钢的 30%50%;耐蚀性和抗氧化性良
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 粉末冶金 工艺 基本知识
限制150内