1、粉末冶金新技术粉末冶金新技术材料与人类文明材料与人类文明材料是现代文明的支柱材料是现代文明的支柱v材料是人类生存的基础（材料是人类生存的基础（Basis)v材料是人类发展的标志材料是人类发展的标志 (Mark)v材料是科技创新的先导材料是科技创新的先导 (Lead)材料制备方法材料制备方法IM(Ingot Metallurgy) 熔铸法熔铸法 熔熔(melting)、炼炼(refining)、铸铸(casting) 铸件铸件(castings) 机加工机加工(machining)零件零件 铸坯铸坯(ingots)塑性成形塑性成形(plastic forming) 热处理热处理(heat tre
2、atment)机加工机加工零件零件PM(Powder Metallurgy) 粉末冶金法粉末冶金法 制粉制粉(powder making)压压型型(pressing)烧结烧结(sintering)SF(Spray Forming) 喷射成型法喷射成型法材料成型方法材料成型方法 铸造铸造(pour-casting, die-casting) 例如：汽车轮毂（例如：汽车轮毂（Al、Zn）、）、活塞（活塞（Al）、）、手机外手机外壳（壳（Mg）等等塑性成形塑性成形 (plastic forming) 挤压挤压(extrusion)、轧制轧制(rolling)、拉拔拉拔(drawing)、 冲压冲压(
3、punching)、锻造锻造(forging)焊接焊接（welding)切削切削 (cutting)粉末成型粉末成型 (powder forming)复合成型复合成型（铸轧、铸挤、锻轧、挤轧等）（铸轧、铸挤、锻轧、挤轧等）轧制轧制连铸连轧连铸连轧拉拔拉拔挤压挤压连续挤压连续挤压conform喷射沉积喷射沉积粉末冶金发展简史粉末冶金发展简史约约3000年前，埃及人就制得海绵铁，并锻打成铁器；年前，埃及人就制得海绵铁，并锻打成铁器； 3世纪，印度人用同样方法制得世纪，印度人用同样方法制得“德里柱德里柱”，重达，重达6.5吨；吨； 19世纪出现世纪出现Pt粉的冷压、烧结、热锻工艺；粉的冷压、烧结、热
4、锻工艺； 现代粉末冶金从现代粉末冶金从1909年，年，W.D. Coolidge 的电灯钨丝的电灯钨丝问世开始。问世开始。 1909年制造电灯钨丝的技术成功（年制造电灯钨丝的技术成功（W粉成形、烧结、锻打、粉成形、烧结、锻打、拉丝）；拉丝）；1923年硬质合金研制成功。年硬质合金研制成功。 20世纪世纪30年代，多孔含油轴承成功；相继发展铁基机械零件年代，多孔含油轴承成功；相继发展铁基机械零件 向新材料、新工艺发展：向新材料、新工艺发展：20世纪世纪40年代，金属陶瓷、弥散强年代，金属陶瓷、弥散强化材料（如烧结铝）；化材料（如烧结铝）；60年代末年代末70年代初，粉末高速钢、粉年代初，粉末高速
5、钢、粉末高温合金，粉末锻造技术已能生产高强度零件。末高温合金，粉末锻造技术已能生产高强度零件。粉末冶金材料和制品粉末冶金材料和制品出现年代出现年代钨钨1909难熔碳化物难熔碳化物19001914电触头材料电触头材料19171920WC-Co硬质合金硬质合金19231925烧结摩擦材料烧结摩擦材料1929多孔青铜轴承多孔青铜轴承19211930WC-TiC-Co硬质合金硬质合金19291932烧结磁铁烧结磁铁1936多孔铁轴承多孔铁轴承1936机械零件、合金钢机械零件机械零件、合金钢机械零件19361946烧结铝烧结铝1946金属陶瓷（金属陶瓷（TiC-Ni）1949钢结硬质合金钢结硬质合金19
6、57粉末高速钢粉末高速钢1968粉末冶金特点及与其他成形工艺的比较粉末冶金特点及与其他成形工艺的比较（一）一般特点（一）一般特点1优点优点（1）可生产普通熔铸法难于生产的材料）可生产普通熔铸法难于生产的材料 多孔材料（孔隙度可控）；多孔材料（孔隙度可控）； 假合金（如假合金（如Cu-W）；）； 复合材料，如硬质合金和金属陶瓷、弥散强化材料、纤复合材料，如硬质合金和金属陶瓷、弥散强化材料、纤维强化材料；维强化材料； 特种陶瓷（结构陶瓷、功能陶瓷）；特种陶瓷（结构陶瓷、功能陶瓷）；某些某些P/M材料与熔铸材料相比，性能更优越材料与熔铸材料相比，性能更优越 避免成分偏析、晶粒细，组织均匀，性能大幅提
7、高。如避免成分偏析、晶粒细，组织均匀，性能大幅提高。如，粉末高速钢、粉末高温合金。，粉末高速钢、粉末高温合金。 钨、钼、钽等难熔金属采用熔铸法晶粒粗大、纯度低，钨、钼、钽等难熔金属采用熔铸法晶粒粗大、纯度低，工业上一般采用粉末冶金方法生产。工业上一般采用粉末冶金方法生产。（3）对制品成型有明显优势）对制品成型有明显优势 是一种少切削、无切削工艺（近净成型是一种少切削、无切削工艺（近净成型near net-shape）；）； 可大批量生产同一零件；可大批量生产同一零件； 形状很复杂零件（如齿轮、凸轮或多功能零件）的制造公形状很复杂零件（如齿轮、凸轮或多功能零件）的制造公差窄；差窄； 不需或可简化
8、机械的精加工作业；不需或可简化机械的精加工作业； 节能、省材；节能、省材； 可制造自润滑材料。可制造自润滑材料。2缺点缺点 粉末成本高；粉末成本高； 形状、尺寸受到一定限制；形状、尺寸受到一定限制； 成形模具较贵；一般要生产量在成形模具较贵；一般要生产量在500010000个个/批，才经批，才经济。济。 烧结零件韧性相对差（但可通过粉模锻造或复烧改善）。烧结零件韧性相对差（但可通过粉模锻造或复烧改善）。与其他成型工艺比较（制造金属结构件）与其他成型工艺比较（制造金属结构件）1和熔铸技术比较和熔铸技术比较粉末冶金优势：粉末冶金优势： 粉末冶金制件表面光洁度高；粉末冶金制件表面光洁度高； 制造的尺
9、寸公差很窄，尺寸精确；制造的尺寸公差很窄，尺寸精确； 合金化与制取复合材料的可能性大合金化与制取复合材料的可能性大 组织均一（无偏聚、砂眼、缩孔）组织均一（无偏聚、砂眼、缩孔）、力学性能可靠；、力学性能可靠； 在经济上，粉末冶金工艺能耗小。在经济上，粉末冶金工艺能耗小。铸造优势：铸造优势： 形状不受限制；（粉末形状不受限制；（粉末冶金注射成形形状也不受冶金注射成形形状也不受限制，但只能生产小制件限制，但只能生产小制件） 适于制造大型零件；适于制造大型零件； 零件生产批量小时，经零件生产批量小时，经济；济； 一般说来，工、模具费一般说来，工、模具费用低。用低。2和热模锻技术比较和热模锻技术比较粉
10、末冶金优势：粉末冶金优势： 粉末冶金制件精度比精锻高；粉末冶金制件精度比精锻高； 粉末锻造节省材料、重量控制粉末锻造节省材料、重量控制精确、可无非边锻造，也能制造精确、可无非边锻造，也能制造形状较复杂制件；形状较复杂制件； 粉末锻造只需一副成形模具和粉末锻造只需一副成形模具和一副锻模；热锻需两副以上锻模一副锻模；热锻需两副以上锻模、一副修边模。、一副修边模。热模锻优势：热模锻优势： 可制造大型零件；可制造大型零件； 锻件力学性能比烧结粉末锻件力学性能比烧结粉末冶金零件高，但与粉末锻造冶金零件高，但与粉末锻造件相当；件相当； 可制造形状复杂程度较高可制造形状复杂程度较高的制品。的制品。 制取金属
11、及化合物粉末，采用成形和烧结工艺制制取金属及化合物粉末，采用成形和烧结工艺制成金属材料、复合材料、陶瓷材料及其它们的制品成金属材料、复合材料、陶瓷材料及其它们的制品的技术科学。的技术科学。 多学科交叉的综合性技术。涉及到化工、冶金、多学科交叉的综合性技术。涉及到化工、冶金、材料制备、压力加工、热工、机械、自动控制等学材料制备、压力加工、热工、机械、自动控制等学科技术。科技术。最大可制造：最大可制造：3吨的制件（热等静压）；吨的制件（热等静压）；最小：零点零几克（最小：零点零几克（0.01克）；克）；制品最小厚度：可达制品最小厚度：可达1520ml 粉末冶金一般工粉末冶金一般工艺艺（1）制粉）制
12、粉（2）物料准备）物料准备（3）成形）成形（4）烧结）烧结 单元系烧结单元系烧结 多元系烧结多元系烧结 固相烧结固相烧结 液相烧结液相烧结 热压（热等静压热压（热等静压）、熔浸等。）、熔浸等。（5）烧结后处理）烧结后处理粉末冶金生产工艺粉末冶金生产工艺选择粉末冶金技术需考虑的方面选择粉末冶金技术需考虑的方面零件生产批量对模具与压制设备的投资是否合算？零件生产批量对模具与压制设备的投资是否合算？粉末冶金工艺能否满足对零件的功能与形状提出的技术要粉末冶金工艺能否满足对零件的功能与形状提出的技术要求？求？采用的粉末冶金材料能否达到所要求的物理采用的粉末冶金材料能否达到所要求的物理-力学性能？力学性能
13、？与可采用的其他成形工艺相比，生产成本是不是最经济？与可采用的其他成形工艺相比，生产成本是不是最经济？金属粉金属粉末和粉末和粉末冶金末冶金材料、材料、制品的制品的应用应用工业部门工业部门金属粉末和粉末冶金材料、制品应用举例金属粉末和粉末冶金材料、制品应用举例地质、采矿工具地质、采矿工具硬质合金，金刚石硬质合金，金刚石-金属材料金属材料机械加工机械加工硬质合金，陶瓷刀具，粉末高速钢硬质合金，陶瓷刀具，粉末高速钢汽车、拖拉机制造汽车、拖拉机制造机械零件，摩擦材料，多孔含油轴承，过滤器机械零件，摩擦材料，多孔含油轴承，过滤器机床制造、纺织机械机床制造、纺织机械机械零件，多孔含油轴承机械零件，多孔含油
14、轴承 等等机车制造机车制造多孔含油轴承，摩擦材料多孔含油轴承，摩擦材料 等等造船造船多孔含油轴承，摩擦材料，油漆用铝粉多孔含油轴承，摩擦材料，油漆用铝粉 等等冶金矿山机械冶金矿山机械多孔含油轴承，机械零件，等多孔含油轴承，机械零件，等电机制造电机制造多孔含油轴承，铜多孔含油轴承，铜-石墨电刷，硬磁材料石墨电刷，硬磁材料精密仪器、仪表零件精密仪器、仪表零件硬磁材料，软磁材料，功能陶瓷硬磁材料，软磁材料，功能陶瓷 等等工业炉工业炉电热材料，电真空材料电热材料，电真空材料电气和电子工业电气和电子工业电接触材料，电真空材料，磁性材料，功能陶瓷电接触材料，电真空材料，磁性材料，功能陶瓷无线电和电视无线电
15、和电视磁性材料，功能陶瓷磁性材料，功能陶瓷 等等五金和办公用具五金和办公用具机械零件机械零件 等等医疗器械医疗器械机械零件，特殊器械机械零件，特殊器械 等等化学、石油工业化学、石油工业过滤器，防腐零件，催化剂载体过滤器，防腐零件，催化剂载体 等等军事工业军事工业穿甲弹头，炮弹箍，军械零件穿甲弹头，炮弹箍，军械零件 等等航空航空摩擦材料，过滤器，粉末超合金摩擦材料，过滤器，粉末超合金 等等航天和火箭航天和火箭难熔金属及合金，纤维强化材料，发汗材料难熔金属及合金，纤维强化材料，发汗材料 等等原子能工业原子能工业核燃料元件，反应堆结构材料，控制材料核燃料元件，反应堆结构材料，控制材料 等等粉末冶金技
16、术的新发展粉末冶金技术的新发展（1）与其他技术交叉产生新技术）与其他技术交叉产生新技术 注射成形，粉末挤压，流延成形，注射成形，粉末挤压，流延成形， 直接凝固注模，粉末轧制，爆炸直接凝固注模，粉末轧制，爆炸成型，喷射成形，烧结热等静压，微波烧结，放电等离子体烧结，激光成型，喷射成形，烧结热等静压，微波烧结，放电等离子体烧结，激光烧结烧结（2）向计算机控制集成自动化方向发展）向计算机控制集成自动化方向发展（3）粉末冶金近净成形技术（）粉末冶金近净成形技术（near net-shape）发展发展 如，注射成形，粉末挤压等如，注射成形，粉末挤压等（4）粉末冶金快速成形技术发展）粉末冶金快速成形技术发
17、展 如，选择性激光烧结，喷射成形等如，选择性激光烧结，喷射成形等（5）用于各种新材料及其成形加工）用于各种新材料及其成形加工 如，纳米材料及其成形工艺，新型复合材料，新型功能材料。如，纳米材料及其成形工艺，新型复合材料，新型功能材料。金属注射成型制品金属注射成型制品粉末锻件粉末锻件(a)(b)HIP制品制品热等静压制品热等静压制品硬质合金、金属陶瓷模具硬质合金、金属陶瓷模具硬质合金钻头、棒硬质合金轧辊等硬质合金轧辊等金金属属切切削削刀刀片片硬质合金、硬质合金、CBN、金属陶瓷金属陶瓷金刚石、金刚石、CBN制品制品钨钨基基高高密密度度合合金金Nd-Fe-B、Sm-Co、铁氧体永磁铁氧体永磁软磁铁
18、氧体软磁铁氧体精细陶瓷制品精细陶瓷制品PTC 压敏 成形方法成形方法 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。粉末冶金常具有一定形状、尺寸、密度和强度的压坯。粉末冶金常用用的成形方法如的成形方法如下下所示所示。模压成形是最基本方法。模压成形是最基本方法。 松装烧结松装烧结粉浆浇注粉浆浇注模压成形模压成形热压成形热压成形等静压成形等静压成形轧制成形轧制成形离心成形离心成形挤压成形挤压成形爆炸成形爆炸成形成形成形无压成形无压成形加压成形加压成形第二章第二章 粉末粉末压制成形压制成形新新技术技术1.1.粉末预处
19、理粉末预处理 预处理包括：预处理包括：粉末退火，筛分，混合，制粒，加润滑剂粉末退火，筛分，混合，制粒，加润滑剂等。等。 粉末的预先退火粉末的预先退火可使氧化物还原，降低碳和其他杂质的可使氧化物还原，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、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稳定粉末的晶体结构 。 筛分筛分的目的在于把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。的目的在于把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。 混合混合一般是指将两种或两种以上不同成分的粉末混合均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匀的过程。混合可采用。混合可采用机械
20、法和化学法机械法和化学法。 制粒制粒是将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序，以此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。来改善粉末的流动性。 第二章第二章 粉末粉末压制成形压制成形新新技术技术2.2.压制成形压制成形 压模压制是将置于压模内的松散粉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。尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。 粉末的压缩过程一般采用压坯密粉末的压缩过程一般采用压坯密度度成形压力曲线来表示。压坯密成形压力曲线来表示。压坯密度变化分为三个阶段。度变化分为三个阶段。滑动阶段滑动
21、阶段：在：在压力作用下粉末颗粒发生相对位移，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填充孔隙，压坯密度随压力增加而急剧增加；剧增加；二是二是粉末体出现压缩阻力，粉末体出现压缩阻力，即使再加压其孔隙度不能再减少，密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；度不随压力增高而明显变化；三是三是当当压力超过粉末颗粒的临界压力时，粉压力超过粉末颗粒的临界压力时，粉末颗粒开始变形，从而使其密度又随末颗粒开始变形，从而使其密度又随压力增高而增加。压力增高而增加。 模压示意图模压示意图 压坯密度与压力压坯密度与压力 压坯密度分布不均匀：压坯密度分布不均匀：用石墨粉作隔层
22、的单向压制实用石墨粉作隔层的单向压制实验，得到如图验，得到如图5-45-4所示的压坯形状，各层的厚度和形状均发所示的压坯形状，各层的厚度和形状均发生了变化，由图生了变化，由图5-55-5可知在任何垂直面上，上层密度比下层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，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。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
23、起摩擦力，会使压坯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。在高度方向存在明显的压力降。 a) 压制前压制前 b) 压制后压制后用石墨粉作隔层的单向压坯用石墨粉作隔层的单向压坯 a）单向压制单向压制 b) 双向压制双向压制压坯密度沿高度分布图压坯密度沿高度分布图 为了改善压坯密度的不均匀性，一般采取为了改善压坯密度的不均匀性，一般采取以下措施：以下措施： 1）减小摩擦力：）减小摩擦力：模具内壁上涂润滑油或采用内模具内壁上涂润滑油或采用内壁更光洁的模具；壁更光洁的模具；2）采用双向压制）采用双向压制以改善压坯密度分布的不均匀以改善压坯密度分布的不均匀性；性；3
24、）模具设计时尽量降低高径比）模具设计时尽量降低高径比。 a)单向压制单向压制 b)双向压制双向压制压坯密度沿高度方向的分布图压坯密度沿高度方向的分布图 粉末的压制一般在普通机械式压力机或液压机上进行。粉末的压制一般在普通机械式压力机或液压机上进行。常用的压力机吨位一般为常用的压力机吨位一般为5005005000kN5000kN。a)a)填充粉料填充粉料 b)b)双向压坯双向压坯 c)c)上冲模复位上冲模复位 d)d)顶出坯块顶出坯块双向压制粉末冶金坯块工步示意图双向压制粉末冶金坯块工步示意图传统压制技术的局限传统压制技术的局限1 1、模具要求高，占用生产成本比例大；、模具要求高，占用生产成本比
25、例大；2 2、所加工部件尺寸受到限制；、所加工部件尺寸受到限制；3 3、部件密度分布不均匀；、部件密度分布不均匀；4 4、脱模困难，工序长，生产效率低。、脱模困难，工序长，生产效率低。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术1.动磁压制技术动磁压制技术原理原理: :将粉末装于一个导电的容将粉末装于一个导电的容器器( (护套护套) )内内, ,置于高强磁场线圈置于高强磁场线圈的中心腔中。电容器放电在数的中心腔中。电容器放电在数微秒内对线圈通入高脉冲电流微秒内对线圈通入高脉冲电流, ,线圈腔中形成磁场线圈腔中形成磁场, ,护套内产生护套内产生感应电流。感应电流与施加磁感应电流。感应电流与
26、施加磁场相互作用场相互作用, ,产生由外向内压缩产生由外向内压缩护套的磁力护套的磁力, ,因而粉末得到二维因而粉末得到二维压制。整个压制过程不足压制。整个压制过程不足1ms。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术动磁压制的优点动磁压制的优点: : 由于不使用模具由于不使用模具, ,成型时模壁摩擦减少到成型时模壁摩擦减少到0 0，因而可，因而可达到更高的压制压力达到更高的压制压力, ,有利于提高产品，并且生产成有利于提高产品，并且生产成本低；本低；由于在任何温度与气氛中均可施压由于在任何温度与气氛中均可施压, ,并适用于所有材并适用于所有材料料, ,因而工作条件更加灵活；因而工作条件
27、更加灵活； 由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂, ,因而成型产因而成型产品中不含有杂质，性能较高，而且还有利于环保。品中不含有杂质，性能较高，而且还有利于环保。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术 许多合金钢粉用动磁压制做过实验许多合金钢粉用动磁压制做过实验, ,粉末中不粉末中不添加任何润滑剂添加任何润滑剂, ,生坯密度均在生坯密度均在95%以上。动磁压以上。动磁压制件可以在常规烧结条件下进行烧结制件可以在常规烧结条件下进行烧结, ,其力学性能其力学性能高于传统压制件。动磁压制适用于制造柱形对称高于传统压制件。动磁压制适用于制造柱形对称的近终形件、薄
28、壁管、纵横比高的零件和内部形的近终形件、薄壁管、纵横比高的零件和内部形状复杂的零件。状复杂的零件。1.动磁压制技术动磁压制技术第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术 动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革命性变化命性变化, ,由粉末材料一次制成近终形定子与转子由粉末材料一次制成近终形定子与转子, ,从而获得高性能产品从而获得高性能产品, ,大大降低生产成本。大大降低生产成本。 动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与烧结钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密烧结钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体
29、密度高度高, ,其磁能积可提高其磁能积可提高15%-20%15%-20%。1.动磁压制技术动磁压制技术第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术 动磁压制的亚毫秒压制过程有助于保持材动磁压制的亚毫秒压制过程有助于保持材料的显微结构不变料的显微结构不变, ,因而也提高了材料性能。因而也提高了材料性能。对于象、与陶瓷粉末等难压制材料对于象、与陶瓷粉末等难压制材料, ,动动磁压制可达到较高的密度磁压制可达到较高的密度, ,从而降低烧结收缩从而降低烧结收缩率。目前许多动磁压制的应用已接近工业化率。目前许多动磁压制的应用已接近工业化阶段阶段, ,第一台动磁压制系统已在运行中。第一台动磁压制系统已
30、在运行中。1.动磁压制技术动磁压制技术第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术2.高速压制高速压制 瑞典开发出粉末冶金用高速压制法。这可能是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用液压冲击机, ,它与传统压制有许多相似之处它与传统压制有许多相似之处, ,但关但关键是压制速度比传统快键是压制速度比传统快50050010001000倍倍, ,其压头速度高其压头速度高达达230m/s, ,因而适用于大批量生产。液压驱动的因而适用于大批量生产。液压驱动的重锤重锤(5(512001200kg)
31、 )可产生强烈冲击波可产生强烈冲击波,0.02s,0.02s内将压内将压制能量通过压模传给粉末进行致密化。重锤的质量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。与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术2.高速压制高速压制 高速压制的另一个特点是产生多重冲击高速压制的另一个特点是产生多重冲击波，间隔约波，间隔约0 3s的一个个附加冲击波将密度的一个个附加冲击波将密度不断提高。这种多重冲击提高密度的一个优不断提高。这种多重冲击提高密度的一个优点是点是, ,可用比传统压制小的设备制造重达可用比传统压制小的设备制
32、造重达5kg以上的大零件。以上的大零件。 高速压制适用于制造阀座、气门导管、高速压制适用于制造阀座、气门导管、主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套及轴承座圈等产品。及轴承座圈等产品。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术2.高速压制高速压制与传统压制相比与传统压制相比, 高速压制的优点是：高速压制的优点是：压制件密度提高，提高幅度在压制件密度提高，提高幅度在0.3g/cm3左右；左右；压制件抗拉强度可提高压制件抗拉强度可提高20%25%；高速压制压坯径向弹性后效很小高速压制压坯径向弹性后效很小, 脱模力较低；脱模力较低；高速压制的密度较均匀高
33、速压制的密度较均匀, 其偏差小于其偏差小于0.01g/cm3。 第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 温压技术是近几年新发展的一项新技术温压技术是近几年新发展的一项新技术。它它是在混合物中添加高温新型润滑剂是在混合物中添加高温新型润滑剂，然后将粉末然后将粉末和模具加热至和模具加热至423K左右进行刚性模压制左右进行刚性模压制，最后采最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术用传统的烧结工艺进行烧结的技术，是普通模压是普通模压技术的发展与延伸技术的发展与延伸，被国际粉末冶金界誉为被国际粉末冶金界誉为 “开开创铁基粉末冶金零部件应用新纪元创铁基粉末冶金零部
34、件应用新纪元”和和“导致粉导致粉末冶金技术革命末冶金技术革命”的新型成型技术的新型成型技术。 3.3.温压成型技术温压成型技术 其与传统模压工艺主要区别之处在于压制过程中将粉末和模其与传统模压工艺主要区别之处在于压制过程中将粉末和模具加热到一定的温度，温度通常设定在具加热到一定的温度，温度通常设定在130150范围以内，范围以内，可使铁基粉末冶金零件密度提高可使铁基粉末冶金零件密度提高0.150.4g/cm3，粉末压坯，粉末压坯相对密度可达到相对密度可达到98-99%。在该工艺中，为了充分发挥在压制。在该工艺中，为了充分发挥在压制过程中的颗粒重排和塑性变形等温压致密化机制，往往需要过程中的颗粒
35、重排和塑性变形等温压致密化机制，往往需要优化原料粉末设计（如形状、粒度组成的选择），通过退火优化原料粉末设计（如形状、粒度组成的选择），通过退火或扩散退火处理以改善粉末塑性，以及往粉末中掺入高性能或扩散退火处理以改善粉末塑性，以及往粉末中掺入高性能高温润滑剂（添加量通常为高温润滑剂（添加量通常为0.6wt%）。）。 3.3.温压成型技术温压成型技术 第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 特点特点 ：（1）密度高且分布均匀）密度高且分布均匀 常规一次压制常规一次压制-烧结最高密度一般为烧结最高密度一般为7.1g/cm3左右，温压一左右，温压一次压制
36、次压制-烧结密度可达到烧结密度可达到7.40-7.50 g/cm3，温压二次压制，温压二次压制-烧烧结密度可高达结密度可高达7.6g/cm3左右。温压工艺中高性能润滑剂保左右。温压工艺中高性能润滑剂保证了粉末与模壁之间具有较低的摩擦系数，使得压坯密度分证了粉末与模壁之间具有较低的摩擦系数，使得压坯密度分布更加均匀，采用温压工艺制备齿轮类零件时齿部与根部间布更加均匀，采用温压工艺制备齿轮类零件时齿部与根部间的密度差比常规压制工艺低的密度差比常规压制工艺低0.10.2g/cm3。 第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 特点特点 ：（2）生坯强度高）生
37、坯强度高常规工艺的生坯强度约为常规工艺的生坯强度约为1020MPa，温压压坯的强度则为，温压压坯的强度则为2530MPa，提高了，提高了1.25-2倍。生坯强度的提高可以大大降倍。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。烧结连杆制备中表现得尤为明显。 第二章第二章 粉末冶金成
38、型新粉末冶金成型新技术技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 特点特点 ：（2）生坯强度高）生坯强度高常规工艺的生坯强度约为常规工艺的生坯强度约为1020MPa，温压压坯的强度则为，温压压坯的强度则为2530MPa，提高了，提高了1.25-2倍。生坯强度的提高可以大大降倍。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。这一点在温压去烧结后的机加工工序，降低了生产成本。这一点
39、在温压-烧结连杆制备中表现得尤为明显。烧结连杆制备中表现得尤为明显。 第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 特点特点 ：（3）脱模压力小）脱模压力小温压工艺脱模压力温压工艺脱模压力(Slide pressure)约为约为1020MPa，而常，而常规工艺却高达规工艺却高达5575MPa，其降低幅度超过，其降低幅度超过60%。低的脱模。低的脱模压力意味着温压工艺易于压制形状复杂的铁基压力意味着温压工艺易于压制形状复杂的铁基P/M零件和减零件和减小模具磨损从而延长其使用寿命。小模具磨损从而延长其使用寿命。 第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术
40、技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 特点特点 ：（4）表面精度高）表面精度高由于温压工艺使压坯密度升高，而且温压中处于粘流态的润由于温压工艺使压坯密度升高，而且温压中处于粘流态的润滑剂具有良好的滑剂具有良好的“整平整平”作用，因此它可以使铁基粉末冶金作用，因此它可以使铁基粉末冶金零件表面精度提高零件表面精度提高2个个IT等级，使纳米晶硬质合金粉末压坯等级，使纳米晶硬质合金粉末压坯表面精度提高表面精度提高3个个IT等级。等级。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 温压技术研究和开发的核心：温压技术研究和开发的核心： 预合金化粉末的制造技术；预合
41、金化粉末的制造技术； 新型聚合物润滑剂的设计；新型聚合物润滑剂的设计； 石墨粉末有效添加技术；石墨粉末有效添加技术； 无偏析粉末的制造技术；无偏析粉末的制造技术； 温压系统制备技术。温压系统制备技术。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术 3.3.温压成型技术温压成型技术 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。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术 3.3.温压成型技术温压成
42、型技术 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。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术4.流动温压技术流动温压技术 流动温压技术以温压技术为基础流动温压技术以温压技术为基础, ,并结合了金并结合了金属注射成形的优点属注射成形的优点, ,通过加入适量的微细粉末和通过加入适量的微细粉末和加大润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动加大润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动性、填充能力和成形性性、
43、填充能力和成形性, , 这一工艺是利用调节粉这一工艺是利用调节粉末的填充密度与润滑剂含量来提高粉末材料的成末的填充密度与润滑剂含量来提高粉末材料的成形性。它是介于金属注射成形与传统模压之间的形性。它是介于金属注射成形与传统模压之间的一种成形工艺。一种成形工艺。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术4.流动温压技术流动温压技术 流动温压技术的关键是提高混合粉末的流动性，主要通过流动温压技术的关键是提高混合粉末的流动性，主要通过两种方法来实现：两种方法来实现： 第一种方法是第一种方法是: :向粉末中加入精细粉末。这种精细粉末能够向粉末中加入精细粉末。这种精细粉末能够填充在大颗粒之间的间
44、隙中填充在大颗粒之间的间隙中, ,从而提高了混合粉末的松装密度。从而提高了混合粉末的松装密度。 第二种方法是第二种方法是: :比传统粉末冶金工艺加入更多的粘结剂和润比传统粉末冶金工艺加入更多的粘结剂和润滑剂滑剂, ,但其加入量要比粉末注射成形少得多。粘结剂或润滑剂的但其加入量要比粉末注射成形少得多。粘结剂或润滑剂的加入量达到最优化后加入量达到最优化后, ,混合粉末在压制中就转变成一种填充性很混合粉末在压制中就转变成一种填充性很高的液流体。高的液流体。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术4.流动温压技术流动温压技术 将上述两种方法结合起来将上述两种方法结合起来, ,混合粉末在混合粉
45、末在压制温度下就可转变成为流动性很好的黏压制温度下就可转变成为流动性很好的黏流体流体, ,它既具有液体的所有优点它既具有液体的所有优点, ,又具有很又具有很高的黏度。混合粉末的流变行为使得粉末高的黏度。混合粉末的流变行为使得粉末在压制过程中可以流向各个角落而不产生在压制过程中可以流向各个角落而不产生裂纹。裂纹。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术流动温压工艺主要特点如下: (1)可成形零件的复杂几何形状。国外已利用常规温压工艺成功制备出了一些形状较复杂的粉末冶金零件,如汽车传动转矩变换器涡轮毂、连杆和齿轮类零件等。 (2)密度高、性能均一。流动温压工艺由于松装密度较高,经温压后的
46、半成品密度可以达到很高的值。由于流动温压工艺中粉末的良好流动性,由此得到的材料密度也更加均匀。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术4.流动温压技术流动温压技术 (3)(3)适应性较好。流动温压工艺已经用于适应性较好。流动温压工艺已经用于低合金钢粉、不锈钢低合金钢粉、不锈钢316L316L粉、纯粉、纯TiTi粉和粉和WC-WC-CoCo硬质合金粉末。原则上它可适用于所有硬质合金粉末。原则上它可适用于所有的粉末体系，唯一的条件是该粉末体系须的粉末体系，唯一的条件是该粉末体系须具有足够好的烧结性能具有足够好的烧结性能, ,以便达到所要求的以便达到所要求的密度和性能。密度和性能。 (4)
47、(4)简化了工艺简化了工艺, ,降低了成本。降低了成本。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术4.冷成形工艺冷成形工艺 美国开发出一种能在室温下生产全致密零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。此工艺称件而无需后续烧结的粉末冶金工艺。此工艺称之为之为“冷成形粉末冶金冷成形粉末冶金”。它采用特殊配制的。它采用特殊配制的活化溶液与革新的进料靴技术活化溶液与革新的进料靴技术, ,在压力下精确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填充更加均匀, ,而活性溶液则防止形成氧化物而活性溶液则防止形成氧
48、化物, ,从而大大促进了冷焊效应。从而大大促进了冷焊效应。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术4.冷成形工艺冷成形工艺 采用这一工艺可制得全致密的接近最终形采用这一工艺可制得全致密的接近最终形状的零件，而压制后无需烧结及机加工。此工状的零件，而压制后无需烧结及机加工。此工艺采用包覆粉末。但许多市售的金属或非金属艺采用包覆粉末。但许多市售的金属或非金属粉末也可使用。目前该工艺的开发工作主要集粉末也可使用。目前该工艺的开发工作主要集中于生产热操作零件，但这一工艺也适用于生中于生产热操作零件，但这一工艺也适用于生产结构件及其他用途的零件。产结构件及其他用途的零件。第二章第二章 粉末冶金
49、成型新粉末冶金成型新技术技术5.5.注射成形技术注射成形技术 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。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术5.5.注射成形技术注射成形技术 这种技术能够制造用常规模压粉末的技术无法制造的复杂形状结构（如带有螺纹、垂直或高叉孔锐角、多台阶、壁、翼等）制品，具有更高的材质密度（93%100%的理论密度）和强韧性，并具有材质各向同性等特性。目前该项技术成为粉末冶金领域最具活力的新技术
50、并已进入工业化生产阶段。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术5.5.注射成形技术注射成形技术 金属粉末注射成型技术制作的产品有齿轮汽车部件、通信器械元件(如手机的情报通信器械和计算机的 OA 器件)、电动工具、门锁、乐器、医疗器件和缝纫机元件、工业设备元件和磁性元件、枪支瞄准器支架、手枪退子钩和撞针、窗户锁扇形块、纺织机的三角块、眼镜框架的柔性铰链、眼镜脚、手表表壳等。产品都有一个明显的特点：其结构小而复杂，密度和精度高等。制作材料除铁 镍合金外，还有钛及钛合金、铝及铝合金、超硬合金和重合金等 。第二章第二章 粉末冶金成型新粉末冶金成型新技术技术5.5.注射成形技术注射成形技术微
