材料工程基础讲稿35.ppt

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1、第二章粉末材料的成形粉末的成形将松散的粉体加工成具有一定尺寸、形状以及一定密度和强度的坯块。成形方法有模压、等静压、挤压、轧制、注浆和热压铸成形等。近年来，由于各学科的交叉渗透以及胶体化学、表面活性剂化学的发展，出现了许多新的成形方法，如压滤成形、注射成形等。按粉料成形时的状态，成形可分为压力成形，如模压成形、等静压成形等和增塑成形，如挤压成形、注射成形等几类。成形是一门实验科学，关于成形的理论尚不完善。1、粉末成形的基本理论粉末的堆积密度、粉末在压力下的运动等是影响成形过程的重要因素。粉末堆积密度和在压力下的运动情况是影响成形过程的重要因素。1）粉体的堆积与排列尺寸均匀的

2、球形颗粒可以进行规则排列和堆积，各种堆积类型和堆积密度(以占粉末固体密度的百分比表示)及配位数表示。大小均匀的球形颗粒粉末倒入容器时，即使颗粒进行面心立方或六方密堆排列堆积密度也低于74%。振动振实密度仅达到62.8%，平均配位数低于12。为提高堆积密度，在大颗粒间加入较小的颗粒。当小颗粒粉末量增加时，表观密度先增加然后降低。以松装密度、振实密度及粉体的流动速率衡量粉末的堆积密度。松装密度影响压缩比。颗粒尺寸越小，松装密度也越小—颗粒间摩擦力↑；形状不规则或球形度低，密度↓。松装密度↑→压缩比↓，有利于成形工艺的控制。流动速率对成形的影响：当颗粒尺寸小于44μm时，颗粒几乎

3、不流动，难以成形。与松装密度相似，球形颗粒流动性↑↑；流动速率随表面粗糙度↑→↓。2）粉末在压力下的运动行为松散粉末的模压或等静压过程可分为三个阶段：1）粉末颗粒发生重排，架桥现象被部分消除，颗粒间接触增加；2）颗粒发生弹塑性变形，塑性变形的大小取决于粉末材料的延性。坯体密度与粉末的压缩性能有关。3）颗粒断裂。在压制过程中产生加工硬化—脆化粉体，随着施加压力↑→脆性断裂→较小的碎块。实际上，这三个阶段是相互交叉发生的。在压制过程中，随着压力↑→粉体密度↑→气孔率↓。对压力与密度或气孔率的关系进行了大量研究：压力与相对密度之间推导出定量的数学公式。黄培云压制理论方程：(2-3

4、)式中：dm--致密金属密度；do--压坯原始密度；d--压坯密度；p--压制压力；M--相当于压制模数；m--相当于硬化指数的倒数。用等静压法及普通模压法对各种金属及碳化物粉末进行成形试验，证实了双对数规律的正确性。表明该方程不仅实用于等静压，也适用于一般的单向压制，且对硬、软粉末适用效果均较好。2、压力成形1）模压成形将粉料填充到模具内部后，单向或双向加压，将粉料压制成所需形状。操作简便，生产效率高，易于自动化。但成形时，粉料易团聚，坯体厚度大时，内部密度不均匀，形状可控精度差，模具质量要求高，复杂形状的部件模具设计较困难。模压成形包括：原料准备、装模、加压、保压、脱模

5、。(1)粉末退火处理：使氧化物还原、降低碳和杂质含量、提高粉末纯度。消除加工硬化、稳定晶体结构。一般要进行退火。为防止超细金属粉末自燃，退火处理使其表面钝化。温度一般选在金属粉末熔点的0.5~0.6倍处。(2)粉末的混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程。有时也将成分相同而粒度不同的粉末进行混合—合批。两种方法：机械法和化学法，机械法应用较多。机械法：可分为干混和湿混。湿混：在混合过程中加入液体分散介质，常用的液体介质有：水、酒精、汽油、丙酮等。湿混介质的要求：不与物料发生反应、沸点低易挥发、无毒性、来源广泛、成本低廉等。化学法混料：将金属或化合物粉末与金属盐溶

6、液混合，或者是各组元全部以某种盐的溶液形式混合后沉淀、干燥和还原等处理得到成分均匀分布的混合物。(3)制粒：用于成形的粉末粒度较细时，进行制粒(造粒)——小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序。目的：改善粉末的流动性，使粉末能顺利地充填模腔。普通造粒法：将粉料加入适量的粘合剂，然后于研钵内混匀后过筛——少量试料。批量造粒在相应的设备上进行，如滚筒制粒机、圆盘制粒机和擦筛机、震动筛等。加压造粒：将混合了粘合剂的粉料预压成块，然后再粉碎过筛。特点是固体颗粒体积密度大，机械强度高，能满足各种大型和异型制品的成形要求，常用的方法。喷雾干燥法密封体系中完成。把混合好粘合剂的粉料先制成料浆

7、，分以下几个阶段：用喷雾器喷入造粒塔雾化；液滴群与加热介质相接触，与另一路进入塔内的热空气会合而进行干燥，雾滴中的水分受热空气的干燥作用在塔内蒸发而成为干粉，然后经旋风分离器吸入料斗，回收备用。可以得到流动性好的球状团粒，产量大，可连续生产，劳动强度低，易于自动化成形。但造粒质量与料浆的粘度和喷嘴的压力有关，粘度和压力不当，会使造出的团粒出现各种缺陷。(4)成形剂：在成形前，粉末混合料中添加能改善成形过程的物质——成形剂。润滑剂：用来减小粉末颗粒与模腔及模冲间的摩擦力；粘合剂：提高坯料成形时的流动性、增加颗粒间的结