材料成型工艺基础 第二版 教学课件 作者 刘建华 全书教案_第5章.ppt

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1、第5章粉末冶金及其成型5.1粉末冶金基础5.2粉末冶金工艺过程5.3粉末注射成型技术5.4粉末冶金制品的结构工艺性粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成型和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。它可制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料，又可制造各种精密的机械零件，因此在机器制造业中有广泛的应用。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，故也叫金属陶瓷法。粉末冶金材料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行的，因此可以获得熔点、密度相差悬殊的多种金属

2、、金属与陶瓷、金属与塑料等多相不均质的特殊功能复合材料和制品。(2)提高材料性能。用特殊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、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及其含量的限制，可提高强化相含量，从而发展新的材料体系。(3)利用各种成型工艺，可以将粉末原料直接成型为毛坯或零件，是一种少切削、无切削生产零件的工艺，大大减少了机械加工量，提高了材料利用率。5.1.1金属粉末的性能金属粉末的性能主要指粉末的物理性能和工艺性能，对其成型和烧结过程以及制品的性能都有重大的影响。而金属粉末的化学成分对

3、金属粉末的性能也有很大的影响。5.1粉末冶金基础1.化学成分金属粉末的化学成分一般是指主要金属或组分、杂质以及气体含量。其中金属通常占98%~99%以上。　　金属粉末中的杂质主要为氧化物，氧化物的存在使金属粉末的压缩性变坏，使压模的磨损增大。它可分为易被氢还原的金属氧化物(铁、铜、钨、钴、钼等的氧化物)和难还原的氧化物(如铬、锰、硅、铝等的氧化物)。有时含有少量的易还原金属氧化物，有利于金属粉末的烧结，而难还原金属氧化物却不利于烧结。因此，通常金属粉末的氧化物含量越少越好。金属粉末中的主要气体杂质是氧、氢、一氧化碳及氮，这些气体杂质使金属粉末脆性增大

4、，压制性能变坏，特别是使一些难熔金属与化合物(如钛、铬、碳化物、硼化物、硅化物)的塑性变坏。加热时，气体强烈析出，这也可能影响压坯在烧结时的正常收缩过程。因此，一些金属粉末往往要进行真空脱气处理，以除去气体杂质。2.物理性能粉末的物理性能主要包括颗粒形状、颗粒大小和粒度组成，此外还有颗粒的比表面积、颗粒的密度、显微硬度等。　　金属粉末的颗粒形状即粉末颗粒的外观几何形状，通常有球状、树枝状、针状、海绵状、粒状、片状、角状和不规则状，它主要由粉末的生产方法决定，同时也与制造过程的工艺参数以及物质的分子和原子排列的结晶几何学因素有关。粉末的颗粒形状直接影响

5、粉末的流动性、松装密度、气体透过性，对压制性和烧结体强度均有显著影响。通常情况下，金属粉末的颗粒大小可用筛来测定，用“目”来表示。粉末的颗粒大小对其压制成型时的比压、烧结时的收缩及烧结制品的力学性能有重大影响。　　粒度分布是指大小不同的颗粒级的相对含量，也称做粒度组成，它对金属粉末的压制和烧结都有很大影响。　　比表面积即单位质量粉末的总表面积，可通过实际测定。比表面积大小影响着粉末的表面能、表面吸附及凝聚等表面特性，与粒度有一定的关系，粒度越细，比表面积越大，但这种关系并不一定成正比关系。3.工艺性能粉末的工艺性能包括松装密度、流动性、压缩性与成型

6、性。工艺性能也主要取决于粉末的生产方法和粉末的处理工艺(球磨、退火、加润滑剂、制粒等)。　　松装密度亦称松装比，是金属粉末的一项主要特性，指金属粉末在规定条件下，自由充填标准容器所测得的单位体积松装粉末的质量，与材料密度、颗粒大小、颗粒形状和粒度分布有关。松装密度影响粉末成型时的压制与烧结，也是压模设计的一个重要参数。一般粉末压制成型时，将一定体积或重量的粉末装入压模中，然后压制到一定高度或施加一定压力进行成型，若粉末的松装密度不同，压坯的高度或孔隙度就必然不同。例如还原铁粉的松装密度一般为(2.3~3.0)g／cm3，若采用松装密度为2.3g／cm

7、3的还原铁粉压制密度为6.9g／cm3的压坯，则压缩比(粉末的充填高度与压坯高度之比)为6.9∶2.3＝3∶1，即若压坯高度为1cm时，模腔深度须大于3cm才行。粉末流动性是50g粉末从标准的流速漏斗(又称流速计)流出所需的时间，单位为s／50g。时间愈短，流动性愈好。一般来说，等轴状粉末、粗颗粒粉末流动性好。流动性受颗粒间黏附作用的影响，因此，颗粒表面如果吸附水分、气体或加入成型剂会降低粉末的流动性。粉末流动性直接影响压制操作的自动装粉和压件密度的均匀性，流动性好的粉末有利于快速连续装粉及复杂零件的均匀装粉。压缩性是指金属粉末在压制过程中的压缩能力。

8、它取决于粉末的硬度、塑性变形能力与加工硬化性，并在相当大的程度上与颗粒的大小及形状有关。压缩性