粉末冶金成型技术.

第5章粉末冶金特种成形技术5.1概述粉末的制备、成形和烧结是粉末冶金过程中的三个基本环节。

传统的粉末冶金成形通常是将需要成形的粉末装入钢模内，在压力机上通过冲头单向或双向施压而使其致密和成形，压机能力和压模的设计成为限制压件尺寸及形状的重要因素。

由于粉末与模壁的摩擦而使压力降低，使成形密度不均匀，限制了大型坯件的生产。

所以，传统的粉末冶金零件尺寸较小，单重较轻，形状也简单。

随着粉末冶金产品对现代科学技术发展的影响日益增加，对粉末冶金材料性能以及产品尺寸和形状提出了更高的要求，传统的钢模压成形难以适应需要。

为了解决上述问题，很多学者广泛地研究了各种非模压成形方法，相对于传统的模压成形，将后者称之为粉末冶金特种成形技术。

粉末冶金成形技术一直处于不断发展演化过程中，从传统的单向压制到双向压制，再到等静压成形，从冷等静压成形到热等静压成形，还出现了准等静压成形（包括陶粒压制、STAMP工艺、快速全向压制等）、温压成形、流动温压成形、高压温压成形、喷射成形、挤压成形、粉浆浇注成形、粉末轧制成形、粉末锻造成形、金属粉末注射成形、粉末电磁成形等特种成形技术。

有些技术既是粉末成形过程，也是烧结过程，如粉末热等静压成形、放电等离子烧结、爆炸烧结、选择性激光烧结等。

目前，现代粉末冶金成形技术正朝着高致密化、高性能化、高生产效率、低成本方向发展。

不同的特种成形方法具有不同的特点，应从坯件的性能、形状和尺寸三方面适应制品的特殊需要。

本章将对它们的原理、特点、工艺及应用等进行论述。

其中粉末喷射成形、注射成形分别在第4章与第8章中讨论，而放电等离子烧结、爆炸烧结、选择性激光烧结技术在“粉末冶金特种烧结技术”中讨论。

5.2 等静压成形(IP)等静压成形（Isostatic Pressing）是借助于高压泵的作用把流体介质(气体或液体)压入耐高压的钢质密封容器内，高压流体的静压力直接作用在弹性模套内的粉末上，粉末体在同一时间内在各个方向上均衡地受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯。

粉末冶金成型技术粉末冶金成型技术是一种把制备的金属粉末混合成型的现代金属加工技术。

它有可能把任何金属粉末结合成复杂的物体，如构件和复杂的零件等，它不仅可以为生产有特殊形状的零件提供方便，而且可以减少材料的消耗，节省制造时间和成本。

粉末冶金成型技术分为热压成形和冷压成形两种。

热压成形是指把高温粉末压入模具，然后经过压力和高温处理，最后用特殊工艺把模具内的粉末变成给定形状。

冷压成形是指把低温粉末压入模具，然后经过一系列特殊工艺把粉末结合在一起形成一定形状的产品，最后通过高温固化使其变得坚硬。

粉末冶金成型技术不仅可以生产复杂形状的金属零件，而且可以满足生产小批量或单件零件的需求。

典型的应用包括机械零件、航空零件、航天用零件等。

粉末冶金成型技术具有一定的优势，首先，它可以实现复杂零件的加工，这避免了大多数切削加工工艺所面临的技术难题和加工费用的消耗；其次，它可以更有效地实现性能优良的零件，因为贴合技术可以把比普通切削加工技术更少的原料消耗量转变成更多的形状和功能；第三，它还可以在多种金属材料之间制造合金化的零件，并满足不同应用场合的要求。

此外，粉末冶金成型技术还可以在极低温和极高温环境中使用，并可以产生可靠的重复性和准确性，从而提供极低的废品率。

然而，粉末冶金成型技术也存在一些缺点。

正如上文所述，它依赖于模具和高温条件，且受模具形状限制，模具设计和开发费用也较高；对于密度更大的零件，贴合可能较其他方法的成本更高；因为模具的硬度较大，所以它的滑动性能不太好；另外，粉末冶金技术的产品有一定的粗糙性，很难达到高精度要求。

总之，粉末冶金成型技术是一种重要的金属加工技术，可以大大提高零件加工效率并降低成本。

然而，也有一些缺点需要解决，比如模具的高温及耐磨性、模具制造的费用高等，但只要正确使用粉末冶金技术，就能满足企业的实际需求。

高密度粉末冶金成形方法研究及优化一、引言高密度粉末冶金成形技术是一种通过在粉末表面施加压力和温度实现金属材料成形的加工工艺。

该技术具有高效率、低成本、高精度、可逆性和可重复性等优点。

因此，在改进传统的金属成形过程以及开发新型金属材料时，高密度粉末冶金成形技术已成为一种备受关注的重要研究领域。

二、高密度粉末冶金成形方法的分类高密度粉末冶金成形技术根据成形前后粉末状况的变化，可分为以下几种方法：1. 等静压成形 (HIP)等静压成形是一种将高密度金属粉末放入成型模具中，先以低压力进行预压，随后在高温和高压力的条件下加以成形的加工方法。

等静压成形方法可以制造出具有高密度和高性能的复杂形状金属零件，如滚轮轴承、配气机构、燃气轮机叶片等等。

2. 烧结成型烧结成型是一种通过在制备过程中在粉末中添加一些粘结剂，使得粉末在高温条件下粘结在一起，然后进行成形的方法。

这种方法可以制造出高精度、高可靠性和抗热性能强的机械结构件和高强度、低密度的材料。

3. 挤压成形挤压成形是一种通过将金属粉末放入旋转式模具中，在模具两端施加压力来实现成形的加工方法。

这种方法较其他成形方式更为简单，适用于制作一些规则结构的中间件、链接件和管道接头。

4. 等离子粉末成形等离子粉末成形是一种将金属粉末喷射到等离子体火焰中进行高温加热，通过表面张力形成液态金属，并恰当地加压形成零件的一种成形工艺。

等离子粉末成形方法操作简单、可加工出具有高密度、高强度和高耐磨性的金属零件。

三、高密度粉末冶金成形方法的优化为了进一步提高高密度粉末冶金成形技术的加工效率、成形质量和材料性能，需要进行相应的优化。

优化方案一：材料的合理选择选择合适的材料是决定高密度粉末冶金成形成功与否的关键因素之一。

高密度粉末冶金成形的理想材料是那些粒度大小适中、形状均匀、流动性能好而且作为粉末冶金材料的化学成分方面相同或相似的金属粉末。

因此，选择质量优良、粘度适中的金属粉末是高密度粉末冶金成形过程中一个非常重要的环节。

本讲内容§3.1 粉末模压成形原理§3.2 成形技术-1§3.3 成形技术-2程继贵材料科学与工程学院本讲内容-成形技术部分一、成形前的粉末冶金二、模压成形技术三、等静压成形四、粉末连续成形五、浆料成形专题-粉末注射成形四、粉末连续成形定义：粉末在压力作用下由松散状态经过连续变化而成 为具有一定密度、强度以及所需尺寸形状压坯或 制品的过程。

主要包括：粉末轧制、挤压、喷射成形、楔形压制等基本特征：● 是模压成形方法的重要补充，可以生产 普通模压成形无法生产的多孔或致密的 板、带、棒、及管材等；● 比钢模压制需要较少的设备、容器。

（一）金属粉末轧制（Powder rolling）概述1.1. 概述粉末轧制的概念：粉末在一对轧棍之间在轧辊力的作用下压实成具有一定强度的连续带坯的过程。

粉末轧制的特点：● 与熔铸轧制相比：11）基本原理相同，要实现轧制：μ+ξ>α2）可轧制出熔铸轧制无法生产或难以生产的板、带材等（尤多层复合板、带）33）工艺流程短、节能、成本较低44）压坯或产品成分精确可控、轧制产品各向同性55）成材率较高● 与模压成形相比：1）轧制能耗比压制低22）可以生产模压成形无法生产的板、带材3）压坯密度更均匀，压坯长度原则上不限44）板带材宽度、厚度有限：δ=（1/100 ~1/300）D，一般≤10mm 粉末轧制适用于生产宽度几百mm，厚度10mm 以下，长度原则不限的板带材，或D/D/δδ很大的衬套等粉末轧制的分类：● 粉末直接轧制（direct powder rolling ）应用较广泛：对塑性好的粉末 ● 粉末粘结轧制 (bonded powder rolling)加入粘结剂改善粉末体的成形性● 包套粉末热轧（canned powder hot rolling ） 对活性粉末以及要求高致密度的材料粉末冷轧粉末热轧按进料方式分为：水平、垂直和倾斜轧制轧制过程的定量关系（轧制带坯厚度、密度与粉末特性及轧辊尺寸之间的定量关系）基本概念及符号： 咬入层、咬入角α（α1） H α— 咬入宽度δR — 轧制带坯厚度D 、r r —— 轧辊直径、半径 ρ松、ρ压—粉末松装密度及轧坯密度V 进、V 轧— 粉末进料速度和轧制速度粉末料柱宽度 B ≈轧坯宽度 b H α图4-26 粉末轧制时的咬入区和变形区H αδ几何关系：质量关系：1cos 1cos 11−−=⎥⎦⎤⎢⎣⎡−+=z D D R R ηαδδαηρρ）（）（松压进轧v v /=η松压ρρ/=z ——延伸系数————压紧系数 定量关系式：影响轧制过程的因素1）粉末性能● 松装密度： ρ松↑，ρ压↑，δ↑（保证轧制条件下）● 流动性： 流动性↑，V进↑，η↓， ρ压↑，δ↑（保证轧制条件下）● 粉末硬度：低的粉末硬度便于变形和形成高的机械啮 合，↑成形性，↑压坯强度2）轧辊直径↑D, ρ（δR固定）；δR ↑（ρ一定）3）给料方式水平与垂直：垂直 V V进↑，ρ↑、δR↑4）轧制速度↑ω,ρ、δR↓（m不变）5）辊缝t↑t，轧制压力降低，ρ↓，δR↑粉末轧制工艺：粉末准备→ 喂料（水平、垂直方式）→轧制（冷轧、热轧） → 轧坯→烧结（直接烧结、成卷烧结）粉末冷轧工艺● 室温下轧制● 轧制速度较低：0.6-30m/s● 轧坯可卷成卷后烧结，也可烧结后卷成卷，还可烧结后再热轧冷轧冷轧+ 热轧粉末热轧工艺● 可以对粉末、预成形坯等进行轧制● 防氧化—包套（真空）轧制或气氛保护粉末轧制的应用�多孔板材，如过滤板、催化剂板材�层状复合材料带、板材�多层钢背支撑轴承�纤维增强复合材料粉末、粉末压坯或粉末烧结坯在外力作用下，通过挤压筒的挤压嘴挤成坯料或制品的成形方法（二）粉末挤压1. 概述●粉末挤压的定义Powder Extrusion挤● 挤压的分类�粉末直接挤压（冷挤压）：适应于塑性好的金属粉末�粉末增塑挤压：粉末加入一定量的成形剂或粘结剂后挤压，适应于硬质粉末如硬质合金粉末�粉末包套热挤：适应于弥散强化合金等�烧结坯或粉末压坯的热挤压：适应于塑性较好的有色金属材料。

DEFORM粉末冶金成形工艺数值模拟技术应用安世亚太公司晏建军1 前言金属粉末冶金成形已应用于多种工业机械零部件的成形工艺，包括齿轮、轮盘、汽车连杆等。

粉末冶金成形是将松散的粉末体加工成具有一定尺寸、形状以及一定密度和强度的坯块。

传统的成形方法有模压成形、等静压成形、挤压成形、轧制成形、注浆成形和热压铸成形等。

DEFORM金属粉末成形技术可实现粉末成形工艺过程的计算机数值模拟，预测粉末成形缺陷，优化加工工艺参数。

2 粉末冶金成形工艺优势及面临问题从制作机械零部件方面来看，粉末冶金法制作机械零部件是一种少切削、无切削工艺，可以大量减少切削加工量而节省机床，节约金属材料，提高劳动生产率。

用金属粉末冶金法制作机械结构零件时，比用其他加工方法的材料利用率高、能耗低。

粉末成形工艺过程的实现，涉及到工艺参数及模具结构设计等种种因素，粉末的初始装填密度、压机的锻压速度、压制力等对粉末冶金零件的成形形状、压实密度分布、成形应力应变等具有难以预测的影响，而成形零件的锻压质量又影响到产品的机械性能和使用寿命，因此如何更科学更准确地评估压实成形质量，是汽车齿轮、连杆等金属粉末加工产品的重要方面。

DEFORM塑性成形分析程度的金属粉末成形功能可预测成形过程中产品可能出现的缺陷、分析成形尺寸精度、各部位密度分布等现象，优化成形工艺参数，缩短研发周期。

3 DEFORM粉末冶金成形工艺方案的工业应用粉末冶金成形工艺模拟软件用于精确预测产品最终形状及机械加工件的密度分布，DEFORM数值模拟技术已成为产品及加工工艺设计和优化的有力工具。

在数值模拟计算系统中，可通过快速仿真分析，获得粉末成形模具粉料填充、材料流动、成形吨位、温度场分布、应力应变、能量及裂纹等信息，同时，该数值仿真系统可对粉末成形后的产品进行烧结工艺分析，预测烧结后的产品体积变化及内应力、密度，指导成形模具和工艺参数的优化设计。

在粉末冶金成形领域已获得良好的工业化应用。

先进金属复合材料成形技术
先进金属复合材料成形技术是指利用先进的工艺和设备对金属复合材料进行成形加工的技术。

金属复合材料是由金属基体和增强材料（如纤维增强材料）组成的复合材料。

相比于传统的单一金属材料，金属复合材料具有更高的强度、刚度和耐热性能。

然而，由于其复杂的结构和成分，金属复合材料的成形加工相对困难。

先进金属复合材料成形技术主要包括以下几个方面：
1. 粉末冶金成形技术：通过将金属粉末与增强材料混合，然后经过高温和高压的成形过程，使其熔合并固化成型。

这种成形技术适用于复杂形状和大尺寸的金属复合材料制品。

2. 金属复合材料锻造技术：利用锻机对金属复合材料进行锻造成型。

锻造可以改变材料的内部组织结构和形状，从而提高其力学性能和耐热性能。

3. 金属复合材料挤压技术：通过在金属复合材料中施加高压，使其通过模具的通道流动并成形。

挤压成形技术适用于长条形的金属复合材料制品。

4. 金属复合材料注射成型技术：利用注射机将金属复合材料融化后注入模具中进行成型。

注射成型技术可以制造出高精度和复杂形状的金属复合材料制品。

以上是几种常见的先进金属复合材料成形技术，通过这些技术的应用，可以制造出更高性能、更复杂的金属复合材料制品，满足不同领域对于材料强度和耐热性能的要求。

粉末冶金成型的工艺过程粉末冶金成型是一种利用粉末金属和其他复合材料制作各种形状和大小的零件的工艺，是一种广泛应用于航空航天、船舶、汽车、石油、机械制造和精密仪器等领域的一种重要工艺。

粉末冶金成型的工艺过程主要包括粉末成形、热处理和表面处理三个步骤。

首先，粉末成形。

将粉末金属或复合材料放入型腔内，然后用轧制机将其压实，形成特定的零件形状。

一般分两种方法：一种是热压成型，将粉末金属或复合材料装入型腔，然后将其加热，并用压力将其压实，使其形成所需的零件形状；另一种是压力成形，将粉末金属或复合材料装入型腔，然后用压力将其压实，使其形成所需的零件形状。

其次，热处理。

热处理对粉末冶金成型产品具有重要意义，其目的是改善材料的力学性能、改变材料的组织结构、调节材料的组织参数、提高材料的硬度和韧性等。

热处理可分为正火处理和回火处理两种，根据所需要的效果，可选用不同的工艺方式，如火焰热处理、氩弧焊热处理、电火花热处理等。

最后，表面处理。

表面处理的目的是使粉末冶金成型后的零件具有良好的外观和耐磨性，并且提高其耐腐蚀性。

表面处理的方法多种多样，如电镀、阳极氧化、氧化处理、涂装、抛光等。

由于粉末冶金成型产品的表面粗糙度较高，一般需要进行抛光处理，以改善表面光洁度和表面粗糙度。

粉末冶金成型的过程比较复杂，需要经过粉末成形、热处理和表面处理这三个步骤，才能得到满足要求的零件。

粉末冶金成型工艺具有加工复杂形状零件的优势，具有节约材料、提高加工精度、改善性能和缩短交货期等优点，已成为航空航天、船舶、汽车、石油、机械制造和精密仪器等领域的重要工艺。

Secondly, heat treatment. Heat treatment is of great significance to powder metallurgy forming products, which aims to improve the mechanical properties of materials, change the structure of materials, adjust the organization parameters of materials, increase the hardness and toughness of materials, etc. Heat treatment can be divided into two types: normalizing and annealing, different process can be selected according to the required effect, such as flame heat treatment, argon arc welding heat treatment, electric spark heat treatment, etc.。

第六章粉末冶金6.1 金属粉末的特性6.2 粉末制备技术6.3 粉末冶金成形技术第三节粉末冶金成形技术普通模压成形特殊成形烧结切削运动粉末成形后得到的压坯只是粉末颗粒界面接触的机械聚合体，必须经过适当的高温烧结，使颗粒间产生原子结合，才能获得质地坚硬、符合要求的成品。

粉末压坯的烧结就是在高温下借助原子迁移实现颗粒间冶金结合的过程。

粉末冶金烧结烧结?烧结过程烧结过程示意图烧结过程：黏结烧结颈长大闭孔隙球化和缩小a) 烧结前颗粒的接触状态;b) 烧结早期的烧结颈长大;c) 烧结后期孔隙球化黏结：烧结初期，原子扩散，颗粒间的机械接触点或面转变为晶体结合，即形成烧结颈。

该阶段烧结体不发生收缩，但烧结体强度和导电性明显增加。

烧结颈长大：中期阶段，原子向颗粒结合面大量迁移，烧结颈扩大，形成晶界和孔隙网络；同时晶粒长大，大量孔隙消失。

该阶段烧结体收缩，密度和强度明显增加。

闭孔隙球化和缩小：烧结后期，多数孔隙被分隔成封闭孔隙，并逐渐球化缩小。

烧结过程烧结过程烧结切削运动烧结工艺制度烧结温度烧结气氛保温时间起始烧结温度：指颗粒之间形成原子结合的最低温度。

通常以最低塔曼温度指数α（烧结热力学温度与材料熔点热力学温度之比）来表示，金属粉末的α指数在0.3~0.4之间。

实际烧结温度：指烧结工艺所制定的高温烧结阶段的温度，温度指数α=0.67~0.80，其下限略高于再结晶温度。

烧结温度越高，颗粒之间越容易烧结，烧结制品的性能越高。

烧结时间：指高温烧结阶段的保温时间。

在一定温度下，烧结时间越长，烧结越充分，烧结体性能也越高。

一般来讲，实际生产中，多采用提高温度，缩短时间的工艺来提高产品的性能。

烧结温度与烧结时间有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）烧结气氛？防止环境对烧结制品的有害作用 排除有害杂质及润滑剂，净化炉气 维持烧结制品有用成分烧结气氛①氧化性气氛用于贵金属的烧结（如Ag）、氧化物弥散强化材料的烧结等；②还原性气氛用于烧结时还原被氧化的金属或保护金属不被氧化，如硬质合金、铜基、铁基制品；③惰性或中性气氛包括氮气、氩气、氦气及真空等，如活性金属可采用真空烧结。