粉末冶金新技术-成形

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。

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。

粉末冶金成形技术总则✶粉末成形技术就是将预混合好的粉末填入设计好的模腔中，通过压机施加一定的压力使之形成所设计的形状的产品，然后由压机将产品脱出模腔的过程。

✶与之相关的有以下几个方面1.粉末制造及粉末混合2.模具3.成形压机4.模架5.模具的组立粉末方面与模具方面 这里不作具体介绍成形压机✶成形压机中模面分两种形式：1.中模面浮动2.中模面固定✶成形压机中模面浮动形式分两种类型：1.脱模位置固定，成形位置可以调整2.成形位置固定，脱模位置可以调整一般，压力吨位较小的采用中模面固定类型，压力吨位较大的采用中模面浮动。

成形过程中压机运转的几个阶段✶1.充填阶段：从脱模结束后开始至中模面上升到最高点结束，压机运行的角度从270度开始至360度左右结束；✶2.加压阶段：是粉末在模腔中受压成形阶段。

一般有上模加压和中模面下降（即下压）加压，有时还有最终加压，即在下压结束后上冲再次加压，压机的运行角度从120度左右开始至180度结束；✶3.脱模阶段：此过程是产品由模腔被顶出的过程。

压机的运行角度由180度开始至270度结束中模面浮动的两种类型的区别：1.脱模位置固定，成形位置可以调整的形式以脱模下死点作为成形压机的基准点，基准点位置的角度270度。

充填的变化只能改变脱模的行程量和加压的行程量，对最终的脱模位置点不可改变，下压的变化不改变充填量；2.脱模位置浮动，成形位置固定的形式以压制过程结束时作为成形压机的基准点，基准点的位置在180度。

充填的变化不光改变脱模行程量和加压行程量，还将改变脱模位置点，下压的变化会改变充填量。

模架✶模架是模具的执行者，在成形过程中模具通过模架的动作从而产生各个冲子之间的相对运动，挤压模腔中的粉末，使之成形成所设定的形状。

✶从模架结构方面来分：有上一下一直至上二下三机构，主要有上模板、中模板、第一浮动板、第二浮动板、固定板和芯棒板组成。

上模板与机台的上加压部连接，芯棒板与机台的主轴连接，芯棒板通过四根导柱与中模板连成一个整体。

粉末冶金成型技术粉末冶金成型技术(PM)是一种新兴的金属加工技术，它使用粉末材料，经过热处理、压实、成形和加工等工艺，最终形成最终产品。

这种技术可以有效地生产复杂结构和高精度零件，被广泛应用于航天航空、汽车制造、电子信息、新材料研发等领域。

粉末冶金技术主要包括热解法(thermal decomposition)、汽化烧结法(vapour deposition sintering)和气相混合法(gas phase mixing)等。

热解法是目前最常用的一种技术，它利用热力学原理将粉末金属转化为熔融的金属液，然后将其冷却固化，最终形成最终产品。

汽化烧结法通过加热粉末材料来达到烧结的效果，最终形成的零件均匀性及结合强度较高，可应用于高强度零件的制造。

气相混合法利用点火系统在真空中燃烧粉末金属材料，使其形成金属熔融物，随后冷却固化即可形成最终零件。

粉末冶金技术具有诸多优势，如质量高、制造成本低、能够生产复杂结构复杂精度零件、有利于环境保护等。

然而由于其复杂性和技术门槛高，其产品形成损耗大，生产效率低，制造过程中不易控制精度等，使得粉末冶金技术的应用受到了一定的限制。

另外，粉末冶金技术的发展还需要更加完善的研究与管理体系。

粉末冶金技术的成功应用，需要良好的研究成果和合理的经济效益，这一技术必须结合全面的工艺改进技术、生产管理和后处理方法进行系统研究，以满足不断增长的市场需求。

综上所述，粉末冶金技术是一种潜在的应用范畴十分广泛的技术，它可广泛应用于复杂结构和精度零件的制造，极大地改变了传统的金属加工技术。

未来，粉末冶金技术将继续发展，在先进制造业及家用电器等领域获得更多的应用，成为一个重要的制造技术。

粉末冶金成型技术是一种新兴技术，它能够有效地生产复杂结构和高精度零件，它的应用范围也会随着新材料和新技术的不断发展而更新更换，并促进经济和生活进步。

未来，粉末冶金技术将迎来更大的发展，在航天航空、汽车制造、新材料研发及家用电器等领域都有广泛的应用前景。

粉末冶金螺旋齿轮成形工艺
粉末冶金螺旋齿轮成形工艺主要包括粉末制备、混合、压制、烧结和加工等环节。

具体流程如下：
1. 粉末制备：采用化学法或机械法等方法制备金属粉末，以保证粉末的纯度和均匀性。

2. 混合：将所需金属粉末按比例混合，一般采用球磨机或高速搅拌器等设备进行混合，以使各种金属粉末充分混合均匀。

3. 压制：将混合好的金属粉末装入模具中，通过等静压或注射成形等方式将金属粉末压制成所需形状的基体，并在基体上留下齿轮的齿形。

4. 烧结：经过压制后的金属基体需要进行烧结处理，即将金属基体放入高温炉中，在一定温度下进行烧结，使金属粉末颗粒形成致密的金属结构，增强其力学性能。

5. 加工：经过烧结处理后的金属基体需要进行进一步的加工，包括车削、磨削、齿轮切削等操作，以使其达到所需的精度和表面质量。

在以上工艺中，压制和烧结是最关键的环节。

通过不同的压制方式和烧结条件，可以获得不同性能的螺旋齿轮。

压制时需要控制压力、温度和时间等参数，以确保金属粉末充分填充模具，并保证形成的基体密度和强度。

烧结时需要控制温度和气氛等条件，以确保金属粉末颗粒间的结合力达到理想的水平。

综上所述，粉末冶金螺旋齿轮的成形工艺是一个复杂的过程，需要对各个环节进行精密控制，以获得高质量的产品。

粉末材料的主要成型方法
粉末材料的主要成型方法包括：
1. 烧结成型：将粉末材料加压成形后，在高温下进行烧结，使粉末颗粒粘结和合并，形成坚固的固体。

2. 注射成型：将粉末和粘结剂混合后注射到模具中，然后通过加热或固化使粉末颗粒固化成形。

3. 挤出成型：将粉末和粘结剂混合后挤出成型，通过加热或固化使粉末颗粒固化成形。

4. 粉末冶金成型：通过压制、烧结或热压等方式，将粉末材料制成金属产品或零件。

5. 粘结剂成型：将粉末材料与粘结剂混合后进行成型，其中粘结剂的作用是使粉末颗粒粘结在一起。

6. 激光烧结成型：利用激光束将粉末颗粒局部加热，使其熔化和熔接成形。

7. 真空烧结成型：在真空环境中进行烧结成型，可以减少氧化反应和杂质的产生，提高成品质量。

8. 喷雾成型：将粉末材料喷雾成细小颗粒，在加热或加压条件下使其固化成形。

金属粉末冶金注射成型技术金属粉末冶金注射成型技术（Metal Powder Injection Molding，简称MIM）是近年来快速发展起来的一种先进的粉末冶金成形工艺。

它将金属粉末与有机蜡粉通过混合、热塑性制品注射成型、脱蜡、烧结等步骤制作成金属零件。

MIM技术具有成型精度高、加工复杂度高、生产效率高等优点，并且可以制造出形状复杂、尺寸精确的金属零部件，已经在汽车、电子、医疗器械等领域得到广泛应用。

金属粉末冶金注射成型技术的工艺流程主要包括：粉末配方、混合、成型、脱蜡、烧结和后处理。

首先，根据要生产的零件的要求选择合适的金属材料，对金属粉末进行配方，以获得所需的物理和化学性能。

然后，将金属粉末和有机蜡粉混合均匀，形成金属粉末和有机蜡的复合物料。

复合物料经过精密注射成型机注射到塑料型腔中，通过注射压力和模具温度的控制，使金属粉末和有机蜡混合物充分填充型腔，并形成零件的初始形状。

注射成型后，将模具中的零件放入脱蜡设备中进行脱蜡处理。

在脱蜡过程中，通过加热使有机蜡融化和蒸发，从而获得完全密实的金属粉末成型件。

然后，将脱蜡后的零件置入烧结炉中进行烧结处理。

在烧结过程中，通过控制炉内温度和气氛，使金属粉末颗粒相互结合，获得致密的金属零部件。

最后，对烧结后的零件进行后处理，如机械加工、热处理、表面处理等，以获得所需的工程性能和外观质量。

MIM技术的优势主要体现在以下几个方面：首先，MIM技术可以制造出形状复杂、尺寸精确的金属零部件，可以实现传统加工方法难以实现的形状和结构。

其次，MIM技术具有高度的自动化程度，生产效率高，能够大规模、高效率地生产金属零件。

再次，MIM的制造工艺具有较好的重复性和稳定性，能够确保产品的质量和性能的稳定性。

此外，MIM还可以利用强化纤维等增强材料提高零件的力学性能。

当前，MIM技术已经应用于广泛的领域。

在汽车行业，MIM技术可以用于制造汽车的发动机支架、齿轮、离合器等零部件；在电子行业，MIM技术可以用于制造手机、电视等电子产品的外壳、连接器等零部件；在医疗器械领域，MIM技术可以制造手术钳、植入物等高精度、高性能的医疗器械部件。

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.。

金属粉末注射成型技术(Metal Powder Injection Molding，简称MIM)是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成形技术。

其基本工艺过程是：首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(～150℃)用注射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。

与传统工艺相比，具有精度高、组织均匀、性能优异，生产成本低等特点，其产品广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。

因此，国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。

美国加州Parmatech公司于1973年发明，八十年代初欧洲许多国家以及日本也都投入极大精力开始研究该技术，并得到迅速推广。

特别是八十年代中期，这项技术实现产业化以来更获得突飞猛进的发展，每年都以惊人的速度递增。

到目前为止，美国、西欧、日本等十多个国家和地区有一百多家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作。

日本在竞争上十分积极，并且表现突出，许多大型株式会社均参与MIM工业的推广，这些公司包括有太平洋金属、三菱制钢、川崎制铁、神户制钢、住友矿山、精工--爱普生、大同特殊钢等。

目前日本有四十多家专业从事MIM产业的公司，其MIM工业产品的销售总值早已超过欧洲并直追美国。

到目前为止，全球已有百余家公司从事该项技术的产品开发、研制与销售工作，MIM技术也因此成为新型制造业中最为活跃的前沿技术领域，被世界冶金行业的开拓性技术，代表着粉末冶金技术发展的主方向MIM技术金属粉末注射成型技术是集塑料成型工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科透与交叉的产物，利用模具可注射成型坯件并通过烧结快速制造高密度、高精度、三维复杂形状的结构零件，能够快速准确地将设计思想物化为具有一定结构、功能特性的制品，并可直接批量生产出零件，是制造技术行业一次新的变革。

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浆浇注等静压成形注射成形连续成形粉末锻造粉末冶金成形技术粉末冶金特殊成形技术切削运动粉浆浇注是将粉末与水（或其他液体如甘油、酒精等）制成一定浓度的悬浮粉浆，注入具有所需形状的石膏模内，利用石膏模吸水使之干燥后成形。

粉浆浇注成形粉浆浇注粉浆浇注工艺粉浆浇注工艺原理图粉浆的制取石膏模的制造浇注干燥a) 组合石膏模；b) 注浆；c) 吸水；d) 成形注件粉浆浇注工艺应用是陶瓷工业自古以来就采用的成形技术。

对于粉末冶金，主要用于生产硬质合金、钨钼坩埚、不锈钢等。

生产复杂形状大件粉末冶金制品的有效办法。

钨坩埚等静压成形通过液体或气体传递压力使粉末体各向均匀受压而实现致密化的方法。

分为冷等静压和热等静压两种。

前者通常以水或油作为压力介质，后者常用气体（如氩气、氮气）作为压力介质。

与一般钢模压制法相比，①等静压压坯密度分布均匀、强度高； ②能够压制具有复杂形状的压件；③单位压制压力低； ④模具制作方便、成本低；⑤缺点是压坯精度和生产效率较低。

等静压特点等静压制原理示意图1-排气阀；2-压紧螺母；3-顶盖；4-密封圈；5-高压容器；6-橡皮塞；7-模套；8-压制料；9-压力介质入口有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）冷等静压（C I P ）a) 湿式等静压b) 干式等静压冷等静压通常是将粉末密封在软包套内，然后放到高压容器内的液体介质（油或水）中，通过对液体施加压力使粉末体各向均匀受压，从而获得所需要的压坯。

冷等静压又分湿式等静压和干式等静压。

广泛用于硬质合金、难熔金属及其他各种粉末材料的成形，尤其适合具有复杂形状或较大长径比的零件。

1-顶盖；2-橡胶模；3-粉料；4-高压圆筒；5-压力传递介质；6-底盖；7-上活塞；8-顶盖；9-高压圆筒；10-粉料；11-加压橡胶；12-压力传递介质；13-成形橡胶模；14-底盖；15-下活塞热等静压（H I P）热等静压是将金属粉末装入特制的包套内，然后置于可加热的密闭高压容器中，施以高温和高压，使粉末压制、烧结成致密制品的过程。

粉末压制及烧结方法一、成形技术1、金属粉末注射成形技术( MIM)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，首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(约150℃)用注射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。

被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。

由于在流动状态下，均匀填充模腔成形，模腔内各点压力一致，密度一致，消除了传统粉末冶金压制成形不可避免的沿压制方向的密度梯度，可以获得组织结构均匀、力学性能优异的近净成形零部件，并且产品的制造成本可以降低到传统工艺的20％～30％。

适合于大批量生产小型、复杂以及具有特殊要求的金属零件。

缺点：去除粘结剂可能会产生气孔问题。

2、激光成型技术激光成型原理是用CAD生成的三维实体模型，通过分层软件分层、每个薄层断面的二维数据用于驱动控制激光光束，扫射液体、粉末或薄片材料，加工出要求形状的薄层，逐层积累形成实体模型。

同传统的制造方法相比较，激光成型显示出诸多的优点：（1）制造速度快、成本低、节省时间和节约成本，为传统制造方法注入新的活力，而且可实现自由制造，产品制造过程以及产品造价几乎与产品的批量和复杂性无关。

（2）采用非接触加工的方式，没有传统加工的残余应力的问题，没有工具更换和磨损之类的问题，无切割、噪音和振动等，有利于环保。

（3）可实现快速铸造、快速模具制造，特别适合于新产品开发和单间零件生产。

3、温压成形技术它是在混合物中添加高温新型润滑剂，然后将粉末和模具加热至150℃左右进行刚性模压制，最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术，是普通模压技术的发展与延伸。

该技术主要有以下几个方面的特点：能以较低的成本制造出高性能的铁基等粉末冶金零部件；提高零部件生坯密度；产品具有高强度；便于制造形状复杂以及要求精密的零部件；密度均匀等该技术目前主要用于生产铁基合金零件，同时人们正在研究用这种技术制备铜基合金、钛合金等其它材料零件。

粉末冶金注射成型工艺
粉末冶金注射成型，简称MIM（Metal Injection Molding），是一种将金属粉末与粘结剂混合进行注射成型的方法。

它首先将所选粉末与粘结剂进行混合，然后将混合料进行制粒再注射成形所需要的形状，经过脱脂烧结将粘结剂处理掉，从而得到我们想要的金属产品，或再经过后续的整形、表面处理、热处理、机加工等方式使产品更加完美。

MIM是典型的学科跨界产物，将两种完全不同的加工工艺（粉末冶金和塑料注塑成型）融为一体，使得工程师能够摆脱传统束缚，以塑料注塑成型的方式获得低价、异型的不锈钢、镍、铁、铜、钛和其它金属零件，从而拥有比很多其它生产工艺更大的设计自由度。

MIM工艺过程主要分为四个阶段，包括造粒、注射、脱脂和烧结，如有需要后续可以进行机加工或者拉丝、电镀等二次加工工艺。