粉末冶金的优缺点及其技术
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粉末冶金概念一、什么是粉末冶金粉末冶金是一种通过粉末冶金工艺制备金属制品的方法。
它将金属粉末进行混合、压制和烧结等一系列工艺,最终制得具有一定形状和性能的金属制品。
粉末冶金通常包括粉末的制备、粉末混合、压制、烧结等过程。
二、粉末冶金的制备过程粉末冶金的制备过程主要包括原料制备、粉末的制备和形状成型。
2.1 原料制备原料制备过程是粉末冶金的第一步。
原料通常是金属或非金属的块材料,通过一系列的物理和化学方法,使其转化为适合制备粉末的形态。
2.2 粉末的制备在粉末制备过程中,通常采用机械化方法将块材料加工成颗粒状物料。
常见的粉末制备方法有研磨、球磨和气流研磨等。
2.3 形状成型形状成型是指将粉末加工成具有一定形状的工件。
常见的形状成型方法有压制、注塑和挤压等。
在形状成型的过程中,可以通过加入不同的添加剂和改变工艺参数,来调控工件的性能。
三、粉末冶金的优势和应用领域粉末冶金具有以下的优势:1.单一制备能力:粉末冶金可以制备纯净度高、化学成分准确的金属制品。
2.可混合性:粉末冶金可以将不同成分的粉末进行混合,制备出具有特殊性能的材料。
3.无损制造:粉末冶金通过压制和烧结等过程,可以制备出具有复杂形状和良好性能的工件,且不需要进行二次加工。
4.可持续发展:粉末冶金过程中产生的废料可以进行回收再利用。
粉末冶金在许多领域都有广泛的应用,包括:1.汽车工业:粉末冶金可以制备出高强度、高耐磨的汽车零部件,如发动机曲轴和齿轮等。
2.电子工业:粉末冶金可以制备出具有高热导率和高耐腐蚀性能的电子散热器和接触材料等。
3.医疗器械:粉末冶金可以制备出无毒、无菌的医疗器械,如人工关节和牙科种植体等。
4.能源领域:粉末冶金可以制备出高温合金和热电材料等,用于核能、航天和新能源等领域。
四、粉末冶金的未来趋势粉末冶金作为一种高效、环保的金属制造技术,具有广阔的发展前景。
未来,粉末冶金可能会在以下几个方面实现进一步的发展:1.新材料的研发:随着科学技术的不断进步,新材料的研发成为粉末冶金的一个重要方向。
粉末冶金材料
粉末冶金是一种将金属零件或非金属零件制造成型的方法。
粉末冶金材料指的是由粉末颗粒制成的材料。
粉末冶金材料具有独特的特点和优势,在许多领域得到广泛的应用。
首先,粉末冶金材料具有良好的材料性能。
由于粉末冶金材料是通过将金属粉末或非金属粉末进行模具压制制成的,所以其晶格结构相对松散,缺陷较多,因此具有较高的强度和硬度。
此外,粉末冶金材料还具有优异的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性能,适用于各种恶劣的工作环境。
其次,粉末冶金材料的制造过程简单、高效。
相对于传统的金属加工方法,粉末冶金材料制造过程中无需进行熔融、铸造等繁琐的工艺,而是通过将粉末进行压制和烧结,以及热处理等简单工序即可完成。
这不仅大大节省了能源和材料的消耗,还能够大幅降低生产成本。
再次,粉末冶金材料具有良好的成型能力。
由于颗粒之间的间隙和相互作用力,粉末冶金材料在模具压制过程中易于形成复杂的形状和细小的结构,能够生产出具有高度精度和良好一致性的零部件。
因此,粉末冶金材料可广泛用于汽车、机械、电子等领域,用于制造各种精密零件。
最后,粉末冶金材料还能够实现多种材料的复合和表面工艺。
通过混合不同的金属粉末,可以制备具有特殊性能的复合材料,扩展了材料的应用范围。
同时,通过在粉末冶金材料的表面进行涂覆、热处理和喷涂等工艺,还能够改善材料的表面性能,
提高其耐磨、耐腐蚀和摩擦性能。
综上所述,粉末冶金材料是一种具有良好性能、制造过程简单高效、具有良好成型能力和适用于复合和表面工艺的材料。
在工业生产和科学研究中,粉末冶金材料已经得到广泛应用,并在不同领域发挥着重要作用。
粉末冶金材料及制备技术概述粉末冶金是一种重要的材料制备技术,利用粉末作为原料,通过烧结、热压等工艺将粉末颗粒组装成致密体或复杂形状的零件。
粉末冶金材料因其独特的微观结构和优异的性能,被广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
本文将介绍粉末冶金材料的基本特点,制备工艺以及应用领域。
粉末冶金材料的特点粉末冶金材料具有以下几个特点:1.化学均匀性:粉末冶金材料由单一原料粉末组成,保持了原料的化学均匀性,避免了其他制备工艺中容易出现的成分偏析问题。
2.孔隙率可控:通过调整粉末的颗粒大小和形状,以及制备工艺中的烧结、热压参数,可以控制材料的孔隙率。
这对于某些应用中需要具有特定孔隙结构的材料十分重要。
3.致密且均匀:粉末冶金材料的制备过程中,粉末颗粒会经历烧结或热压等工艺,使得颗粒之间发生固化,形成致密的材料结构。
同时,由于粉末冶金材料的制备过程是固相制备,因此几乎没有晶粒长大的问题,材料的晶界均匀性较好。
4.组织可控:粉末冶金材料的组织可以通过调整原料粉末的物理性质、添加外加剂以及制备工艺来进行调控。
这使得粉末冶金材料可以具备多种特殊的组织结构,如纳米晶材料、金属陶瓷复合材料等。
粉末冶金材料的制备技术粉末冶金材料的制备技术主要包括粉末制备和粉末冶金工艺。
粉末制备粉末冶金材料的制备首先需要粉末的制备。
常见的粉末制备方法包括:1.机械法:通过机械碾磨或球磨等机械力的作用,将原料材料研磨成粉末。
2.化学法:通过化学反应使得原料形成沉淀或气体生成,再进行沉淀或气体的分离和干燥,得到粉末。
3.物理法:包括气相凝聚法、电解法、热气法等,通过物理方法将原料转化为粉末。
粉末冶金工艺粉末冶金工艺是将粉末颗粒进行组装和固化的过程,常见的工艺包括:1.烧结:将粉末颗粒加热至接近熔点的温度,使得颗粒之间发生结合,形成致密体。
2.热压:在高温和高压条件下对粉末进行压制,使颗粒之间发生固化,形成致密体。
3.注射成形:将粉末和有机粘结剂混合后,通过注射成形的方式进行制备,形成绿体后再进行烧结。
粉末冶金发展前景粉末冶金是一种将金属粉末加工成零部件的方法,它具有节能高效,材料利用率高,成本低等优点,被广泛应用于汽车、航空航天、电子、机械制造等领域。
随着社会经济的不断发展和科技的进步,粉末冶金行业的前景也越来越广阔。
首先,随着汽车工业的快速发展,粉末冶金技术已广泛应用于发动机、燃料喷射系统、传动系统等关键部件的制造中。
粉末冶金制造的部件具有高强度、耐磨损、耐高温等优点,可以提高汽车的性能和可靠性,符合世界对汽车环保、节能的要求。
而且,粉末冶金制造的部件可以降低汽车重量,提高燃油利用率,减少排放,符合可持续发展的要求。
其次,航空航天行业对材料性能的要求非常高,粉末冶金制造的零部件具有密度均匀、机械性能优异、气密性好等优点,能够满足飞机的高强度、高耐受力的需求。
粉末冶金制造的部件还具有轻量化的优势,可以减轻飞机重量,提高飞行性能和燃油利用率。
因此,粉末冶金在航空航天领域有着广阔的应用前景。
另外,电子工业对材料的精密度和可靠性要求极高,而粉末冶金制造的部件可以达到亚毫米级和微米级的精度要求。
粉末冶金制造的部件还具有优异的电磁性能、热膨胀系数小、导电性好等特点,可以应用于电子元器件、电池、电子散热设备等领域。
随着人们对电子产品性能要求的不断提高,粉末冶金在电子工业的发展前景也日益广阔。
最后,粉末冶金制造的部件制造成本相对较低,对材料的利用率高,可以减少原材料消耗和能源消耗,符合资源节约型社会建设的要求。
同时,粉末冶金技术还具有生产过程简单、生产周期短等优势,能够提高企业的生产效率和竞争力。
总的来说,粉末冶金作为一种先进的制造技术,具有广泛的应用领域和较好的发展前景。
随着社会对节能环保、高性能材料的需求不断增加,粉末冶金技术有望在汽车、航空航天、电子等领域发挥更大的作用,为社会的发展做出更大的贡献。
粉末冶金习题答案粉末冶金习题答案粉末冶金是一种通过将金属或非金属粉末加工成所需形状的工艺。
它具有高效、节能、材料利用率高等优势,广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
在学习和应用粉末冶金过程中,我们常常会遇到一些习题,下面是对一些常见习题的解答。
一、粉末冶金的基本原理是什么?粉末冶金的基本原理是通过将金属或非金属粉末加工成所需形状,然后在高温下进行烧结,使粉末颗粒之间发生扩散结合,形成致密的固体。
这个过程中,粉末颗粒之间的接触面积增大,扩散速率加快,从而实现了材料的高效结合。
二、粉末冶金的优势有哪些?粉末冶金具有以下优势:1. 材料利用率高:粉末冶金可以将原料粉末几乎完全转化为所需产品,材料利用率高达95%以上。
2. 工艺灵活性强:粉末冶金可以通过调整粉末的成分、粒度和形状,灵活地制备出各种形状和性能的产品。
3. 高效节能:粉末冶金不需要进行熔融,避免了能源浪费和环境污染,具有高效节能的特点。
4. 可制备复杂形状产品:粉末冶金可以制备出复杂形状的产品,如齿轮、凸轮等,满足不同领域的需求。
三、粉末冶金的主要工艺步骤有哪些?粉末冶金的主要工艺步骤包括:1. 粉末制备:将金属或非金属原料加工成粉末,通常包括研磨、球磨、气雾化等方法。
2. 混合与成型:将粉末与添加剂混合均匀后,通过压制、注射成型等方法将其制成所需形状。
3. 烧结:将成型后的粉末在高温下进行烧结,使粉末颗粒之间发生扩散结合,形成致密的固体。
4. 后续处理:根据产品的要求,可进行热处理、表面处理等工艺,以提高产品的性能和质量。
四、粉末冶金常用的粉末制备方法有哪些?粉末冶金常用的粉末制备方法包括:1. 机械研磨法:通过将金属块料放入球磨罐中与研磨介质一起旋转摩擦,使其破碎成粉末。
2. 气雾化法:将金属或非金属原料加热至液态,然后通过高压气体将其喷雾成粉末。
3. 化学法:通过化学反应将金属溶液转化为金属粉末,如溶液还原法、气相还原法等。
粉末冶金是什么材料
粉末冶金是一种通过粉末冶金工艺制备金属、合金、陶瓷和复合材料的新型材料。
它是将金属或非金属粉末通过压制、烧结等工艺形成所需产品的一种方法。
粉末冶金技术具有高效节能、原料利用率高、可以制备复杂形状和高性能材料等优点,因此在航空航天、汽车、机械制造、电子等领域得到了广泛应用。
粉末冶金材料主要包括金属粉末和非金属粉末两大类。
金属粉末是指通过机械
方法将金属块破碎、研磨而成的细小颗粒,而非金属粉末则是指氧化物、氮化物、碳化物等非金属材料的粉末。
这些粉末经过混合、压制、烧结等工艺,可以制备出具有特定性能的材料。
粉末冶金技术的优势在于可以制备出具有特殊性能的材料。
通过控制粉末的形状、尺寸、分布以及添加其他元素等方法,可以调控材料的力学性能、磁性能、耐磨性、耐腐蚀性等特性。
而且,粉末冶金材料还可以制备出具有多孔结构的材料,应用于过滤、吸附等领域。
粉末冶金材料还具有良好的加工性能。
由于粉末冶金材料的原料是粉末,因此
可以通过压制、注射成形、烧结等工艺制备出复杂形状的零部件,而且还可以减少加工过程中的废料,提高材料的利用率。
此外,粉末冶金材料还具有良好的均匀性。
由于粉末冶金材料是由微小颗粒组
成的,因此可以实现各向同性的材料性能,而且可以实现多种材料的复合,从而得到具有多种性能的复合材料。
总的来说,粉末冶金是一种重要的材料制备技术,它可以制备出具有特殊性能
的材料,并且具有良好的加工性能和均匀性。
随着科学技术的不断发展,相信粉末冶金技术将会在更多的领域得到应用,为人类的发展做出更大的贡献。
粉末模压成型的优缺点粉末冶金技术是一种常见的制造工艺,而粉末模压成型则是粉末冶金技术中的重要步骤之一。
粉末模压成型是指将金属粉末或合金粉末加工成各种形状的工件的过程,通常通过压力将粉末在模具中紧凑成所需形状,然后通过烧结或热处理工艺使其成为具有一定强度和密度的零部件。
这种成型方法在工业制造中得到广泛应用,因其具有一些独特的优点和一些限制,下面将分别探讨其优缺点。
优点:1.材料利用率高:粉末模压成型能够有效提高原材料的利用率,由于是将粉末在模具中直接加工成形,基本没有废料产生,因此在材料利用方面是非常高效的。
2.生产效率高:粉末模压成型相对于传统的加工方式,如铸造或机械加工,具有较高的生产效率。
一次成型出来的成品形状准确,精度高,可大批量生产,适用于大规模工业生产。
3.可制造复杂形状零部件:粉末模压成型可以生产出一些传统加工方法难以制造的复杂形状的零部件,如具有内孔、异形或薄壁结构的零部件,具有很好的设计灵活性。
4.产品密度高:粉末模压成型的成品密度较高,通常在85%-95%之间,取决于原粉末的大小、形状、分布以及成型工艺参数等因素。
高密度的成品通常具有较好的力学性能。
缺点:1.设备投资和模具成本高:粉末模压成型所需的设备精密性要求高,生产线一般需要压力机、模具、烧结炉等设备,设备投资和模具成本较高,对生产厂家的资金投入要求较高。
2.对原粉末性能要求高:粉末模压成型对原粉末的性能要求较高,包括熔点、粒度、形状、杂质含量等,这会对原材料的选择和加工流程带来一定的限制。
3.成品尺寸稳定性:由于粉末成型时受到粉末流动性的影响,成品尺寸的稳定性相对较差,特别是对于较大尺寸的零部件,需要经过较复杂的烧结和热处理工艺来保证尺寸精度。
14.杂质和气孔:在粉末模压成型过程中,由于原粉末中可能存在杂质或氧化物,以及成型过程中粉末之间的空隙无法完全消除,造成最终成品中可能存在气孔、夹杂物或缺陷,需通过后续的烧结或热处理来改善。
粉末冶金工艺
粉末冶金工艺是一种将金属粉末熔化成金属零件的技术。
这种工艺具有加工时间短、成本低、准确性、多样性等不可替代的优势。
它可以用于制造金属零件,如硬度高的齿轮、薄壁的器件、复杂形状的零件和零件的细部加工。
粉末冶金工艺的历史可以追溯到20世纪70年代,当时这项技术被用于制造高硬度的金属零件。
随着时间的推移,这项技术也发展出多种不同的制造形式,比如熔炼焊接、铸造、三维打印等。
粉末冶金工艺的基本方法是将金属粉末和表面活性剂混合成胶
状物质,然后将其喷射到预先准备好的工件或模具表面上。
借助于温度等能量技术,粉末胶状物质会变成固态,并形成更细致的结构。
粉末冶金工艺可以用于制造各种零件或器件,比如发动机零件、机器人配件、航空航天结构件、仪器仪表结构件等。
这些零件除了具有精确的准确性,还具有绝对的硬度和耐腐蚀性。
粉末冶金工艺的另一个优势是可以制造出复杂的零件。
它可以使金属零件具有精细的镶嵌效果、复杂的旋转效果等等。
另外,由于金属粉末可以被准确控制,因此可以制造出精确的形状和细节,从而满足客户的精密加工需求。
粉末冶金工艺的应用范围正在不断扩大,它的优势正在逐渐被重视。
它属于一种非常精密的加工技术,可以制造硬度高的零件、复杂的形状和表面细节等。
在未来,粉末冶金工艺的应用将受到更多的关注,而它也将成为一种普遍接受的制造技术。
粉末冶金工艺
粉末冶金工艺是一项现代高科技工艺,主要利用热和粉末冶金技术制造许多令人惊叹的零部件,用于许多不同行业。
它和其它表面处理技术一样,具有成本低、生产周期短等优点,可满足客户的高要求。
粉末冶金工艺具有高精度、高硬度。
粉末冶金的原理是,通过将粉末金属通过热处理和机械加工等工艺融合到一起,形成一种高强度的金属制品。
它具有良好的高精度、高硬度和良好的整体性,并可用于制造各种高精度、高质量的零部件,是生产自动化系统的重要元素之一。
粉末冶金工艺的特点之一就在于它可以提供几乎任何形状的零部件,它可以根据客户的要求,通过热处理和机械加工等技术形成任何复杂的零部件,而且能在短时间内完成。
粉末冶金工艺的优势还在于它的低成本,它可以比传统的加工技术降低成本,可以满足客户的要求,而且相比传统加工技术,它可以在更短的时间内实现更高的性能标准。
最后,粉末冶金工艺可以节约空间,由于它采用了可重复使用的粉末成型技术,从而可以有效地减少设备占用空间。
粉末冶金工艺是一项发展较快的高科技技术,它可以制造出精密的零部件,用于许多不同行业,并且具有成本低、生产周期短的优点,特别是针对生产自动化系统和复杂零部件,粉末冶金工艺可以发挥出色的作用。
因此,在经济发展的今天,粉末冶金的应用前景非常广阔,可以
在工程设备、电子元件、玩具、汽车及航空航天等行业得到广泛的应用。
它可以满足客户各种不同规格的需求,实现高精度、高强度、高质量的零部件制造,可以极大提高产品性能,并且有利于节约能源和成本。
总之,粉末冶金技术是一种实用的高科技技术,可以提供高精度、高强度的产品,可以满足市场的高要求,可以节约能源,可以提高产品的质量,在经济发展过程中发挥着重要作用。
粉末冶金的优缺点及其技术粉末冶金工艺的优点:1、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。
2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯,而不需要或很少需要随后的机械加工,故能大大节约金属,降低产品成本。
用粉末冶金方法制造产品时,金属的损耗只有1-5%,而用一般熔铸方法生产时,金属的损耗可能会达到80%。
3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料,也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质,而烧结一般在真空和还原气氛中进行,不怕氧化,也不会给材料任何污染,故有可能制取高纯度的材料。
4、粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性。
5、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品,特别是齿轮等加工费用高的产品,用粉末冶金法制造能大大降低生产成本。
粉末冶金工艺的基本工序是:1、原料粉末的制备。
现有的制粉方法大体可分为两类:机械法和物理化学法。
而机械法可分为:机械粉碎及雾化法;物理化学法又分为:电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。
其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。
2、粉末成型为所需形状的坯块。
成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯,并使其具有一定的密度和强度。
成型的方法基本上分为加压成型和无压成型。
加压成型中应用最多的是模压成型。
3、坯块的烧结。
烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。
成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。
烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。
对于单元系和多元系的固相烧结,烧结温度比所用的金属及合金的熔点低;对于多元系的液相烧结,烧结温度一般比其中难熔成分的熔点低,而高于易熔成分的熔点。
除普通烧结外,还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺。
4、产品的后序处理。
烧结后的处理,可以根据产品要求的不同,采取多种方式。
如精整、浸油、机加工、热处理及电镀。
此外,近年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于粉末冶金材料烧结后的加工,取得较理想的效果。
粉末冶金材料和制品的今后发展方向:1、有代表性的铁基合金,将向大体积的精密制品,高质量的结构零部件发展。
2、制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密的高性能合金。
3、用增强致密化过程来制造一般含有混合相组成的特殊合金。
4、制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金。
5、加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。
粉末冶金工艺缺点:1:在没有批量的情况下要考虑零件的大小.2:模具费用相对来说要高出铸造模具.粉末冶金(P/M)技术是一门重要的材料制备与成形技术,被称为是解决高科技、新材料问题的钥匙…。
高性能、低成本、净近成形一直以来是粉末冶金工作者重要研究课题之一。
粉末冶金法能实现工件的少切削、无切削加工,是一种高效、优质、精密、低耗节能制造零件的先进技术。
进入20世纪80年代许多行业,特别是汽车工业比以往任何时候更加依赖于粉末冶金技术,尽可能多地采用粉末冶金高性能的零部件是提高汽车尤其是轿车在市场中的竞争能力的一种有力手段。
高密度的P/M产品是保证其具有优异的力学性能的关键因素。
因此,为扩大粉末冶金P/M零部件的应用范围,必须提高其密度以获得力学性能优异的粉末冶金零部件。
目前,常用来提高P/M零部件密度的技术途径主要有:压缩性铁粉的应用复压复烧浸铜高温烧结粉末热锻等等由于这些工艺存在着不同程度的成本和工件尺寸精度保证困难等技术问题,使本富于竞争力的粉末冶金零件的潜力难以得到充分发挥。
而流动温压粉末成型技术的发展使之成为提高P/M零件密度的有效途径。
1.流动温压粉末成型技术的发展1.1温压技术的发展20世纪80年代末,Hoeganaes公司的Musella等人为提高零件密度,在扩散粘结铁粉制备工艺的研究基础上,将粉末和模具加热到一定温度进行压制,开发出一种所谓温压的新工艺,即ANCORDENSE工艺。
温压工艺就是采用特制的粉末加温、粉末输送和模具加热系统,将混有特殊聚合物润滑剂的金属粉末和模具加热至130~150℃,然后按传统粉末压制工艺进行压制和烧结以提高压坯密度的新方法据资料分析,虽然温压工艺比常规的一次压制烧结工艺的相对成本提高了20%,但比渗铜工艺、复压烧结工艺、粉末热锻工艺分别降低了20%、30%和80%的成本,开拓了粉末冶金应用的潜力。
因而被誉为“开创粉末冶金零件应用新纪元的一次新型制造技术”,为零部件在性能和成本之间找到一个理想的结合点,也被认为是进人90年代以来粉末冶金零件生产技术方面最为重要的一项技术进步"。
目前,在粉末制备、工艺优选、温压及烧结行为、致密化机理等方面均进行了广泛的研究,并实现了工业化生产。
1.2金属注射成形技术的发展金属注射成形MIM(Metal Injection Molding)是传统粉末冶金工艺与现代塑料注射成形工艺相结合而形成的一门新型近净成形技术。
最早可追溯于20世纪30年代开始的陶瓷火花塞的粉末注射成形制备,随后的几十年间粉末注射成形主要集中于陶瓷注射成形。
直到1979年,由Wiech等人组建的Parmatech公司的金属注射成形产品获得两项大奖,以及当时的Wiech和Rivers先后获得专利,粉末注射成形才开始转向以金属注射成形为主导。
1.3流动温压粉末成型技术的产生金属粉末注射成形技术适用于大批量制造具有复杂几何形状、高性能、高精度的零件,在产业化方面也取得突破性进展。
但该工艺在粉末中需要加人较多的粘结剂,粉末需用≤1 0um的超细近球形粉,从混料到脱脂、烧结,工序较复杂,工艺要求严格,特别是需要较长的脱脂和烧结时间,造成制造成本往往偏高。
流动温压成形(WFC:Warm Flow Comp action)正是在金属粉末温压的基础上,结合了金属粉末注射成形工艺的优点,通过加人适量的粗粉和微细粉末以及加大热塑性润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动性、填充性和成形性¨。
由于在压制时混合粉末变成具有良好流动性的粘流体,既具有液体的优点,又有很高的粘度,并减小摩擦力,使压制压力在粉末中分布均匀,还得到了很好的传递。
这样,粉末在压制过程中可以流向各个角落而不产生裂纹,从而使密度也得到了很大的改善。
该技术由德国Fraunhofer先进材料与制造研究所(IFAM)于2001年首次报道。
流动温压可以在80~130℃温度下,在传统压片机上精密成形形状非常复杂的工件,如带有与压制方向垂直的凹槽、孔和螺纹孔等的复杂工件,而不需要其后的二次机加工。
WFC 技术既克服了传统冷压在成形复杂几何形状方面的不足,又避免了注射成形技术的高成本,是一项极具潜力的新技术,具有广阔的应用前景。
流动温压工艺几乎适用于所有的粉末体系,但最适合于成形低合金钢、Ti以及WC、Co等硬质合金粉。
2.流动温压粉末成型技术的特点流动温压工艺是在温压工艺基础上结合了金属注射成形的优点而发展起来的,它是一种新型的粉末冶金零件近净成形技术。
在对温压的研究中,人们发现温压成形时在径向产生了很大的径向压力,从而在注射成形技术中注射喂料的良好流动性和成形性给予了启发,将两者的优势结合起来并对混合粉料加以优化就产生了流动温压粉末成型技术。
流动温压工艺就是将具有良好流动性的混合粉末装入型腔中,然后在一定温度下压制成形具有较复杂几何外形的工件,不需专门脱脂工艺而直接烧结制得粉末冶金零件的新技术。
其主要特点可概括如下。
2.1可成形具有复杂几何形状的零件、采用流动温压可以直接成形与压制方向相垂直的凹槽、孔和螺纹孔等工件。
而采用冷压制造此类形状的工件却是非常困难甚至是不可能的,一般需要通过其后的机加工才能完成。
即使用数控压片机来实现复杂和精准的动作也只能生产出较为简单的此类工件。
Fraunhofer研究人员也用带有微小锥度的成形冲头成功地直接成形了较深的盲孔工件,盲孔的壁高和壁厚的比率可达到3~7,壁厚的变化范围可在1~3mm。
为了系统地研究流动温压工艺中粉末的流动行为,Fraunhofer研究人员采用了如图1所示的特制模具¨引。
该模具为两半用螺栓联接而成,水平孔和垂直孔的直径都是16mm。
研究人员对T孔、通孔、L孔形型腔模具进行了研究,与压制方向垂直的侧孔的长度可以通过螺栓来调节。
用流动温压工艺成功制备出了T型工件。
实验结果表明,混合粉末的良好流动性足以避免在拐角处产生裂纹。
利用流动温压工艺还可成形零件更复杂的几何外形。
混合粉末的良好流动性使得流动温压工艺可以精密地成形工件的精细轮廓。
因此,流动温压工艺可以用于成形螺纹。
用带有外螺纹型芯的模具经压制成形后,将型芯从半成品中拧出,然后进行烧结就可制得螺纹。
根据收缩率选取适当的型芯直径就可压制出所需的螺纹而不需要二次机加工。
这也许是流动温压工艺最显著的应用。
对流动温压进行了初步研究,制造出一套研究流动温压流动趋势的特制装置,并实现十字型零件的成形。
2.2压坯密度高、密度较均匀流动温压由于装粉密度较高,因此经温压后的半成品密度可以达到很高的值。
除密度提高外,由于粉末流动性好,成形的零件密度也更加均匀。
或者说采用简单的模冲(不需要辅助的浮动多轴模冲)就可成形多台阶的粉末冶金工件。
对于难成形的纯Ti粉,应用流动温压也取得了明显的结果。
如采用Ti粉成形的T型工件的密度分布(在零件图上用1~6数字标出)如下图所示。
从图中可以看出,采用流动温压可以获得较高的密度,工件除具有较好的烧结性能外,密度分布也较均匀。
图中“5”处距离零件中心轴有14mm,在冷压时密度偏低,这主要是阴模模壁的摩擦和压力的传递不均造成的。
Ti基半成品和成品在不同位置的密度分布(ri无空隙密度为4.5g/cm3)2.3对材料的适应性好流动温压工艺可适用于各种金属粉末,包括低合金钢粉、不锈钢粉、纯Ti粉和硬质合金粉末等。
Fraunhofer研究人员对各种金属粉末进行了流动温压工艺研究,都取得了较显著的结果,其中包括低合金钢粉(DistolayAE)、不锈钢316L粉、纯Ti粉和WC-Co硬金属粉末。
流动温压工艺原则上可适用于所有的粉末系,唯一的要求是该粉末必须具有足够好的烧结性能,以便最终达到所要求的密度和性能。
2.4工艺简单,成本低用传统粉末冶金方法成形零件在垂直于压制方向上的凹槽、横孔等外形,需要设计非常复杂的模具或通过烧结后的二次机械加工才能完成。
虽然注射成形技术在成形零件的复杂外形方面几乎不受什么限制,但是由于添加的粘结剂数量较多,在加热过程中会因为重力影响使工件发生变形,因此往往需要额外增加一道较复杂和较昂贵的专门脱脂工序,使得注射成形技术比常规粉末冶金技术成本高,所以注射成形的零件不一定能够取代可满足其设计功能的常规粉末冶金零件,从而使注射成形技术的应用范围受到了一定的限制。
而流动温压粉末成型技术既可直接成形复杂几何外形而不需要其后的二次机加工;另一方面,在流动温压成形工艺中,所用的特殊粘结剂和润滑剂含量适中,所配置的混合粉末具有很高的粘度和临界剪切强度,在加热过程中不会发生变形,因而可直接在烧结过程中去除粘结剂。