第4章 粉末压制和常用复合材料成形过程

第第4 4章章 粉末压制和常用复合材料成形过程粉末压制和常用复合材料成形过程 Page1机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng材料成形技术基础第第4章粉末压制和常用复合材料成形过程Page 2机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng第第1节粉末压制成形过程第第2节粉末压制产品及应用第第3节粉 末压制零件或制品的结构特征第第4节陶瓷制品成形过程简介第第5 节常用复合材料成形过程简介主要内容Page3机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng4 1粉末压制成形过程粉末压制 主要指粉末冶金 是是用金属粉末 或者金属和非金属粉末的混合物 做原料 经压制成形后烧结而制 造各种类型的零件和产品的方法 颗粒状材料兼有液体和固体的双重特性 即整体具有一定的流动性 和每个颗粒本身的塑性 人们正是利用这特性来实现粉末的成形 以获得所需的产品 Page4机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng粉末冶金的特点 能够生产出其他方法不能或很难制造的制品 可制取难熔 极硬和特殊性能的材料 例如钨丝 硬质合金 磁性 材料 高温耐热材料等 又能生产净形和近似净形加工的优质机械 零件 如多孔含油轴承 精密齿轮 摆线泵内外转子 活塞环等 材料的利用率很高 接近100 虽然用其他方法也可以制造 但用粉末冶金法更为经济 一般说来 金属粉末的价格较高 粉末冶金的设备和模具投资较 大 零件几何形状受一定限制 因此粉末冶金适宜于大批量生产的 零件 Page5机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng4 1粉末压制成形过程Page6机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng粉末压制生产技术流程原材料粉末 添加剂 配混 压制成形 烧 结 制品 其他处理加工 制品Page7机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng4 1 1金属粉末的制取及其特性 一 金属粉末的制取金属粉末的生产有多种方法 其中主要有矿物 还原法 雾化法 机械粉碎法等 1 矿物还原法矿物还原法是金属矿石在一定冶金条件下被还原后 得到一定形状和大小的金属料 然后将金属料经粉碎等处理以获得 粉末 Page8机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng4 1 1金属粉末的制取及其特性2 电解法电解法是在金属盐水溶液 中通以直流电 金属离子在阴极放电析出或熔盐电解析出金属颗粒 或海绵状金属块 再用机械法进行粉碎 Page9机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng3 雾化法雾化法是使熔化的液态金属从雾化塔上部的小孔中流出 同时喷入高压气体 在气流的机械力和急冷作用下 液态金属被 雾化 冷凝成细小粒状的金属粉末 落入雾化塔下的盛粉桶中 4 1 1金属粉末的制取及其特性Page10机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng4 1 1金属粉末的制取及其特性4 机械粉碎法机械破碎法中最常用 的是钢球或硬质合金球对金属块或粒原料进行球磨 适宜于制备一 些脆性的金属粉末 或者经过脆性化处理的金属粉末 如经过氢化 处理变脆的钛粉 Page11机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng金属粉末的特性金属粉末的特性对粉末的压制 烧结过程 烧结 前强度及最终产品的性能都有重大影响 1 成分粉末的成分通常指主要金属或组分 杂质及气体的含量 金属粉末中主要金属的含量大都不低于98 99 完全可以满足烧 结机械零件等的要求 但在制造高性能粉末冶金材料时 需要使用纯度更高的粉末 影响金属粉末的基本性能的因素包括成分 粒径分布 颗粒形状和 大小及技术特征等 Page12机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng重要金属粉末生产方法金属粉末生产方法金属粉末生产方法铁铁 还原法 水雾化法 空气雾化法 研磨法铍铍研磨法 还原法电解 法铜 镍电解法 雾化法 还原法银银电解法 沉淀法钨 钼 钒 钴还原法硅硅研磨法钛 锆 钽还原法 电解法铝铝雾化法 研 磨法铌 钍 铬 锰电解法 还原法锌 锡 铅雾化法金属粉末的 特性Page13机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng 2 颗粒形状和大小颗粒形状是影响粉末技术特征 如松装密度 流 动性等 的因素之一 通常 粉粒以球状或粒状为好 颗粒大小常用粒度表示 粉末粒度通常在0 1 500 m 150 m以上的定为粗粉 40 150 m定为中等粉 10 40 m的的定为细粉 0 5 10 m为为极细 粉 0 5 m以下的为超细粉 粉末颗粒大小通常用筛号表示其范围 各种筛号表示每平方英寸 1in2 6 45 10 4m2 筛网上的网孔数 金属粉末的特性Page14机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng筛号与网孔大小的对应关系筛号 目32426080100150 xx50325400网 孔大小 m49535124617514710474614437金属粉末的特性 3 粒度分布粒度分布是指大小不同的粉粒级别的相对含量 也称为 粒度组成 粉末粒度组成的范围广 则制品的密度高 性能也好 尤其对制品 边角的强度尤为有利 Page15机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng 4 技术特征 松装密度又称松装比 指单位容积自由松装粉末的质 量 受粉末粒度 粒形 粒度组成及粒间孔隙大小决定 松装比的大小影响压制与烧结性能 同时对压模设计是一个十分重 要的参数 流动性指指50g粉末在粉末流动仪中自由下降至流完后所需的时间 时间愈短 流动性愈好 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 压制性包括压缩性与成形性 压缩性的好坏决定压坯的强度与密度 通常用压制前后粉末体的压 缩比表示 粉末压缩性主要受粉末硬度 塑性变形能力与加工硬化性决定 经退火后的粉末压缩性较好 为保证压坯品质 使其具有一定的强度 且便于生产过程中的运输 粉末需有良好的成形性 金属粉末的特性Page16机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng4 1 2粉末配混 粉末配混是根据产品配料计算并按特定的粒度分 布把各种金属粉末及添加物 如润滑剂等 进行充分地混合 此工 序通过混粉机完成 为改善粉末的成形性和可塑性 在粉料中添加增塑剂 如汽油 橡 胶溶液 石腊等 Page17机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng1 目的2 成形机理将松散的粉料通过压制或其它方法制成具有一 定形状尺寸的压坯 在装入模具型腔内的金属粉料在150 1600MN m2成形压力作用下 粉 粒之间的原子通过固相扩散互相渗透促进粉粒的结合 另一方面因粉粒表面凹凸不平 受压后互相合 致使压坯密度提高 强度增大 4 1 3压制成形Page18机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng4 1 3压制成形粉末压制成型的工序包括 称粉 装粉 压制 保 压及脱模等 Page19机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng压制成形方法压制成形的方法有很多 如钢模压制 流体等静压 制 三向压制 粉末锻造 挤压 振动压制 高能率成形等 常用的有1 钢模压制钢模压制指在常温下 用机械式压力机或液压 机 以一定的比压压 压力常在150 160MPa 将钢模内的松装粉末成 形为压坯的方法 这种成形技术方法应用最多且最广泛 Page20机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng1 钢模压制Page21机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng流体等静压制是利用体高压流体 液体或气体 同时从各个方向对 粉末材料施加压力而成形的方法 11 工件 22 橡胶或塑料模 33 高压容器 44 高压泵2 流体等静压制Page22机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng1 侧向压力 2 轴向冲头 3 放气孔三向压制综合了单向钢模压制与等静压制的特点这种方法得 到的压坯密度和强度超过用其他成形方法得到的压坯 但它适用于成形形状规则的零件 如圆柱形 正方形 长方形 套 筒等 3 三向压制Page23机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng另外 可利用挤压与轧制直接从粉末状态生产挤压制品或轧制产 品 如杆件 棒料 薄板 构件等 根据材料和性能要求的不同 可选择不同的加热及加工顺序 通常一个理想的零件 其各个部位都必须具有均匀的密度分配 在粉末冶金中 粉末压制成形的主要问题是如何使成形的压坯密度 均匀 它不仅标志着压制对粉末密实的有效程度 且可决定随后烧 结时材料的形状 4 1 3压制成形软 硬两种粉末压制中压力与密度之间的关系1 软质材料粉末 2 硬质材料粉末Page24机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng一个粉末冶金产品是以密度 强度 精度来表示的 压坯的强度是一个比较重要的品质指标 压制过程中 随着压力增大 压坯强度也提高 这主要是因为一方 面粉末接触表面的塑性变形导致的原子间作用力增大 另一方面是 粉粒表面凹凸不平而产生的机械啮合力的结果 4 1 3压制成形Page25机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng压坯的密度和强度大小对烧结体的品质有直接的影响 密度大 强度高 烧结体的品质也好 另外 坚固的压坯便于生产过程中的运输和半成品加工 对于某些硬质材料的粉粒 因塑性变形能力差 压制中即使增大压 力也产生不了很大效果 故生产中常靠加入润滑剂 又叫成形剂 来增加压制时粉末间的黏 结与压坯的强度 凡影响成形性的因素都将影响压坯的密度和强度 4 1 3压制成形Page26机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng4 1 4压坯烧结1 目的压制的型坯强度很低 必须进行烧结 烧结是将型坯按一定的规范加热到规定温度并保温一段时间 使型 坯获得一定的物理与机械性能 机械强度 的工序 2 烧结机理粉末压坯的表面积大 表面能高 表面与内部的各种缺 陷多 处于不稳定状态 在烧结过程中 高温坯料颗粒之间易于发生扩散 熔焊 化合 溶 解和再结晶等物理化学过程 分散的坯料颗粒结合为一个稳定 坚实的结晶体 即烧结体最终获 得所需要的性能 Page27机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng3 烧结方法烧结通常在保护性气氛的高温炉或真空炉内进行烧结 A烧结规范 烧结温度一般为基体熔点的2 3 3 4 即 烧 2 3 3 4 T熔 B烧结分类 保温时间时间太短 不利于原子扩散和迁移 不利于成 分 组分均匀化 保温时间过长 易造成晶粒粗大 生产率低 成本升高等缺点 保护气氛为防止粉料氧化 烧结过程一般在还原性或中性气氛下 进行 如煤气 氢气等 要求高的应在真空炉内进行烧结 固相烧结烧结过程中各组元均不形成液相 液相烧结烧结时部分组元形成液相 在液相表面张力的作用下 粉粒相互靠紧 故烧结速度快 制品强 度高 4 1 4压坯烧结Page28机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng4 1 4压坯烧结粉末压坯一般因孔隙度大 表面积大 在烧结中高 温长时间加热下 粉粒表面容易发生氧化 造成废品 因此 烧结必须在真空或保护气氛中进行 若采用还原性气体作保 护气氛则更为有利 烧结过程中可能出现的问题 1 翘曲 2 过烧 3 分解反应及多晶转变 4 黏结剂烧掉Page29机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng4 1 5烧结后的其他处理或加工1 渗透 又称为熔渗 把把低熔点金 属或合金渗入到多孔烧结制品的孔隙中去的方法称为熔渗 2 复压将烧结后的粉末压制件再放到压形模中压一次 叫做复压 3 粉末金属锻造以金属粉末为原料 先用粉末冶金法制成具有一定 形状和尺寸的预成形坯 然后将预成形坯加热后臵于锻模中锻成所 需零件的方法 4 精压将零件放入模具中并加以高压的工序 目的是进一步提高制品的密度 强度 5 其他后续处理粉末冶金制品有一些后续工序 如含油轴承的浸油 处理 以及机械加工 喷砂处理 有时还须进行一些必要的热处理 等 Page30机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng根据技术要求 生产粉末金属可选择下属过程 压制 烧结 压 制 烧结 复压 压制 预烧结 精压 烧结 压制 预烧结 精压 烧结 复压 通常情况下 类过程的应用约占80 但 类过程的应用也不少 而较复杂的 类和 类过程仅用于某些特殊零件 近年来 由于可压实性粉末材料及高耐磨模具材料的开发 经一次 压制就可获得较高强度的零件 4 1 5烧结后的其他处理或加工Page31机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng4 1 5烧结后的其他处理或加工Page32机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng4 2粉末压制产品及应用现代汽车 飞机 工程机械 仪器仪表 航空航天 军工 核能 计算机等工业中 需要许多具有特殊性能 的材料或在特殊工作条件下的零部件 粉末压制在很大程度上促进 解决这些与科技发展密切相关的任务 Page33机机电工程学院S c h oo lo fM e c ha ni ca l E le ct ri ca lE ng i n ee ri ng4 2 1粉末压制机械结构零件粉末压制机械结构零件又称烧结结构 件 这类制品在粉末冶金工业中产量最大 应用面最广范 在现今汽车工业中广泛采用粉末压制制造零件 烧结结构件总产量的60 70 用于汽车工业 如发动机 变速箱 转 向器 启动马达 刮雨器 减震器 车门锁中都使用有烧结零件 Page34机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring汽车变速箱中粉末压制件零件名称材料及处理零件名称材料及 处理离合器导向轴承Fe C Pb Fe Cu C变速器键Fe Ni 渗碳 淬火离合器分离轴承Fe Cu 渗碳 淬火止推垫圈Fe Cu C离合器踏板衬套Fe Cu C换挡操纵零件Fe Cu C离合器齿轮 同步器毂Fe Cu Ni C万向接头的中心球Fe Cu 渗碳 淬火Page35机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring4 2 2粉末压制轴承材料1 多孔含油轴承材料这是一种利用粉末 压制材料制作的多孔性浸渗润滑油的减磨材料 用作轴承 衬套等 常用的有铁铁 石墨和青铜 石墨含油轴承材料 含油轴承工作时 由于摩擦发热 使润滑油膨胀从合金孔隙中压到 工作表面 起到润滑作用 运转停止后 轴承冷却 表面上润滑油由于毛细管现象的作用 大 部分被吸回孔隙 少部分仍留在摩擦表面 使轴承再运转时避免发 生干摩擦 这样就可保证轴承能在相当长的时间内 不需加油而能有效地工作 Page36机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring含油轴承材料的孔隙度通常是18 25 孔隙度高则含油多 润滑性好 但强度较低 故适宜在低负荷 中 速条件下工作 孔隙度低则含油少 强度较高 适宜于中 高负荷 低速条件下工作 有时还需补加润滑油 目前 这类材料广泛用于汽车 拖拉机 纺织机械和电动机等轴承 上 4 2 2粉末压制轴承材料Page37机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring2 金属塑料减摩材料金属塑料减摩材料是一种具有良好综合性 能的无油润滑减摩材料 由粉末压制多孔制品和聚四氟乙烯 二硫化钼或二硫化钨等固体润 滑剂复合制成 这种材料的特点是工作时不需润滑油 有较宽的工作温度范围 200 280 能适应高空 高温 低温 振动 冲击等工作条 件 还能在真空 水或其他液体中工作 故在电器 仪器仪表轴承 等方面广泛使用 使用这两类轴承可大大简化机器 仪器仪表等的结构或机构 减小 其体积 4 2 2粉末压制轴承材料Page38机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring4 2 3多孔性材料及摩擦材料1 多孔性材料 粉末压制多孔性材 料制品有过滤器 热交换器 触媒以及一些灭火装臵等 过滤器是最典型的多孔性材料制品 主要用来过滤燃料油 净化空 气 以及化学工业上过滤液体与气体等 所使用的主要粉料有青铜 镍 不锈钢等 通常在性能上既要求有效孔隙度高 又要求一定 的力学性能与耐蚀性和热强性 多孔性材料的生产过程与多孔含油轴承材料相类似 由于性能的要 求较高 因此在生产技术上有一定的难度 特别难以达到孔隙度的 控制 故一般要求采用球形的雾化粉 多孔性材料还可采用纤维压制法进行制造 首先制成金属纤维 再 压制 烧结 其强度与耐热性都较好 Page39机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring2 摩擦材料 摩擦材料用来制作刹车片 离合器片等 用于制动 与传递扭矩 因此 对材料性能的要求是摩擦系数要大 耐磨性 耐热性与热传 导性要好 烧结材料结构上的多孔性特点 用其作摩擦材料制品特别有利于在 高温条件下工作 粉末摩擦材料主要分为铜基与铁基两大类 通常烧结摩擦材料的强度较低 可采用钢制或铁制衬背解决 4 2 3多孔性材料及摩擦材料Page40机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring4 2 4硬质合金 硬质合金是将一些难熔的金属碳化物 如碳化钨 碳化钛等 和金属黏结剂 如钴 镍等 粉末混合 压制成形 并经 烧结而成的一类粉末压制制品 由于高硬度的金属碳化物作为基体 软而韧的钴或镍起粘接作用 使硬质合金既有高的硬度和耐磨性 又有一定的强度和韧度 硬质合金硬度高 69 81HRC 热硬性好 可达900 1000 耐 磨性好 用硬质合金制作刀具 高寿命可提高5 8倍倍 切削速度比 高速钢高十几倍 Page41机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring硬质合金分类 1 钨钴类 YG 钨钴类主要成分为碳化钨 WC 和钴 Co 常用牌号有YG3 YG6 YG8等等 YG是是 硬钴 两字的汉语拼音字首 后面数字表示钴的含量 如 如YG6表示含钴6 含碳化钨94 的钨钴类硬质合金 钨钴类硬质合金有较好的强度和韧度 适宜制作切削脆性材料的刀 具 如切削铸铁 脆性有色合金 电木等 含钴愈高 强度和韧度愈好 而硬度 耐磨性降低 因此 含钴量较多的牌号一般多用作粗加工 而含钴量较少的牌号 多用于作精加工 Page42机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring 2 钨钴钛类 YT 钨钴钛类主要成分为碳化物 碳化钛 TiC 和钴 常有用牌号有YT5 YT10 YT15等等 YT是是 硬钛 两字的汉语拼音字首 后面数字表示碳化钛的含量 如如TY10表示含碳化钛10 其余为碳化钨和钴的钨钴钛类硬质 合金 钨钴钛类硬质合金含有比碳化钨更硬的碳化钛 因而硬度更高 热 硬性也较好 加工钢材时刀具表面会形成一层氧化钛薄膜 使切屑 不易黏附 故适宜制作切削高韧度钢材的刀具 同样 含钴量较高 如如YT5 含钴9 的牌号用作粗加工 硬质合金分类Page43机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring 3 钨钽类 YW 钨钽类主要成分为碳化钨 碳化钛 钽碳化钽 TaC 和钴 其特点是抗弯强度高 有牌号主要有YW1 84 WC 6 TiC 4 TaC 6 Co 和YW2 82 WC 6 Ti C 4 TaC 8 Co 两种 这类硬质合金制作的刀具用于加工不锈钢 耐热钢 高锰钢等难加 工的材料 硬质合金分类Page44机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring4 2 5粉末压制钢结硬质合金及高速钢1 钢结硬质合金钢结硬质 合金具备下面几个主要特点 合金的基本组成是碳化物加合金钢 从结构上看是通过钢来胶结碳化物 或者是大量的一次碳化物分布 在钢基体上的金属基复合材料 由于钢的组成物在显微组织中占有一定的比例 因此钢结硬质合 金具有一定的锻造 焊接 热处理及机械加工等技术性能 尤其是 通过不同的热处理可使同一成分的合金在一定范围内表现出不同的 力学性能 在力学性能上不仅保持了合金钢和硬质合金的基本特性 且还有 不同程度的发展 Page45机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring2 粉末压制高速钢 高速钢是一种用量较大的工具钢 高速钢的含碳量尤其是合金元素含量较高 属于莱氏体钢 在铸态 的显微组织中出现大量骨骼状碳化物 其分布极不均匀且粗大 即使经过热轧或锻造后 碳化物的偏析及不均匀度仍然较严重 这 对高速钢的使用性能与技术性能带来不良影响 如热变形塑性差 热处理变形较大 淬火开裂的敏感性强 磨削性 能差 切削刃抗弯强度低及易于剥落崩裂等 故影响刀具的品质和 使用寿命 粉末高速钢牌号W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V 通过粉末压制过程生产的粉末高速钢坯料可进行锻造 以改变外形 尺寸并适当地提高密度 其热处理技术参数与成分相同的普通高速钢基本上相同 只是粉末 压制高速钢组织中的碳化物分布比较均匀和细致 在加热过程中容 易固溶于奥氏体 淬火加热温度可稍低些 4 2 5粉末压制钢结硬质合金及高速钢Page46机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring4 2 6耐热材料及其他材料1 难熔金属耐热材料 难熔金属是指 熔点超过2000 以上的金属 钨如钨 熔点为为3380 钼钼 2600 钽钽 2980 铌铌 2468 等等 这些金属常用还原法或从其他冶金方法得到金属粉末 并与合金通 过粉末冶金制成的耐热材料广泛应用导弹和宇宙飞行器的结构件 以及燃烧室构件 加热元件 热电偶丝等 Page47机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring2 耐热合金材料 以钴镍铁等为基的耐热合金材料由于机加工比 较困难 金属消耗量大 也常采用粉末冶金法制造 粉末冶金得到的耐热合金材料的组织细致均匀 尤其高温蠕变强度 与抗拉强度比铸造材料要高得多 通过粉末冶金还能获得在特殊条件或核能工业中所使用的材料 如 弥散强化型材料 有金属陶瓷材料 弥散型合金材料等 原子能 工程材料等 4 2 6耐热材料及其他材料Page48机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring4 3粉末压制零件或制品的结构特征 1 压制件的形状 2 压制件的密度 长径比L D6 40 120 070 035 0 0 70 140 0840 045 0 0840 170 100 05 0 100 200 120 06 0 12 铁 碳5 6 6 5 6 50 120 070 140 0840 170 100 200 12铁 铜 碳5 8 6 4 6 40 070 035 0 070 0810 051 0 0840 0100 05 0 100 120 06 0 12铜铜6 5 80 07 0 120 084 0 140 10 0 170 12 0 206 6 3青铜6 3 7 50 24 0 430 28 0 520 34 0 620 40 0 74确定压 制件的尺寸精度时应考虑其使用性和经济性及工艺性 压制件的径向尺寸精度一般容易达到 而轴向尺寸精度的控制比较 困难 烧结压制件的径向尺寸精度4 3粉末压制零件或制品的结构特征Page 53机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring整形后压制件的径向尺寸精度整形方式公公差 mm 10 1818 3 030 5050 80只整外径只整内径整内外径全整形 1 0 027 0 0350 027 0 0350 019 0 0270 011 0 0190 033 0 0450 033 0 0450 023 0 0330 013 0 0230 039 0 0500 039 0 0500 27 0 0390 015 0 0270 046 0 0600 046 0 0600 030 0 0160 018 0 030压制件侧面的平行度公差公称尺寸 10 10 1 6 16 25 25 40 40 63 63 100公公差0 012 0 0200 015 0 02 50 020 0 0300 025 0 0400 030 0 0500 040 0 060公称尺寸 10 10 16 16 25 25 40 40 63 63 100公公差0 30 0 050 0 4 0 060 05 0 080 06 0 100 08 0 120 10 0 15公称尺寸 10 10 16 16 25 25 40 40 63 63 100公公差0 30 0 050 04 0 060 05 0 080 06 0 100 08 0 120 10 0 15压制件垂直度 公差压制件端面的平行度公差4 3粉末压制零件或制品的结构特征Pa ge54机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring压制件的表面粗糙度压制件的表面粗糙度主要取决于模具相应 表面的模壁粗糙度 模具型面的粗糙度取决于加工方法 如研磨后 可达R a0 1 0 05 m 压制件的表面粗糙度R a一般为1 6 0 4 m 不应低于R a3 2 m Page55机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring4 4陶瓷制品成形过程 陶瓷制品是人类最早使用的制品 它的 生产已经有许多个世纪了 早期的陶瓷器是由黏土 长石 石英等天然原料制成的 当时 人们发现了黏土加水后具有相当的可塑性 而且能模压成形 成形后的器件在太阳下晒干 再臵于炉中煅烧便硬固 这些制品通常称为传统陶瓷 又称普通陶瓷 现在一般也把其归 属为硅酸盐产品 20世纪初期 科学家和工程师已进一步认识了陶瓷材料及其生产技 术 并且发现了天然矿物能够提纯或人工合成新组成的原料 可以 获得极好的性能 这些精制陶瓷或新型陶瓷通常称为现代陶瓷 又称工业陶瓷 它 们是制造业人员最愿意了解的 故此主要介绍现代陶瓷及其生产技 术 Page56机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring4 4陶瓷制品成形过程陶瓷器玻璃水泥建筑材料耐火材料快离子 导体钛酸钡等离子陶瓷 敏感陶瓷氧化物陶瓷金刚石 立方氮化硼 超硬材料铁氧化氮化硼 碳化物 硼化物 硅化物陶瓷金刚石金属 工具材料陶瓷现代陶瓷Page57机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring4 5常用复合材料成形过程纤维主要有玻璃纤维 碳纤维 硼纤 维 陶瓷纤维和金属丝纤维 4 5 1纤维制取方法 熔体抽丝法将所制取材料 如玻璃 熔化成液体 然后从液体中以极快的速度抽出细丝 此法主要应用于制取玻璃 氧化铝等纤维 热分解法将人造或天然纤维在200 300 空气中预氧化 然后在 1000 2000 的氮气中碳化制得碳纤维 若将碳纤维在2500 3000 氩气中石墨化后可得到石墨纤维 此法主要用于获得碳或石墨纤维 拔丝法将冶炼或粉末压制生产的金属坯料 在高温且有保护气氛 中反复拉拔成细丝 此法主要应用于获得金属细丝 气相沉积法主要应用于制取硼 碳化硼 碳化硅等纤维 例如 将三氯化硼气体与氢气按一定比例混合 加热到2000 以 上 使硼沉积在极细的钨丝上 得到硼纤维 Page58机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E lect ri ca lE ng in ee ring4 5 2纤维复合材料成形方法1 固态法固态法即为纤维复合材料 中的基体与增强 如短纤维 晶须 颗粒等 在成形过程中均处于固 体状态 此法是将基体材料或箔与增强物按设计要求以一定的含量 分布 方向混合排布在一起 臵于模具中 再经加热加压使基体与增强物 复合粘接而制成 纤纤维维 复合材料零件或制品 固体法中 基体材料主要是塑性好的Al Cu Ti 以及它们的合金 等 当增强物为短纤维 晶须或颗粒时 其成形过程与粉末压制 冶金 成形相似Page59机机电工程学院S ch oo lo fM echa ni ca l E l