粉末冶金新工艺

昆明理工大学材料科学与工程学院胡劲,昆明理工大学材料科学与工程学院胡劲,昆明理工大学材料科学与工程学院胡劲,昆明理工大学材料科学与工程学院胡劲,粉末冶金新技术,材料与人类文明,材料是现代文明的支柱材料是人类生存的基础（Basis)材料是人类发展的标志(Mark)材料是科技创新的先导(Lead),材料制备方法,IM(IngotMetallurgy)熔铸法熔(melting)、炼(refining)、铸(casting)铸件(castings)机加工(machining)零件铸坯(ingots)塑性成形(plasticforming)热处理(heattreatment)机加工零件PM(PowderMetallurgy)粉末冶金法制粉(powdermaking)压型(pressing)烧结(sintering)SF(SprayForming)喷射成型法,材料成型方法,铸造(pour-casting,die-casting)例如：汽车轮毂（Al、Zn）、活塞（Al）、手机外壳（Mg）等塑性成形(plasticforming)挤压(extrusion)、轧制(rolling)、拉拔(drawing)、冲压(punching)、锻造(forging)焊接（welding)切削(cutting)粉末成型(powderforming)复合成型（铸轧、铸挤、锻轧、挤轧等）,轧制,连铸连轧,拉拔,挤压,连续挤压conform,喷射沉积,粉末冶金发展简史,约3000年前，埃及人就制得海绵铁，并锻打成铁器；3世纪，印度人用同样方法制得“德里柱”，重达6.5吨；19世纪出现Pt粉的冷压、烧结、热锻工艺；现代粉末冶金从1909年，W.D.Coolidge的电灯钨丝问世开始。,现代粉末冶金发展的三个重要标志：1909年制造电灯钨丝的技术成功（W粉成形、烧结、锻打、拉丝）；1923年硬质合金研制成功。20世纪30年代，多孔含油轴承成功；相继发展铁基机械零件向新材料、新工艺发展：20世纪40年代，金属陶瓷、弥散强化材料（如烧结铝）；60年代末70年代初，粉末高速钢、粉末高温合金，粉末锻造技术已能生产高强度零件。,粉末冶金特点及与其他成形工艺的比较,（一）一般特点1优点（1）可生产普通熔铸法难于生产的材料多孔材料（孔隙度可控）；假合金（如Cu-W）；复合材料，如硬质合金和金属陶瓷、弥散强化材料、纤维强化材料；特种陶瓷（结构陶瓷、功能陶瓷）；,某些P/M材料与熔铸材料相比，性能更优越避免成分偏析、晶粒细，组织均匀，性能大幅提高。如，粉末高速钢、粉末高温合金。钨、钼、钽等难熔金属采用熔铸法晶粒粗大、纯度低，工业上一般采用粉末冶金方法生产。,（3）对制品成型有明显优势是一种少切削、无切削工艺（近净成型nearnet-shape）；可大批量生产同一零件；形状很复杂零件（如齿轮、凸轮或多功能零件）的制造公差窄；不需或可简化机械的精加工作业；节能、省材；可制造自润滑材料。,2缺点粉末成本高；形状、尺寸受到一定限制；成形模具较贵；一般要生产量在500010000个/批，才经济。烧结零件韧性相对差（但可通过粉模锻造或复烧改善）。,与其他成型工艺比较（制造金属结构件）,1和熔铸技术比较粉末冶金优势：粉末冶金制件表面光洁度高；制造的尺寸公差很窄，尺寸精确；合金化与制取复合材料的可能性大组织均一（无偏聚、砂眼、缩孔）、力学性能可靠；在经济上，粉末冶金工艺能耗小。,铸造优势：形状不受限制；（粉末冶金注射成形形状也不受限制，但只能生产小制件）适于制造大型零件；零件生产批量小时，经济；一般说来，工、模具费用低。,2和热模锻技术比较粉末冶金优势：粉末冶金制件精度比精锻高；粉末锻造节省材料、重量控制精确、可无非边锻造，也能制造形状较复杂制件；粉末锻造只需一副成形模具和一副锻模；热锻需两副以上锻模、一副修边模。,热模锻优势：可制造大型零件；锻件力学性能比烧结粉末冶金零件高，但与粉末锻造件相当；可制造形状复杂程度较高的制品。,粉末冶金定义：制取金属及化合物粉末，采用成形和烧结工艺制成金属材料、复合材料、陶瓷材料及其它们的制品的技术科学。多学科交叉的综合性技术。涉及到化工、冶金、材料制备、压力加工、热工、机械、自动控制等学科技术。最大可制造：3吨的制件（热等静压）；最小：零点零几克（0.01克）；制品最小厚度：可达1520m,粉末冶金一般工艺（1）制粉（2）物料准备（3）成形（4）烧结单元系烧结多元系烧结固相烧结液相烧结热压（热等静压）、熔浸等。（5）烧结后处理,粉末冶金生产工艺,选择粉末冶金技术需考虑的方面,零件生产批量对模具与压制设备的投资是否合算？粉末冶金工艺能否满足对零件的功能与形状提出的技术要求？采用的粉末冶金材料能否达到所要求的物理-力学性能？与可采用的其他成形工艺相比，生产成本是不是最经济？,金属粉末和粉末冶金材料、制品的应用,粉末冶金技术的新发展,（1）与其他技术交叉产生新技术注射成形，粉末挤压，流延成形，直接凝固注模，粉末轧制，爆炸成型，喷射成形，烧结热等静压，微波烧结，放电等离子体烧结，激光烧结（2）向计算机控制集成自动化方向发展（3）粉末冶金近净成形技术（nearnet-shape）发展如，注射成形，粉末挤压等（4）粉末冶金快速成形技术发展如，选择性激光烧结，喷射成形等（5）用于各种新材料及其成形加工如，纳米材料及其成形工艺，新型复合材料，新型功能材料。,部分粉末冶金材料、制品,金属注射成型制品,粉末锻件,(a),(b),HI