第4篇+粉末冶金(PM)

1、一、绪论一、绪论1.1.概念概念：通过粉末的制备、成形及烧结制备材料或零件的技术。 材料：金属，非金属，复合材料2.2.粉末冶金发展概况粉末冶金发展概况 19世纪初：铂粉 1909年：粉末可锻钨的生产 1923年：硬质合金 20世纪30年代：多孔轴承， 铁基机械零件 1968年：粉末高速钢第第4 4篇篇 粉末冶金（粉末冶金（PMPM）3.3.特点特点1)可制备熔铸法不能生产的材料可制备熔铸法不能生产的材料多孔材料难熔材料（难熔金属，金属间化合物，陶瓷）各类复合材料非平衡组织材料（假合金，过饱和固溶体等)2)可生产性能更好的一些材料可生产性能更好的一些材料制取偏析小的合金（高速钢，高温合金）组织

2、细小、均匀和加工性能好的稀有金属配料锭3) 少切削或无切削加工。少切削或无切削加工。4) 缺点缺点：粉末成本高；制品形状及尺寸受限制；制品韧性较差。3/19粉末制备粉末制备烧结烧结成形工序成形工序粉末混合粉末混合机械法和物理化学法。球磨法、雾化法等机械法和物理化学法。球磨法、雾化法等加入必要的润滑剂、其他合金元素加入必要的润滑剂、其他合金元素4.4.主要工序主要工序后序加工后序加工清洗包装清洗包装浸油、整形、浸油、整形、少量机加工少量机加工 一般结构零件一般结构零件:多孔材料多孔材料难熔金属难熔金属复合材料复合材料电接触材料电接触材料耐热材料耐热材料5.5.应用应用汽车变速器系统用粉末烧结钢件

3、:产品简介产品简介汽车发动机用粉末烧结钢零件产品简介产品简介产品简介产品简介金属切削刀片金属切削刀片硬质合金刀具硬质合金刀具：产品简介产品简介9广泛应用于工业生产结论产品简介产品简介第第8 8章章 粉末制备粉末制备按性质分：机械粉碎法机械粉碎法，物理化学法按状态分： 固体，还原法还原法 气体，气相沉积法 液体，雾化法雾化法，电解法.还原法还原法1) 基本原理基本原理基本反应基本反应：MeO+X=Me+XO 条件：Z（XO）自然，滚动 自然，滑动 转速0.70-0.75 n临界：抛落粗磨0.6 n临界：滑落=0.6 n临界：滚落装球量：装填系数=装球体积：球磨筒体积 （0.4-0.

4、5）球料比：太大，球磨损大；太小，效率低球的大小：d（1/181/24）D，其中d磨球直径研磨介质：干磨，湿磨物料性质：脆性/韧性2)影响球磨的因素影响球磨的因素二其它机械粉碎法（塑性材料）二其它机械粉碎法（塑性材料）1旋涡研磨旋涡研磨1）原理：主要依靠物料之间相互撞击、物料与磨壁、螺旋桨之间的撞击进行研磨 2）特点：粉末细、呈蝶形、可利用边角料 2冷气流粉碎冷气流粉碎1）原理：高压（7MPa）大气压，绝热膨胀降温粉碎 2）特点：粉末细、不规则、无氧化8 83 3 雾化法雾化法1定义定义：直接击碎液态材料而获得粉末的方法2应用范围应用范围：可熔化的金属材料、液相的非金属材料3种类种类 二流雾化

5、：气雾化、水雾化 离心雾化：旋转（圆盘、电极、坩埚）雾化 超声雾化 转辊雾化一一).).二流雾化二流雾化1.二流：液流、介质流二流：液流、介质流2.雾化原理：利用介质流直接冲击液流获得粉末的方法。雾化原理：利用介质流直接冲击液流获得粉末的方法。3.种类：水雾化、气雾化种类：水雾化、气雾化4.影响雾化粉末性能的因素影响雾化粉末性能的因素雾化介质化学特性：氧化、其它杂质动能：W=1/2 mv2，W，粉末细冷却能力：，粉末形状不规则金属液流表面张力及粘度：表面张力球形粉末，粉末粒度粘度，粉末粒度，粉末不规则金属液流直径：，粉末粒度，生产率过热温度：流动性，粘度，球形粉末，O、N，一般50-2500C

6、其它因素其它因素金属液流长度：，细粉聚粉桶直径：球形粉，粗粉冷却介质：冷却能力不规则，细粉5.适用范围：适用范围：气雾化：各种金属；球形粉，如Cu，Zn等水雾化：高熔点金属；不规则粉末，如Fe二二) )离心雾化（简介）离心雾化（简介）1原理原理：利用机械旋转形成的离心力将液态金属击碎并冷凝成粉末2分类分类8 83 3 粉末的性能粉末的性能一分类一分类化学组成化学组成：纯度及杂质组成、物理性能物理性能：颗粒形状与结构、颗粒大小和粒度组成、比表面积颗粒形状与结构、颗粒大小和粒度组成、比表面积、密度密度及声热光电磁等性质。工艺性能：流动性、松装密度、压制性等工艺性能：流动性、松装密度、压制性等力学性

7、能力学性能：强度、硬度、塑性等二粉末的粒形、粒度及组成二粉末的粒形、粒度及组成 1颗粒形状颗粒形状，见图8-17 2粒度及其组成粒度及其组成：1）粒度：颗粒的直径2）粒度组成:全部粉末中不同粒度颗粒的分布(粒度级别见表8-7) 3）表示：工业中采用筛分方法测定，筛号表示粒度。1松装密度松装密度：粉末自然填充规定容器时，单位容积粉末的质量。见图8-18 决定装粉量2流动性流动性：50g粉末从标准的漏斗中流出所需的时间。见图8-18 影响自动装粉和压制密度的均匀性。3压制性压制性：压缩性和成形性的总称。 影响压制密度和强度。三粉末的工艺性能三粉末的工艺性能第第9 9章章 粉末的成形粉末的成形1.定

8、义定义：使金属坯料密实成具有一定形状、尺寸、孔隙度和强度的生坯的工艺：使金属坯料密实成具有一定形状、尺寸、孔隙度和强度的生坯的工艺.Compaction Process 压制过程压制过程2. 2. 种类种类普通模压成形：单向压制、双向压制特殊成形：等静压制、粉浆浇注、连续成形、流延法、爆炸成形9 91 1 成形前的原料准备成形前的原料准备1退火退火1）目的 提高粉末纯度 消除加工硬化 稳定晶体结构 表面钝化2）工艺 温度：0.5-0.6Tm 气氛：惰性气体、分解氨、真空、氢气2筛分筛分：粉末按粒度分级3混料混料 机械法：干混、湿混 化学法：通过液相化学反应的方法使混料更加均匀。4加添加剂加添加

9、剂 成形剂：提高粉末成形强度。如合成橡胶、石蜡等 润滑剂：减小成形摩擦。如硬脂酸钠等 造孔剂：帮助形成多孔材料。如碳酸铵5制粒制粒：将粉末制成团粒。提高流动性。9 92 2 粉末的压制过程粉末的压制过程一粉末的位移与变形一粉末的位移与变形1位移位移：2变形变形：弹性变形、塑性变形、脆性断裂位移、变形孔隙，接触面密度、强度二压坯强度二压坯强度1强度的形成强度的形成 颗粒间机械啮合 粘合 成形剂作用2评定评定 抗弯强度整体强度 转鼓实验边角强度 三压制压力与压坯密度的关系三压制压力与压坯密度的关系1压坯密度的变化规律压坯密度的变化规律.P，：主要发生位移，称滑移阶段.P, 几乎不变：脆性材料; ：

10、塑性材料. P，：以变形为主2压制压力与密度关系压制压力与密度关系lgPmax-lgP=L(-1)式中：Pmax相应于压至最紧密状态(=1)时的单位压力；L压制因素，反映压制时的应力应变比；m系数。相对体积，=1/(1-)，孔隙度四压坯密度分布四压坯密度分布1粉末所受的力1）压制压力： P=P1+P2P1-净压力；P2克服粉体与模壁的外摩擦2）侧压力：P侧=P 侧压系数3）模壁摩擦力：F=P侧2压坯密度分布1）压坯密度分布的不均匀性）压坯密度分布的不均匀性 上层密度比下层密度大；在水平面上，接近上模冲的断面的密度分布是两边大，中间小；而远离上模冲的截面的密度分别是中间大，两边小。 因为粉末体在

11、压模内受力后向各个方向流动，于是引起垂直于压模壁的侧压力。侧压力引起摩擦力，会使压坯在高度方向存在明显的压力降。 2）影响压坯密度分布的因素）影响压坯密度分布的因素 压坯形状：压坯形状： H/D 密度分布均匀性密度分布均匀性 模壁状况：密度分布均匀性压制方式：单向压制 双向压制密度分布均匀性五影响压制过程的因素五影响压制过程的因素1粉末性能粉末性能力学性能、粒度、纯度等的影响2润滑剂和成形剂润滑剂和成形剂 对成形有利，对烧结可能不利。3压制工艺压制工艺1）压制方式2）速度：均匀性3）保压时间：均匀性4）震动：均匀性5）磁场： 9 93 3 特殊成形特殊成形一等静压成形一等静压成形1概念：概念：

12、同时在各个方向上受到相等的净压力作用而成形的方法2原理：原理：各向均匀加载+弹性模套3分类：分类：冷等静压和热等静压4特点特点1）可制备复杂形状制品2）损耗小3）密度均匀4）压坯强度高5）烧结温度低6）尺寸精度和表面光洁度低7）生产率低8）设备投资大 冷等静压设备类型（a）湿袋法（b）干袋法第第1010章章 烧结烧结1定义：定义：烧结是粉末或粉末压坯在适当的温度和气氛中受热所发生的现象或过程。2分类分类固相烧结单元系多元系互溶不互溶液相烧结10101 1 烧结基本过程及机构烧结基本过程及机构一烧结基本过程1粘结阶段：粘结阶段：形成烧结颈宏观特征：密度变化很小，强度和导电性增加2烧结颈长大阶段：

13、烧结颈长大阶段：颗粒距离减小，晶粒长大，孔隙大幅减小。宏观特征：烧结体收缩，密度、强度增加。3闭孔隙球化和缩小阶段：闭孔隙球化和缩小阶段：通孔 闭孔 球化 收缩通常可将烧结过程分成几步： 二烧结机构1 1概念：概念：烧结过程中物质的迁移及速率2 2物质迁移方式：物质迁移方式：扩散、再结晶、塑性流动、蒸发与凝聚等两球几何模型10102 2 单元系烧结单元系烧结1概念：概念：纯金属、有固定化学成分的化合物及均匀固溶体的粉末在固态下烧结。2特征：特征：无新相或新的组成物出现，也不发生凝聚态的改变。一烧结温度与时间一烧结温度与时间1烧结温度：烧结温度：2/34/5TmT烧结速度，但过大会使晶粒长大。2

14、烧结时间：烧结时间：t，性能，但影响小于烧结温度。二烧结中密度与尺寸变化二烧结中密度与尺寸变化1正常：正常：收缩 2反常：反常：胀大 原因：原因：1）内应力消除，抵消了收缩 2）内部气体的存在 3）聚晶长大 4）同素异晶转变。三烧结体显微组织的变化三烧结体显微组织的变化1 1空隙：空隙： 通孔 闭孔 球化2 2再结晶与晶粒长大再结晶与晶粒长大a)形变再结晶b)聚集再结晶四影响烧结过程的因素四影响烧结过程的因素1 1结晶构造与异晶转变结晶构造与异晶转变2 2粉末活性粉末活性3 3外在因素外在因素1）氧化物2）烧结气氛4 4压制工艺：压制工艺：对压坯密度及分布有影响10103 3 多元系固相烧结多元系固相烧结-互不溶系的固相烧结互不溶系的固相烧结特点：特点： 制备各类复合材料及假合金 常需后处理进一步致密化 常采用复合粉末或化学混料 性能受异相颗粒界面状况影响10104 4 液相烧结液相烧结一概念：一概念：有部分液相出现的烧结过程二液相烧结条件二液相烧结条件1润湿性：润湿性：固-液相润湿2固相在液相中有一定溶解度固相在液相中有一定溶解度 改善润湿增加液相数量有利于借助液相迁移冷却时析出可提高成分均匀性3液相数量液相数量：以添满固相间隙为