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文档简介

1、内内 容容 提提 要要 概述 工艺过程 产品种类 混料、成型、烧结及后处理 发展趋势第1页/共60页粉末冶金简介粉末冶金简介粉末冶金是: 通过对所需基础粉末,合金粉末及添加剂混合,然后将混粉填充在具有要求形状的模腔内进行压制成形,再将成型坯体在保护气氛下进行烧结使各种颗粒形成冶金结合, 经过后续处理后得到最终产品。 由于精确的成型技术,粉末冶金产品具有以下特点: 近净成型 形状复杂 优良的尺寸精度. 第2页/共60页粉粉 末末 冶冶 金金 简简 介介粉末冶金技术发展迅速: 其原料涵盖了近乎所有技术元素 产品形状复杂程度日益提高粉末冶金产业主要分为两个领域: 铁基粉末冶金 非铁基粉末冶金第3页/

2、共60页铁基粉末冶金材料铁基粉末冶金材料 自润滑制品 结构件 软磁材料第4页/共60页自自 润润 滑滑 零零 件件第5页/共60页 结结 构构 件件 零零 件件 第6页/共60页软软 磁磁 零零 件件第7页/共60页粉粉 末末 冶冶 金金 产产 品品 优优 势势 近净成型 期望的力学性能 大规模的生产和重复性好 表面光洁度 高尺寸精度 允许不同材料组合 多孔及孔隙度可控(自润滑材料) 良好的磁性能(软磁材料)第8页/共60页粉末冶金基本工艺过程粉末冶金基本工艺过程第9页/共60页后后 续续 处处 理理第10页/共60页粉粉 末末 原原 料料 基粉类型 合金体系 合金化方式第11页/共60页基

3、粉 的 选 择第12页/共60页混混 料料 混料要求 混合方式 均匀性与偏析 松装密度与流动性第13页/共60页混粉及装粉过程中产生的细粉团聚混粉及装粉过程中产生的细粉团聚第14页/共60页压压 制制 压制方式 生坯密度与密度均匀性 生坯强度 生坯缺陷第15页/共60页充模过程充模过程 Care must be taken when filling thin sections as bridges may occur.The min. cross section size is about 1mm.第16页/共60页装粉高度与模冲进入量的计算装粉高度与模冲进入量的计算DieCRUPLOPLIP

4、t1t2H2LOPLIPUPDieH1FD= 3.2g/cm3GD= 7.2g/cm3Example:t1=10mmt2=25mmH1=22.5mmH2=56 mmUPentry= 31mmH1=GD/FD*t1H2=GD/FD*t2UPentry=H2-t2第17页/共60页粉末压制粉末压制第18页/共60页摩擦力摩擦力 Between powder particles Between punches and the die-wall Between punches and powder particles Between powder particles and the die-wall第

5、19页/共60页摩擦力导致的后果摩擦力导致的后果 Losses of the applied force Variation of pressure and green density Higher ejection forces (Wear of the tool-set)第20页/共60页密度分布密度分布第21页/共60页双向压制示意图双向压制示意图a)Stationary die, two moving punches.b)Stationary lower punch and floating die.c)Stationary lower punch, and the die being

6、 withdrawn at half the speed of the top punch.第22页/共60页如何减小摩擦力如何减小摩擦力 加入润滑剂 模壁润滑 优化压制工艺-压制速度-压制温度-滑动距离-第23页/共60页润滑剂含量对生坯理论密度的影响润滑剂含量对生坯理论密度的影响 ASC100.29 Amount of lubricant第24页/共60页不同润滑剂对生坯理论密度的影响不同润滑剂对生坯理论密度的影响 ASC100.29 第25页/共60页脱模力的变化过程脱模力的变化过程 Due to residual radial stresses a significant force

7、is required to eject compacts from the die. RRSs should be kept to a minimum to avoid high ejection forces, hence avoid tooling problems.第26页/共60页模具润滑状况对脱模力的影响模具润滑状况对脱模力的影响Good lubrication第27页/共60页模具润滑状况对脱模力的影响模具润滑状况对脱模力的影响 Excessive die wall wear or insufficient lubrication may result in cold weldi

8、ng of the compact to the die wall.Good lubricationBad lubrication Results in increased ejection force and stick-slip behaviour (squeaky noise)第28页/共60页压制缺陷压制缺陷SEM image of a crack no sintering necks第29页/共60页过过 压压 分分 层层第30页/共60页烧烧 结结 烧结的作用 脱除润滑剂 冶金粘结 元素扩散 尺寸变化 微观结构 防止氧化与还原氧化物 烧结温度、烧结时间、烧结气氛第31页/共60页烧

9、结过程烧结过程Metal powder compact Porous metal Sintered state (bonding between particles)Green state (cold welding)第32页/共60页生坯与烧结件生坯与烧结件After compactionAfter sintering第33页/共60页烧结工艺示意图烧结工艺示意图Temp.TimeRT Delubrication (300 - 700C) C - dissolution (800 - 950C)4321 Sintering (1100 - 1300C) Cooling (Cooling Ra

10、te)1234第34页/共60页影响烧结的因素影响烧结的因素 Temperature Time Atmosphere Material composition Alloying method Lubricant content Sintering cycle第35页/共60页烧结过程的实质烧结过程的实质 Particle bonding Microstructure Dimensional changeSintering necksPoresPhases/structuresSizeShapeAlloyingHomogenization第36页/共60页烧结驱动力烧结驱动力V1 + V2 =

11、V3E1 + E2 E3123E1 + E2E3EHigh energy stateLow energy stateDriving Force: Surface energy第37页/共60页固态烧结固态烧结 By the Diffusion of the metal atomsCu spheres第38页/共60页孔隙变化孔隙变化From sharp corners to flatter parts of the pore surfaceFrom small pores to near-by larger pores and grain boundaries第39页/共60页均匀化过程均匀化

12、过程 Ni in Fe-base第40页/共60页影响均匀化的因素影响均匀化的因素Ni particle size:5 um, 10 umTemperature:1000 - 1300CWeighing factor: Temperature Ni particle size TimeTime: 0.5 -500 h第41页/共60页烧结的分类烧结的分类 Temperature (1150C) Furnace (batch, pusher, belt, walking beam) Atmosphere (“vacuum”, Endo, N2/H2) State (liquid, solid)

13、Pressure (atmospheric, pressure-assisted)第42页/共60页高温烧结高温烧结 Accelerates the atomic motion (better sintering necks) Improves the surface reduction of particles (activates sintering) Increases the sintered density Improves the homogenization Improves pore rounding Improves mechanical properties 第43页/共6

14、0页瞬时液相烧结瞬时液相烧结Secondary pore第44页/共60页Fe Cu系膨胀机理系膨胀机理90%Fe10%Cu1150 C第45页/共60页Fe-Cu 系与系与Fe-Cu-C 系的尺寸变化系的尺寸变化 CuCu + 1%C第46页/共60页烧结常见的问题烧结常见的问题 Achieve sufficiently tight tolerances Oxidation (alloying elements, sintering atmosphere) Carburisation (temperature, sintering atmosphere) Decarburisation (t

15、emperature, sintering atmosphere) Poor surface finish (delubrification)第47页/共60页影响尺寸变化的因素影响尺寸变化的因素 Particle size Alloying element Uneven filling and compaction Uneven distribution of alloying elements in the component Liquid phase formation Sintering temperature and time Uneven temperature distribut

16、ion of the sintering furnace Poor control of gas flow in the sintering furnace第48页/共60页脱蜡缺陷脱蜡缺陷 (Blistering)Fe + 2.5% Ni + 0.4% C第49页/共60页烧结缺陷烧结缺陷 Poor sintering necks (sponge) Poor sintering necks (atomised) Oxidation during sintering第50页/共60页弱烧结颈和游离石墨弱烧结颈和游离石墨第51页/共60页烧结脱碳烧结脱碳 NC100.24 + Cu + Ni +

17、 1% C D. AB + 0.6% C Astaloy CrM + 0.3% C第52页/共60页烧结渗碳烧结渗碳 PASC 30 + 0% C D. HP-1 + 0.5 % C 第53页/共60页过低的烧结温度过低的烧结温度 Free Cu in Distaloy material第54页/共60页后后 续续 处处 理理TreatmentDefinitionExamplesCoatings- a deposition of a layer of a separate material onto the surface of the substrate without any chemic

18、al reactionElectroplatingPaintingmetallizingChemical conversion treatmentsA chemical reaction between the surface layers of the original substrate and an external reactantSteam treatmentPhosphatising,etcThermochemical treatmentsDiffusion of other species, such as C, N, into the surface layers of the

19、 original substrateCarburisingCarbonitridingNitrocarburisingNitridingPlasma treatments, etc第55页/共60页后后 续续 处处 理理TreatmentDefinitionExamplesThermal treatmentsChange in microstructure of the surface layers of the original substrate by thermally cycling through a phase transformationInduction hardeningLaser hardeningMechanical d

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