粉末冶金新工艺1

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。粉末冶金材料和制品出现年代钨1909难熔碳化物1900～1914电触头材料1917～1920WC-Co硬质合金1923～1925烧结摩擦材料1929多孔青铜轴承1921～1930WC-TiC-Co硬质合金1929～1932烧结磁铁1936多孔铁轴承1936机械零件、合金钢机械零件1936～1946烧结铝1946金属陶瓷（TiC-Ni）1949钢结硬质合金1957粉末高速钢1968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①多孔材料（孔隙度可控）；②假合金（如Cu-W）；③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；④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①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。②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①是一种少切削、无切削工艺（近净成型nearnet-shape）；②可大批量生产同一零件；③形状很复杂零件（如齿轮、凸轮或多功能零件）的制造公差窄；④不需或可简化机械的精加工作业；⑤节能、省材；⑥可制造自润滑材料。2．缺点①粉末成本高；②形状、尺寸受到一定限制；③成形模具较贵；一般要生产量在5000～10000个/批，才经济。④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：①粉末冶金制件表面光洁度高；②制造的尺寸公差很窄，尺寸精确；③合金化与制取复合材料的可能性大④组织均一（无偏聚、砂眼、缩孔）、力学性能可靠；⑤在经济上，粉末冶金工艺能耗小。铸造优势：①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）②适于制造大型零件；③零件生产批量小时，经济；④一般说来，工、模具费用低。2．和热模锻技术比较粉末冶金优势：①粉末冶金制件精度比精锻高；②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；③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：①可制造大型零件；②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；③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15～20µm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①零件生产批量对模具与压制设备的投资是否合算？②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？③采用的粉末冶金材料能否达到所要求的物理-力学性能？④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、制品的应用工业部门金属粉末和粉末冶金材料、制品应用举例地质、采矿工具硬质合金，金刚石-金属材料机械加工硬质合金，陶瓷刀具，粉末高速钢汽车、拖拉机制造机械零件，摩擦材料，多孔含油轴承，过滤器机床制造、纺织机械机械零件，多孔含油轴承等机车制造多孔含油轴承，摩擦材料等造船多孔含油轴承，摩擦材料，油漆用铝粉等冶金矿山机械多孔含油轴承，机械零件，等电机制造多孔含油轴承，铜-石墨电刷，硬磁材料精密仪器、仪表零件硬磁材料，软磁材料，功能陶瓷等工业炉电热材料，电真空材料电气和电子工业电接触材料，电真空材料，磁性材料，功能陶瓷无线电和电视磁性材料，功能陶瓷等五金和办公用具机械零件等医疗器械机械零件，特殊器械等化学、石油工业过滤器，防腐零件，催化剂载体等军事工业穿甲弹头，炮弹箍，军械零件等航空摩擦材料，过滤器，粉末超合金等航天和火箭难熔金属及合金，纤维强化材料，发汗材料等原子能工业核燃料元件，反应堆结构材料，控制材料等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)HIP制品热等静压制品硬质合金、金属陶瓷模具硬质合金钻头、棒硬质合金轧辊等金属切削刀片硬质合金、CBN、金属陶瓷金刚石、CBN制品钨基高密度合金Nd-Fe-B、Sm-Co、铁氧体永磁软磁铁氧体精细陶瓷制品PTC压敏