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成形方法成形是粉末冶金工艺的重要步骤。成形的目的是制得具有一定形状、尺寸、密度和强度的压坯。粉末冶金常用的成形方法如下所示。模压成形是最基本方法。松装烧结粉浆浇注模压成形热压成形等静压成形轧制成形离心成形挤压成形爆炸成形成形无压成形加压成形第二章粉末压制成形新技术1.粉末预处理预处理包括：粉末退火，筛分，混合，制粒，加润滑剂等。粉末的预先退火可使氧化物还原，降低碳和其他杂质的含量，提高粉末的纯度；同时，还能消除粉末的加工硬化、稳定粉末的晶体结构。筛分的目的在于把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。混合一般是指将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程。混合可采用机械法和化学法。制粒是将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序，以此来改善粉末的流动性。第二章粉末压制成形新技术2.压制成形压模压制是将置于压模内的松散粉末施加一定的压力后，成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。粉末的压缩过程一般采用压坯密度——成形压力曲线来表示。压坯密度变化分为三个阶段。滑动阶段：在压力作用下粉末颗粒发生相对位移，填充孔隙，压坯密度随压力增加而急剧增加；二是粉末体出现压缩阻力，即使再加压其孔隙度不能再减少，密度不随压力增高而明显变化；三是当压力超过粉末颗粒的临界压力时，粉末颗粒开始变形，从而使其密度又随压力增高而增加。模压示意图压坯密度与压力压坯密度分布不均匀：用石墨粉作隔层的单向压制实验，得到如图5-4所示的压坯形状，各层的厚度和形状均发生了变化，由图5-5可知在任何垂直面上，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。a)压制前b)压制后用石墨粉作隔层的单向压坯a）单向压制b)双向压制压坯密度沿高度分布图为了改善压坯密度的不均匀性，一般采取以下措施：1）减小摩擦力：模具内壁上涂润滑油或采用内壁更光洁的模具；2）采用双向压制以改善压坯密度分布的不均匀性；3）模具设计时尽量降低高径比。a)单向压制b)双向压制压坯密度沿高度方向的分布图粉末的压制一般在普通机械式压力机或液压机上进行。常用的压力机吨位一般为500～5000kN。a)填充粉料b)双向压坯c)上冲模复位d)顶出坯块双向压制粉末冶金坯块工步示意图传统压制技术的局限1、模具要求高，占用生产成本比例大；2、所加工部件尺寸受到限制；3、部件密度分布不均匀；4、脱模困难，工序长，生产效率低。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术1.动磁压制技术原理:将粉末装于一个导电的容器(护套)内,置于高强磁场线圈的中心腔中。电容器放电在数微秒内对线圈通入高脉冲电流,线圈腔中形成磁场,护套内产生感应电流。感应电流与施加磁场相互作用,产生由外向内压缩护套的磁力,因而粉末得到二维压制。整个压制过程不足1ms。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术动磁压制的优点:•由于不使用模具,成型时模壁摩擦减少到0，因而可达到更高的压制压力,有利于提高产品，并且生产成本低；•由于在任何温度与气氛中均可施压,并适用于所有材料,因而工作条件更加灵活；•由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂,因而成型产品中不含有杂质，性能较高，而且还有利于环保。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术许多合金钢粉用动磁压制做过实验,粉末中不添加任何润滑剂,生坯密度均在95%以上。动磁压制件可以在常规烧结条件下进行烧结,其力学性能高于传统压制件。动磁压制适用于制造柱形对称的近终形件、薄壁管、纵横比高的零件和内部形状复杂的零件。1.动磁压制技术昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革命性变化,由粉末材料一次制成近终形定子与转子,从而获得高性能产品,大大降低生产成本。动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与烧结钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密度高,其磁能积可提高15%-20%。1.动磁压制技术昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术动磁压制的亚毫秒压制过程有助于保持材料的显微结构不变,因而也提高了材料性能。对于象Ｗ、ＷＣ与陶瓷粉末等难压制材料,动磁压制可达到较高的密度,从而降低烧结收缩率。目前许多动磁压制的应用已接近工业化阶段,第一台动磁压制系统已在运行中。1.动磁压制技术昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术2.高速压制瑞典开发出粉末冶金用高速压制法。这可能是粉末冶金工业的又一次重大技术突破。高速压制采用液压冲击机,它与传统压制有许多相似之处,但关键是压制速度比传统快500～1000倍,其压头速度高达2～30m/s,因而适用于大批量生产。液压驱动的重锤(5～1200kg)可产生强烈冲击波,0.02s内将压制能量通过压模传给粉末进行致密化。重锤的质量与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术2.高速压制高速压制的另一个特点是产生多重冲击波，间隔约03s的一个个附加冲击波将密度不断提高。这种多重冲击提高密度的一个优点是,可用比传统压制小的设备制造重达5kg以上的大零件。高速压制适用于制造阀座、气门导管、主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套及轴承座圈等产品。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术2.高速压制与传统压制相比,高速压制的优点是：压制件密度提高，提高幅度在0.3g/cm3左右；压制件抗拉强度可提高20%～25%；高速压制压坯径向弹性后效很小,脱模力较低；高速压制的密度较均匀,其偏差小于0.01g/cm3。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术3.温压成型技术温压技术是近几年新发展的一项新技术。它是在混合物中添加高温新型润滑剂，然后将粉末和模具加热至423K左右进行刚性模压制，最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术，是普通模压技术的发展与延伸，被国际粉末冶金界誉为“开创铁基粉末冶金零部件应用新纪元”和“导致粉末冶金技术革命”的新型成型技术。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲3.温压成型技术其与传统模压工艺主要区别之处在于压制过程中将粉末和模具加热到一定的温度，温度通常设定在130~150℃范围以内，可使铁基粉末冶金零件密度提高0.15～0.4g/cm3，粉末压坯相对密度可达到98-99%。在该工艺中，为了充分发挥在压制过程中的颗粒重排和塑性变形等温压致密化机制，往往需要优化原料粉末设计（如形状、粒度组成的选择），通过退火或扩散退火处理以改善粉末塑性，以及往粉末中掺入高性能高温润滑剂（添加量通常为0.6wt%）。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲3.温压成型技术昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术3.温压成型技术特点：•（1）密度高且分布均匀常规一次压制-烧结最高密度一般为7.1g/cm3左右，温压一次压制-烧结密度可达到7.40-7.50g/cm3，温压二次压制-烧结密度可高达7.6g/cm3左右。温压工艺中高性能润滑剂保证了粉末与模壁之间具有较低的摩擦系数，使得压坯密度分布更加均匀，采用温压工艺制备齿轮类零件时齿部与根部间的密度差比常规压制工艺低0.1～0.2g/cm3。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术3.温压成型技术特点：（2）生坯强度高常规工艺的生坯强度约为10~20MPa，温压压坯的强度则为25~30MPa，提高了1.25-2倍。生坯强度的提高可以大大降低产品在转移过程中出现的掉边、掉角等缺陷，有利于制备形状复杂的零件；同时，还有望对生坯直接进行机加工，免去烧结后的机加工工序，降低了生产成本。这一点在温压-烧结连杆制备中表现得尤为明显。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术3.温压成型技术特点：（2）生坯强度高常规工艺的生坯强度约为10~20MPa，温压压坯的强度则为25~30MPa，提高了1.25-2倍。生坯强度的提高可以大大降低产品在转移过程中出现的掉边、掉角等缺陷，有利于制备形状复杂的零件；同时，还有望对生坯直接进行机加工，免去烧结后的机加工工序，降低了生产成本。这一点在温压-烧结连杆制备中表现得尤为明显。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术3.温压成型技术特点：（3）脱模压力小温压工艺脱模压力(Slidepressure)约为10~20MPa，而常规工艺却高达55~75MPa，其降低幅度超过60%。低的脱模压力意味着温压工艺易于压制形状复杂的铁基P/M零件和减小模具磨损从而延长其使用寿命。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术3.温压成型技术特点：（4）表面精度高由于温压工艺使压坯密度升高，而且温压中处于粘流态的润滑剂具有良好的“整平”作用，因此它可以使铁基粉末冶金零件表面精度提高2个IT等级，使纳米晶硬质合金粉末压坯表面精度提高3个IT等级。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术3.温压成型技术温压技术研究和开发的核心：•预合金化粉末的制造技术；•新型聚合物润滑剂的设计；•石墨粉末有效添加技术；•无偏析粉末的制造技术；•温压系统制备技术。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术3.温压成型技术温压技术主要适合生产铁基合金零件。同时人们正在尝试用这种技术制备铜基合金等多种材料零件。由于温压零件的密度得到了较好的提高，从而大大提高了铁基等粉末冶金制品的可靠性，因此温压技术在汽车制造机械制造、武器制造等领域存在着广阔的应用前景。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术3.温压成型技术温压技术主要适合生产铁基合金零件。同时人们正在尝试用这种技术制备铜基合金等多种材料零件。由于温压零件的密度得到了较好的提高，从而大大提高了铁基等粉末冶金制品的可靠性，因此温压技术在汽车制造机械制造、武器制造等领域存在着广阔的应用前景。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术4.流动温压技术流动温压技术以温压技术为基础,并结合了金属注射成形的优点,通过加入适量的微细粉末和加大润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动性、填充能力和成形性,这一工艺是利用调节粉末的填充密度与润滑剂含量来提高粉末材料的成形性。它是介于金属注射成形与传统模压之间的一种成形工艺。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术4.流动温压技术流动温压技术的关键是提高混合粉末的流动性，主要通过两种方法来实现：第一种方法是:向粉末中加入精细粉末。这种精细粉末能够填充在大颗粒之间的间隙中,从而提高了混合粉末的松装密度。第二种方法是:比传统粉末冶金工艺加入更多的粘结剂和润滑剂,但其加入量要比粉末注射成形少得多。粘结剂或润滑剂的加入量达到最优化后,混合粉末在压制中就转变成一种填充性很高的液流体。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术4.流动温压技术将上述两种方法结合起来,混合粉末在压制温度下就可转变成为流动性很好的黏流体,它既具有液体的所有优点,又具有很高的黏度。混合粉末的流变行为使得粉末在压制过程中可以流向各个角落而不产生裂纹。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术流动温压工艺主要特点如下:(1)可成形零件的复杂几何形状。国外已利用常规温压工艺成功制备出了一些形状较复杂的粉末冶金零件,如汽车传动转矩变换器涡轮毂、连杆和齿轮类零件等。(2)密度高、性能均一。流动温压工艺由于松装密度较高,经温压后的半成品密度可以达到很高的值。由于流动温压工艺中粉末的良好流动性,由此得到的材料密度也更加均匀。昆明理工大学材料与冶金学院胡劲第二章粉末冶金成型新技术4.流动温压技术(3)适应性较好。流动温压工艺已经用于低合金钢粉、不锈钢316L粉、纯Ti粉和WC-Co硬质合金粉末。原则上它可适用于所有的粉末体系，唯一的条件是该粉末体系须具有足够好的烧结性能,以便达到所要求的密度和性能。(4)简化了工艺,降低了成本。昆明理工大