82第三章-粉末成形技术-1

《粉末冶金原理》第三章粉末成形技术TechniqueofPowderFormation程继贵[e-mail]材料科学与工程学院SchoolofMaterialsScienceandEngineering本章内容§3.1成形前的粉末冶金§3.2模压成形技术§3.3等静压成形§3.4粉末连续成形§3.5粉浆浇注§3.6粉末注射成形SchoolofMaterialsScienceandEngineering第一节成形前的粉末冶金（成形料准备）一、对成形料的要求（以铁基粉末冶金为例）（一）成分要求1.主要元素：Fe——符合一定标准2.合金元素：种类很多作用：提高力学、物理性能、控制尺寸稳定性加入方式：元素混合、预合金状态比较（下页图）！注意：石墨—特殊的合金元素、多功能性！目的：准备具有一定组成和物理工艺性能的成形混合料。SchoolofMaterialsScienceandEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineering3.成形剂和润滑剂（前述）Fe基常用：硬脂酸、硬脂酸锌（锂）、石墨、硫磺、机油等比较：S在粉末烧结钢与铸钢中的不同作用！机油的作用：1）防止比重偏析2）减少粉尘3）严重降低粉末流动性：用量严格控制！SchoolofMaterialsScienceandEngineering（二）成形料粒度和松装比重的调整1.成形料粒度和粒度组成的调整（1）原料粒度影响制品性能（2）根据制品性能要求来确定粒度和粒度组成高强度结构件：细粉，范围宽含油轴承：稍粗、范围窄一般-80~100目SchoolofMaterialsScienceandEngineering2.成形料松装密度的调整松装密度是最重要的工艺性能之一！如何调整：（1）粉末筛粉分级后根据要求合批；（2）粉末中加入机油，显著降低松装密度；（3）粉末退火后球磨，松装密度随球磨时间变化。SchoolofMaterialsScienceandEngineering二、原料金属粉末的还原、退火（Reductionorannealing）作用:降低氧碳含量，提高纯度消除加工硬化，改善粉末压制性能（前者亦然）消除长期放置所吸附气体等注意：此项工作绝大多数由粉末生产厂家完成SchoolofMaterialsScienceandEngineering三、分级分级：将粉末按粒度大小分成若干等级。常用分级方法：筛分分级：旋风分级、离心分级、沉降分级等。粉末的粒度及粒度组成不同，影响压制和烧结工艺，且对产品的最终性能也有重要影响！采用细颗粒粉末制成的产品，其强度较粗颗粒的高韧性也好。SchoolofMaterialsScienceandEngineering四、合批与混合（blending，mixing）合批：同质、不同粒度粉末混和均匀过程；混合：将不同成分（材质）的粉末混和均匀过程。Blending：CombiningpowdersofthesamematerialbutpossiblydifferentparticlesizesMixing：Combiningpowdersofdifferentmaterials.SchoolofMaterialsScienceandEngineering（一）合批和混合的目的1.不同成分混合均匀；2.消除运输过程中产生的偏析或生产过程中不同批号粉末之间的性能差异3.混入合金元素4.调整松装密度和流动性5.混入润滑剂、成形剂等SchoolofMaterialsScienceandEngineering（二）影响混合的因素1.粉末特性比重、粒度及组成、相对含量等2.装料量、球料比、研磨体的尺寸及其搭配3.混合机的结构与转速SchoolofMaterialsScienceandEngineering临界转速：n临=32×D-1/2（rpm）SchoolofMaterialsScienceandEngineering4.混合方式（1）机械法混合：多种原料粉末在混料机中混合均匀得到混合料。机械混合分为：干混、湿混干混：在空气或惰性气体中混合，铁基及其它粉末冶金零件的生产（多不采用磨介）湿磨混合法：在液体介质中混合，多同时加入磨介（球）广泛应用于硬质合金、含易氧化组分材料；WC与Co粉之间除产生一般的混合均匀效果，还发生显著的细化效果，一般采用工业酒精作为研磨介质SchoolofMaterialsScienceandEngineering湿磨的主要优点：有利于环境保护无粉尘飞扬和减轻噪音提高破碎效率，有利于粉末颗粒的细化保护粉末不氧化SchoolofMaterialsScienceandEngineering（2）化学法混合：多在溶液中，通过反应同时生成均匀混合的产物（或前驱体），或包覆粉末：混合较机械法更为均匀,可以实现原子尺度的混合例：A.W-Cu-Ni包覆粉末的制造工艺：W粉+Ni(NO3)2溶液→混合→热解还原（700-750℃）→W-Ni包覆粉+CuCl2溶液→混合→热解还原（400-450℃）→W-Cu-Ni包覆粉末B.Cu-Al2O3复合包覆粉末的制备：Cu(NO3)2+Ni(NO3)2溶液→加氨水（pH）→过滤、洗涤、干燥、煅烧→CuO+Al2O3→H2还原→Cu-Al2O3复合粉末SchoolofMaterialsScienceandEngineering五、造粒（制粒）pelletizingorgranulating目的——获得团粒：改善细小颗粒或硬质粉末的成形性添加粘结剂、改善流动性进行自动压制或压制形状较复杂的大型P/M制品减小颗粒间的摩擦力，大幅度降低颗粒运动时的摩擦面积原理：借助于聚合物的粘结作用将若干细小颗粒形成团粒SchoolofMaterialsScienceandEngineering制粒方法：擦筛制粒—传统硬质合金生产旋转盘制粒挤压制粒喷雾干燥—最先进的制粒方法之一。SchoolofMaterialsScienceandEngineering第二节模压成形技术（CompactionTechnique）模压成形是将金属粉末或粉末混合料装入钢制压模（阴模）中，通过模冲对粉末加压，卸压后脱模，得到压坯的过程。（一）模压成形的特点1.效率高；2.成本较低；3.工序少；4.应用受限（压坯尺寸、形状、密度等）一、概述SchoolofMaterialsScienceandEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineeringCon’tionalHIPInjectionMolding(IM)PreformForgingMetalAllAll(SA,SS)All(Steel,SS)Steel,SASurfacedetailBB-CBAMass,kg0.01-5(30)0.1-1010-7000(e)0.01-0.20.1-3Min.section,mm1.513Min.corediam.mm4-615Tolerance+/-%0.120.30.25Throughput(pc/h)100-10005-20100-2000200-2000Min.quantity1000-50,0001-10010,000100,000Eq.CostB-CAA-BA-BA:highest,B:median,C:lowestProcessCapabilitiesSchoolofMaterialsScienceandEngineering（二）模压成形的发展方向高强度、高精度、复杂形状结构零件的生产（三）模压成形工序：粉末混合料称量、装模压制、保压卸压脱模粉末压坯PowdermixWeighting，fillingCompactingcompactsEjectionSchoolofMaterialsScienceandEngineering二、称料和装粉（一）称料称料量通常称为压坯的单重（允许一定的误差）。压坯的单重可按以下公式计算：Q=V×d×K式中：Q--单件压坯的称料量（单重），kg；V--制品的体积（由制品图算出），m3；d--制品要求密度，kg/m3；K--重量损失系数。称料方法有两种：（1）重量法；（2）容量法。（二）装料（粉）将所称量的粉末装入模具中时，要求粉末在模腔内分布均匀、平整，以保证压坯各部分压缩比一致。SchoolofMaterialsScienceandEngineering1.装粉要求：保证各高度（料腔）处装填系数相同！2.基本方法：（1）手工装粉—重量法要求：☆保证粉料重量在允许误差范围内；☆装料均匀，尤注意边角处的充填；☆不能过分振动阴模，防止比重轻的组元上浮产生偏析☆多台阶压坯，要严格控制各料腔的装填高度。SchoolofMaterialsScienceandEngineering（2）自动装粉—容量法装于料仓中的粉末，通过送料器自动地送入阴模模腔中。自动装料是自动压制的一个重要的工艺步骤！常用的装料方式有：落入（下）法、吸入法、多余装料法、超满装料法、零腔装料法、不满装料法（图）SchoolofMaterialsScienceandEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineering落入法装料吸入法装料多余装料法零腔装料法超满装料法不满装料法双料斗装料法常用装粉方法示意图三、压制（一）压制行程1.定义：为得到一定密度压坯，模冲压制粉末时必须移动的最小距离。压制行程等于粉料在阴模中的松装高度与压坯高度之差。2.控制方法：（1）模冲行程控制法：采用高度限位块、行程开关等；高度精度高，但密度误差可能大，应严格控制装粉量！SchoolofMaterialsScienceandEngineering（2）压制压力控制法根据密度-压力关系，控制压机压力（压力表读数）各压坯密度较一致，但高度误差可能较大，应严格控制装粉量，压力表精度要高！实际生产中：两种方法结合使用！SchoolofMaterialsScienceandEngineering（二）压制方式及其选择（三）压制压力、保压时间、压制速度的选择1.压制压力根据密度-单位压制压力关系（经验公式或曲线）确定单位压制压力计算总压制压力选择压机吨位注意：压机的使用压力与总吨位SchoolofMaterialsScienceandEngineering2.保压时间根据压坯材质和结构形状复杂程度而定3.压制速度（后述）SchoolofMaterialsScienceandEngineering四、脱模（一）脱模的基本方式1.顶出式脱模：阴模固定不动，通过上下模冲的运动将压坯从阴模中脱出。又分：下顶出——手动压制中常用；上顶出——自动压制中常用2.拉下式脱模：上模冲撤回，阴模向下阴模拉动，使压坯脱出。SchoolofMaterialsScienceandEngineering（二）脱模的基本原则1.速度快、连续平稳；2.对侧向加压压坯，先撤垂直压力，后撤侧向压力3.合理选择脱模方式：柱状压坯，可顶出或拉下式带发兰压坯多拉下式强动压制多拉下式拉下式脱模速度快，更适合大规模生产。SchoolofMaterialsScienceandEngineering柱状压坯，采用顶出式脱模SchoolofMaterialsScienceandEngineering柱状压坯，采用拉下式脱模SchoolofMaterialsScienceandEngineering强动压制，一般采用拉下式脱模SchoolofMaterialsScienceandE