粉末冶金工藝基本知識

1、粉末冶金工藝基本知識粉末冶金工藝基本知識粉末冶金成形粉末冶金工藝及材料粉末冶金是制取金屬粉末并通過成形和燒結(jié)等工藝將金屬粉末或與非金屬粉末的混合物制成制品的加工方法，既可制取用普通熔煉方法難以制取的特殊材料，又可制造各種精密的機(jī)械零件，省工省料。但其模具和金屬粉末成本較高，批量小或制品尺寸過大時不宜采用。粉末冶金材料和工藝與傳統(tǒng)材料工藝相比，具有以下特點：1粉末冶金工藝是在低于基體金屬的熔點下進(jìn)行的，因此可以獲得熔點、密度相差懸殊的多種

2、金屬、金屬與陶瓷、金屬與塑料等多相不均質(zhì)的特殊功能復(fù)合材料和制品。2提高材料性能。用特殊方法制取的細(xì)小金屬或合金粉末，凝固速度極快、晶粒細(xì)小均勻，保證了材料的組織均勻，性能穩(wěn)定，以及良好的冷、熱加工性能，且粉末顆粒不受合金元素和含量的限制，可提高強(qiáng)化相含量，從而發(fā)展新的材料體系。3利用各種成形工藝，可以將粉末原料直接成形為少余量、無余量的毛坯或凈形零件，大量減少機(jī)加工量。提高材料利用率，降低成本。粉末冶金的品種繁多，主要有：鎢等難熔金屬

3、及合金制品；用Co、Ni等作粘結(jié)劑的碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）等硬質(zhì)合金，用于制造切削刀具和耐磨刀具中的鉆頭、車刀、銑刀，還可制造模具等；Cu合金、不銹鋼及Ni等多孔材料，用于制造燒結(jié)含油軸承、燒結(jié)金屬過濾器及紡織環(huán)等。隨著粉末冶金生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，粉末冶金及其制品將在更加廣泛的應(yīng)用。1粉末冶金基礎(chǔ)知識⒈1粉末的化學(xué)成分及性能尺寸小于1mm的離散顆粒的集合體通常稱為粉末，其計量單位一般是以微米（μm）或納米（nm）

4、。1.粉末的化學(xué)成分常用的金屬粉末有鐵、銅、鋁等及其合金的粉末，要求其雜質(zhì)和氣體含量不超過1%～2%，否則會影響制品的質(zhì)量。2.粉末的物理性能⑴粒度及粒度分布粉料中能分開并獨立存在的最小實體為單顆粒。實際的粉末往往是團(tuán)聚了的顆粒，即二次顆粒。圖7.1.1描繪了由若干一次顆粒聚集成二次顆粒的情形。實際的粉末顆粒體中不同尺寸所占的百分比即為粒度分布。⑵顆粒形狀即粉末顆粒的外觀幾何形狀。常見的有球狀、柱狀、針狀、板狀和片狀等，可以通過顯微鏡的

5、觀察確定。⑶比表面積即單位質(zhì)量粉末的總表面積，可通過實際測定。比表面積大小影響著粉末的表面能、表面吸附及凝聚等表面特性。3.粉末的工藝性能粉末的工藝性能包括流動性、填充特性、壓縮性及成形性等。⑴填充特性指在沒有外界條件下，粉末自由堆積時的松緊程度。常以松裝密度或堆積密度表示。粉漿，再注入石膏模內(nèi)，利用石膏模吸取水分使之干燥后成形。常用的懸浮劑有聚乙烯醇、甘油、藻骯酸鈉等，作用是防止成形顆粒聚集，改善潤濕條件。為保證形成穩(wěn)定的膠態(tài)懸浮液，

6、顆粒尺寸不大于5μm～10μm，粉末在懸浮液中的質(zhì)量含量為40%～70%。粉漿成形工藝參見本書6.2.2。5.擠壓成形將置于擠壓筒內(nèi)的粉末、壓坯或燒結(jié)體通過規(guī)定的?？讐撼觥０凑諗D壓條件不同，分為冷擠壓和熱擠壓。冷擠壓是把金屬粉末與一定量的有機(jī)粘結(jié)劑混合在較低溫度下（40℃～200℃）擠壓成坯塊；粉末熱擠壓是指金屬粉末壓坯或粉末裝入包套內(nèi)加熱到較高溫度下壓擠，熱擠壓法能夠制取形狀復(fù)雜、性能優(yōu)良的制品和材料。擠壓成形設(shè)備簡單，生產(chǎn)率高，可獲

7、得長度方向密度均勻的制品。擠壓成形能擠壓出壁很薄直經(jīng)很小的微形小管，如厚度僅0.01mm，直徑1mm的粉末冶金制品；可擠壓形狀復(fù)雜、物理力學(xué)性能優(yōu)良的致密粉末材料，如燒結(jié)鋁合金及高溫合金。擠壓制品的橫向密度均勻，生產(chǎn)連續(xù)性高，因此，多用于截面較簡單的條、棒和螺旋形條、棒（如麻花鉆等）。6.松裝燒結(jié)成形粉末未經(jīng)壓制而直接進(jìn)行燒結(jié)，如將粉末裝入模具中振實，再連同模具一起入爐燒結(jié)成形，用于多孔材料的生產(chǎn)；或?qū)⒎勰┚鶆蛩裳b于芯板上，再連同芯板一

8、起入爐燒結(jié)成形，再經(jīng)復(fù)壓或軋制達(dá)到所需密度，用于制動摩擦片及雙金屬材料的生產(chǎn)。將置于擠壓筒內(nèi)的粉末、壓坯或燒結(jié)體通過規(guī)定的?？讐撼?。按照擠壓條件不同，分為冷擠壓和熱擠壓。冷擠壓是把金屬粉末與一定量的有機(jī)粘結(jié)劑混合在較低溫度下（40℃～200℃）擠壓成坯塊；粉末熱擠壓是指金屬粉末壓坯或粉末裝入包套內(nèi)加熱到較高溫度下壓擠，熱擠壓法能夠制取形狀復(fù)雜、性能優(yōu)良的制品和材料。擠壓成形設(shè)備簡單，生產(chǎn)率高，可獲得長度方向密度均勻的制品。7.爆炸成形借

9、助于爆炸波的高能量使粉末固結(jié)的成形方法。爆炸成形的特點是爆炸時產(chǎn)生壓力很高，施于粉末體上的壓力速度極快。如炸藥爆炸后，在幾微秒時間內(nèi)產(chǎn)生的沖擊壓力可達(dá)106MPa（相當(dāng)于107個大氣壓），比壓力機(jī)上壓制粉末的單位壓力要高幾百倍至幾千倍。爆炸成形壓制壓坯的相對密度極高，強(qiáng)度極佳。如用炸藥爆炸壓制電解鐵粉，壓坯的密度接近純鐵體的理論密度值。爆炸成形可加工普通壓制和燒結(jié)工藝難以成形的材料，如難熔金屬、高合金材料等，還可壓制普通壓力無法壓制的大

10、型壓坯。除上述方法外，還有注射成形及熱等靜壓制新技術(shù)等新的成形方法。2.燒結(jié)的機(jī)理燒結(jié)是粉末或壓坯在低于其主要組分熔點溫度以下的熱處理過程，目的是通過顆粒間的冶金結(jié)合以提高其強(qiáng)度。隨著溫度升高，粉末或壓坯中產(chǎn)生一系列的物理、化學(xué)變化：水和有機(jī)物的蒸發(fā)或揮發(fā)、吸附氣體的排除、應(yīng)力消除以及粉末顆粒表面氧化物的還原等，接著粉末表層原子間的相互擴(kuò)散和塑性流動。隨著顆粒間接觸面的增大，會產(chǎn)生再結(jié)晶和晶粒長大，有時出現(xiàn)固相的熔化和重結(jié)晶。以上各過程