1、一、緒論一、緒論1.1.概念概念：通過粉末的制備、成形及燒結(jié)制備材料或零件的技術(shù)。 材料：金屬，非金屬，復合材料2.2.粉末冶金發(fā)展概況粉末冶金發(fā)展概況 19世紀初：鉑粉 1909年：粉末可鍛鎢的生產(chǎn) 1923年：硬質(zhì)合金 20世紀30年代：多孔軸承， 鐵基機械零件 1968年：粉末高速鋼第第4 4篇篇 粉末冶金（粉末冶金（PMPM）3.3.特點特點1)可制備熔鑄法不能生產(chǎn)的材料可制備熔鑄法不能生產(chǎn)的材料多孔材料難熔材料（難熔金屬，金屬間化合物，陶瓷）各類復合材料非平衡組織材料（假合金，過飽和固溶體等)2)可生產(chǎn)性能更好的一些材料可生產(chǎn)性能更好的一些材料制取偏析小的合金（高速鋼，高溫合金）組織

2、細小、均勻和加工性能好的稀有金屬配料錠3) 少切削或無切削加工。少切削或無切削加工。4) 缺點缺點：粉末成本高；制品形狀及尺寸受限制；制品韌性較差。3/19粉末制備粉末制備燒結(jié)燒結(jié)成形工序成形工序粉末混合粉末混合機械法和物理化學法。球磨法、霧化法等機械法和物理化學法。球磨法、霧化法等加入必要的潤滑劑、其他合金元素加入必要的潤滑劑、其他合金元素4.4.主要工序主要工序后序加工后序加工清洗包裝清洗包裝浸油、整形、浸油、整形、少量機加工少量機加工 一般結(jié)構(gòu)零件一般結(jié)構(gòu)零件:多孔材料多孔材料難熔金屬難熔金屬復合材料復合材料電接觸材料電接觸材料耐熱材料耐熱材料5.5.應(yīng)用應(yīng)用汽車變速器系統(tǒng)用粉末燒結(jié)鋼件

3、:產(chǎn)品簡介產(chǎn)品簡介汽車發(fā)動機用粉末燒結(jié)鋼零件產(chǎn)品簡介產(chǎn)品簡介產(chǎn)品簡介產(chǎn)品簡介金屬切削刀片金屬切削刀片硬質(zhì)合金刀具硬質(zhì)合金刀具：產(chǎn)品簡介產(chǎn)品簡介9廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)結(jié)論產(chǎn)品簡介產(chǎn)品簡介第第8 8章章 粉末制備粉末制備按性質(zhì)分：機械粉碎法機械粉碎法，物理化學法按狀態(tài)分： 固體，還原法還原法 氣體，氣相沉積法 液體，霧化法霧化法，電解法.還原法還原法1) 基本原理基本原理基本反應(yīng)基本反應(yīng)：MeO+X=Me+XO 條件：Z（XO）自然，滾動 自然，滑動 轉(zhuǎn)速0.70-0.75 n臨界：拋落粗磨0.6 n臨界：滑落=0.6 n臨界：滾落裝球量：裝填系數(shù)=裝球體積：球磨筒體積 （0.4-0.

4、5）球料比：太大，球磨損大；太小，效率低球的大小：d（1/181/24）D，其中d磨球直徑研磨介質(zhì)：干磨，濕磨物料性質(zhì)：脆性/韌性2)影響球磨的因素影響球磨的因素二其它機械粉碎法（塑性材料）二其它機械粉碎法（塑性材料）1旋渦研磨旋渦研磨1）原理：主要依靠物料之間相互撞擊、物料與磨壁、螺旋槳之間的撞擊進行研磨 2）特點：粉末細、呈蝶形、可利用邊角料 2冷氣流粉碎冷氣流粉碎1）原理：高壓（7MPa）大氣壓，絕熱膨脹降溫粉碎 2）特點：粉末細、不規(guī)則、無氧化冷氣流粉碎原理圖8 83 3 霧化法霧化法1定義定義：直接擊碎液態(tài)材料而獲得粉末的方法2應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍：可熔化的金屬材料、液相的非金屬材料3種

5、類種類 二流霧化：氣霧化、水霧化 離心霧化：旋轉(zhuǎn)（圓盤、電極、坩堝）霧化 超聲霧化 轉(zhuǎn)輥霧化一一).).二流霧化二流霧化1.二流：液流、介質(zhì)流2.霧化原理：利用介質(zhì)流直接沖擊液流獲得粉末的方法。3.種類：水霧化、氣霧化4.影響霧化粉末性能的因素霧化介質(zhì)霧化介質(zhì)化學特性：氧化、其它雜質(zhì)動能：W=1/2 mv2，W，粉末細冷卻能力：，粉末形狀不規(guī)則金屬液流金屬液流表面張力及粘度：表面張力球形粉末，粉末粒度粘度，粉末粒度，粉末不規(guī)則金屬液流直徑：，粉末粒度，生產(chǎn)率過熱溫度：流動性，粘度，球形粉末，O、N，一般50-2500C其它因素其它因素金屬液流長度：，細粉聚粉桶直徑：球形粉，粗粉冷卻介質(zhì)：冷卻能

6、力不規(guī)則，細粉5.適用范圍：適用范圍： 氣霧化：各種金屬；球形粉，如Cu，Zn等 水霧化：高熔點金屬；不規(guī)則粉末，如Fe二二) )離心霧化（簡介）離心霧化（簡介）1原理原理：利用機械旋轉(zhuǎn)形成 的離心力將液態(tài)金屬擊碎 并冷凝成粉末2分類分類8 83 3 粉末的性能粉末的性能一分類一分類化學組成化學組成：純度及雜質(zhì)組成、物理性能物理性能：顆粒形狀與結(jié)構(gòu)、顆粒大小和粒度組成、比表面積顆粒形狀與結(jié)構(gòu)、顆粒大小和粒度組成、比表面積、密度密度及聲熱光電磁等性質(zhì)。工藝性能：流動性、松裝密度、壓制性等工藝性能：流動性、松裝密度、壓制性等力學性能力學性能：強度、硬度、塑性等二粉末的粒形、粒度及組成二粉末的粒形、

7、粒度及組成 1顆粒形狀顆粒形狀，見圖 2粒度及其組成粒度及其組成：1）粒度：顆粒的直徑2）粒度組成:全部粉末中不同粒度顆粒的分布(粒度級別見表8-7) 3）表示：工業(yè)中采用篩分方法測定，篩號表示粒度。1松裝密度松裝密度：粉末自然填充規(guī)定容器時，單位容積粉末的質(zhì)量。見圖8-18 決定裝粉量2流動性流動性：50g粉末從標準的漏斗中流出所需的時間。見圖8-18 影響自動裝粉和壓制密度的均勻性。3壓制性壓制性：壓縮性和成形性的總稱。 影響壓制密度和強度。三粉末的工藝性能三粉末的工藝性能第第9 9章章 粉末的成形粉末的成形1.定義定義：使金屬坯料密實成具有一定形狀、尺寸、孔隙度和強度的生坯的工藝：使金屬

8、坯料密實成具有一定形狀、尺寸、孔隙度和強度的生坯的工藝.Compaction Process 壓制過程壓制過程2. 2. 種類種類 普通模壓成形：單向壓制、雙向壓制特殊成形：等靜壓制、粉漿澆注、連續(xù)成形、流延法、爆炸成形9 91 1 成形前的原料準備成形前的原料準備1退火退火1）目的 提高粉末純度 消除加工硬化 穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu) 表面鈍化2）工藝 溫度：0.5-0.6Tm 氣氛：惰性氣體、分解氨、真空、氫氣2篩分篩分：粉末按粒度分級3混料混料 機械法：干混、濕混 化學法：通過液相化學反應(yīng)的方法使混料更加均勻。4加添加劑加添加劑 成形劑：提高粉末成形強度。如合成橡膠、石蠟等 潤滑劑：減小成形摩擦。如

9、硬脂酸鈉等 造孔劑：幫助形成多孔材料。如碳酸銨5制粒制粒：將粉末制成團粒。提高流動性。9 92 2 粉末的壓制過程粉末的壓制過程一粉末的位移與變形一粉末的位移與變形1位移位移：2變形變形：彈性變形、塑性變形、脆性斷裂位移、變形孔隙，接觸面密度、強度二壓坯強度二壓坯強度1強度的形成強度的形成 顆粒間機械嚙合 粘合 成形劑作用2評定評定 抗彎強度整體強度 轉(zhuǎn)鼓實驗邊角強度 三壓制壓力與壓坯密度的關(guān)系三壓制壓力與壓坯密度的關(guān)系1壓坯密度的變化規(guī)律壓坯密度的變化規(guī)律.P，：主要發(fā)生位移，稱滑移階段.P, 幾乎不變：脆性材料; ：塑性材料. P，：以變形為主2壓制壓力與密度關(guān)系壓制壓力與密度關(guān)系lgPm

10、ax-lgP=L(-1)式中：Pmax相應(yīng)于壓至最緊密狀態(tài)(=1)時的單位壓力；L壓制因素，反映壓制時的應(yīng)力應(yīng)變比；相對體積，=1/(1-)，孔隙度四壓坯密度分布四壓坯密度分布1粉末所受的力1）壓制壓力： P=P1+P2P1-凈壓力；P2克服粉體與模壁的外摩擦2）側(cè)壓力：P側(cè)=P 側(cè)壓系數(shù)3）模壁摩擦力：F=P側(cè)2壓坯密度分布1）壓坯密度分布的不均勻性）壓坯密度分布的不均勻性 上層密度比下層密度大；在水平面上，接近上模沖的斷面的密度分布是兩邊大，中間小；而遠離上模沖的截面的密度分別是中間大，兩邊小。 因為粉末體在壓模內(nèi)受力后向各個方向流動，于是引起垂直于壓模壁的側(cè)壓力。側(cè)壓力引起摩擦力，會使壓

11、坯在高度方向存在明顯的壓力降。 2）影響壓坯密度分布的因素）影響壓坯密度分布的因素 壓坯形狀：壓坯形狀： H/D 密度分布均勻性密度分布均勻性 模壁狀況：密度分布均勻性壓制方式：雙向壓制密度分布均勻性五影響壓制過程的因素五影響壓制過程的因素1粉末性能粉末性能力學性能、粒度、純度等的影響2潤滑劑和成形劑潤滑劑和成形劑 對成形有利，對燒結(jié)可能不利。3壓制工藝壓制工藝1）壓制方式2）速度：均勻性3）保壓時間：均勻性4）震動：均勻性5）磁場： 9 93 3 特殊成形特殊成形一等靜壓成形一等靜壓成形1概念：概念：同時在各個方向上受到相等的凈壓力作用而成形的方法2原理：原理：各向均勻加載+彈性模套3分類：

12、分類：冷等靜壓和熱等靜壓4特點特點1）可制備復雜形狀制品2）損耗小3）密度均勻4）壓坯強度高5）燒結(jié)溫度低6）尺寸精度和表面光潔度低7）生產(chǎn)率低8）設(shè)備投資大 冷等靜壓設(shè)備類型（a）濕袋法（b）干袋法熱等靜壓原理圖熱等靜壓原理圖第第1010章章 燒結(jié)燒結(jié)1定義：定義：燒結(jié)是粉末或粉末壓坯在適當?shù)臏囟群蜌夥罩惺軣崴l(fā)生的現(xiàn)象或過程。2分類分類固相燒結(jié)單元系多元系互溶不互溶液相燒結(jié)10101 1 燒結(jié)基本過程及機構(gòu)燒結(jié)基本過程及機構(gòu)一燒結(jié)基本過程1粘結(jié)階段：粘結(jié)階段：形成燒結(jié)頸宏觀特征：密度變化很小，強度和導電性增加2燒結(jié)頸長大階段：燒結(jié)頸長大階段：顆粒距離減小，晶粒長大，孔隙大幅減小。宏觀特征：

13、燒結(jié)體收縮，密度、強度增加。3閉孔隙球化和縮小階段：閉孔隙球化和縮小階段：通孔 閉孔 球化 收縮燒結(jié)過程示意圖： 二燒結(jié)機構(gòu)1 1概念：概念：燒結(jié)過程中物質(zhì)的遷移及速率2 2物質(zhì)遷移方式：物質(zhì)遷移方式：擴散、再結(jié)晶、塑性流動、蒸發(fā)與凝聚等兩球幾何模型10102 2 單元系燒結(jié)單元系燒結(jié)1概念：概念：純金屬、有固定化學成分的化合物及均勻固溶體的粉末在固態(tài)下燒結(jié)。2特征：特征：無新相或新的組成物出現(xiàn)，也不發(fā)生凝聚態(tài)的改變。一燒結(jié)溫度與時間一燒結(jié)溫度與時間1燒結(jié)溫度：燒結(jié)溫度：2/34/5TmT燒結(jié)速度，但過大會使晶粒長大。2燒結(jié)時間：燒結(jié)時間：t，性能，但影響小于燒結(jié)溫度。二燒結(jié)中密度與尺寸變化二

14、燒結(jié)中密度與尺寸變化1正常：正常：收縮 2反常：反常：脹大 原因：原因：1）內(nèi)應(yīng)力消除，抵消了收縮 2）內(nèi)部氣體的存在 3）聚晶長大 4）同素異晶轉(zhuǎn)變。三燒結(jié)體顯微組織的變化三燒結(jié)體顯微組織的變化1 1空隙：空隙： 通孔 閉孔 球化2 2再結(jié)晶與晶粒長大再結(jié)晶與晶粒長大a)形變再結(jié)晶b)聚集再結(jié)晶四影響燒結(jié)過程的因素四影響燒結(jié)過程的因素1 1結(jié)晶構(gòu)造與異晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶構(gòu)造與異晶轉(zhuǎn)變2 2粉末活性粉末活性3 3外在因素外在因素1）氧化物2）燒結(jié)氣氛4 4壓制工藝：壓制工藝：對壓坯密度及分布有影響10103 3 多元系固相燒結(jié)多元系固相燒結(jié)-互不溶系的固相燒結(jié)互不溶系的固相燒結(jié)特點：特點： 制備各類復合材料及假合金 常需后處理進一步致密化 常采用復合粉末或化學混料 性能受異相顆粒界面狀況影響10104 4 液相燒結(jié)液相燒結(jié)一概念：一概念：有部分液相出現(xiàn)的燒結(jié)過程二液相燒結(jié)條件二液相燒結(jié)條件1潤濕性：潤濕性：固-液相潤濕2固相在液相中有一定溶解度固相在液相中有一定溶解度 改善潤濕增加液相數(shù)量有利于借助液相遷移冷卻時析出可提高成分均勻性3液相數(shù)量液相數(shù)量：以添滿固相間隙為宜，一般20-50%三液相燒結(jié)過程和機構(gòu)三