机械制造基础第七讲粉末冶金成形

1、第第5 5章章 粉末冶金成形粉末冶金成形 第一第一节节 粉末冶金基础粉末冶金基础第二节第二节 粉末冶金模具粉末冶金模具第三节第三节 常用粉末冶金材料简介常用粉末冶金材料简介第四节第四节 粉末冶金制品结构工艺性粉末冶金制品结构工艺性 第五节第五节 粉末冶金技术的新发展粉末冶金技术的新发展 碳的熔点：碳的熔点：3550钨的熔点钨的熔点 ：3410钨灯丝是如何制造的？钨灯丝是如何制造的？钨棒钨棒钨丝钨丝拉拔拉拔钨的熔点钨的熔点 为为3410，钨棒材如何制造？，钨棒材如何制造？19091909年美国的库利吉发明粉末冶金方法制造钨丝，其生产工艺年美国的库利吉发明粉末冶金方法制造钨丝，其生产工艺过程：过程

2、：将仲钨酸铵在将仲钨酸铵在 500500左右的空气中焙烧成三氧化钨左右的空气中焙烧成三氧化钨在在630630左右用氢气还原成二氧化钨左右用氢气还原成二氧化钨在在820820左右还原成金属钨粉左右还原成金属钨粉将取得的掺杂钨粉在一种特制的模子中压制成细长的方条将取得的掺杂钨粉在一种特制的模子中压制成细长的方条把方条在氢气中通电，用自电阻加热把方条在氢气中通电，用自电阻加热( (温度达温度达30003000左右左右) )的的方法进行烧结，（烧结后钨条的密度可达到理论值的方法进行烧结，（烧结后钨条的密度可达到理论值的85%85%以上）以上）将这种钨条用旋锻方法加工成直径为将这种钨条用旋锻方法加工成直

3、径为3 mm3 mm左右的钨棒左右的钨棒然后进一步用模子拉拔的方法加工成各种不同粗细的钨丝。然后进一步用模子拉拔的方法加工成各种不同粗细的钨丝。（例如（例如220V220V、15W15W的白炽灯用的钨丝直径约为的白炽灯用的钨丝直径约为15 15 m）多孔金属材料如何制造？多孔金属材料如何制造？硬质合金的微观形貌（硬质合金的微观形貌（3000倍）倍）硬质合金车刀硬质合金车刀硬质合金的性能特点硬质合金的性能特点： 硬度高（硬度高（868693HRA93HRA，相当于，相当于696981HRC81HRC，高速钢为，高速钢为636367HRC67HRC，工具钢为，工具钢为60HRC60HRC）；）；

4、热硬性好（可达热硬性好（可达90090010001000，保持，保持60HRC60HRC）；）； 耐磨性好。耐磨性好。 硬质合金刀具硬质合金刀具的切削速度可达硬质合金刀具硬质合金刀具的切削速度可达100100200m/min200m/min，比高速钢切削速度高，比高速钢切削速度高3 35 5倍，比工具钢倍，比工具钢高高20203030倍；刀具寿命比高速钢高倍；刀具寿命比高速钢高5 58 8倍，比工具倍，比工具钢高钢高2020150150倍。可切削倍。可切削50HRC50HRC左右的硬质材料。左右的硬质材料。1969年瑞典研制成功了碳化钛涂层刀具，刀具的基体就是硬年瑞典研制成功了碳化钛涂层刀具，

5、刀具的基体就是硬质合金，表面碳化钛涂层的厚度不过几微米，使切削速度提质合金，表面碳化钛涂层的厚度不过几微米，使切削速度提高高2070%，寿命提高，寿命提高35倍。倍。硬质合金是把难熔金属（钨、钽、钛、钼、铌等）的硬质合金是把难熔金属（钨、钽、钛、钼、铌等）的碳化物硬质颗粒，跟钴或镍的粉末混合后压制成型，碳化物硬质颗粒，跟钴或镍的粉末混合后压制成型，再经烧结制成。再经烧结制成。硬质合金是如何制造的？硬质合金是如何制造的？表1 几种成形、加工方法经济性比较 方方 法法材料利用率（材料利用率（% %）单位能耗单位能耗/ /（J/kgJ/kg）铸铸 造造909030303838粉末冶金粉末冶金9595

6、2929冷冷 锻锻85854141热热 锻锻7575808046464949机械加工机械加工4040505066668282零件名称零件名称零件金属消耗量零件金属消耗量/t相对劳动量相对劳动量1000个零件的相对成本个零件的相对成本机械加工机械加工粉末冶金粉末冶金机械加工机械加工粉末冶金粉末冶金机械加工机械加工粉末冶金粉末冶金液压泵齿轮液压泵齿轮1.801.901.051.101.00.31.00.5钛制紧固螺母钛制紧固螺母1.851.951.101.121.00.51.00.5黄铜制轴承保黄铜制轴承保持架持架1.751.851.151.131.00.451.00.35飞机导线用铝飞机导线用铝

7、合金固定架合金固定架1.851.951.051.091.00.351.00.4表2 几种成形、加工方法经济性比较 粉末冶金的概念粉末冶金的概念 是以金属粉末是以金属粉末( (或金属粉末与非金属粉末的混合物或金属粉末与非金属粉末的混合物) )为为原料，通过成形、烧结或热成形制成金属制品或材料的一原料，通过成形、烧结或热成形制成金属制品或材料的一种冶金工艺技术。种冶金工艺技术。粉末冶金的特点：粉末冶金的特点：1）某些特殊性能材料的唯一制造方法；）某些特殊性能材料的唯一制造方法；唯一性主要体现在唯一性主要体现在: :难熔金属及其合金（如钨、钨难熔金属及其合金（如钨、钨钼合金）；钼合金）；难熔的化合物

8、和金属组成的各种复合材料（如硬质合金、金难熔的化合物和金属组成的各种复合材料（如硬质合金、金属陶瓷）；属陶瓷）；组元彼此不相溶、熔点十分悬殊的特殊性能材料（如钨组元彼此不相溶、熔点十分悬殊的特殊性能材料（如钨铜铜合金型电触头材料）等。合金型电触头材料）等。粉末冶金的特点：粉末冶金的特点：1）某些特殊性能材料的唯一制造方法；）某些特殊性能材料的唯一制造方法；2）可直接制出尺寸准确，表面光洁的零件，是少甚至无）可直接制出尺寸准确，表面光洁的零件，是少甚至无切削生产工艺；切削生产工艺；3 3）节约材料和加工工时，成本低。）节约材料和加工工时，成本低。 4）压制成形的压强较高，制品尺寸较小；）压制成形

9、的压强较高，制品尺寸较小；5）压模成本较高，适合批量生产；）压模成本较高，适合批量生产；6）制品强度较低；）制品强度较低；7）流动性较差，形状受限制。）流动性较差，形状受限制。粉末制备粉末制备烧结烧结成形工序成形工序粉末混合粉末混合粉末冶金成形主要工序粉末冶金成形主要工序后序处理后序处理清洗包装清洗包装 机械方法、物理方法、化学方法机械方法、物理方法、化学方法加入必要的润滑剂或合金元素加入必要的润滑剂或合金元素浸油、整形、少量加工浸油、整形、少量加工第一节第一节 粉末冶金基础粉末冶金基础 一、粉末性能和粉末制备一、粉末性能和粉末制备（一）粉末性能（一）粉末性能 固态物质按分散程度不同分为致密体

10、、粉末体和胶体：固态物质按分散程度不同分为致密体、粉末体和胶体： 致密体（亦即常说的固体）：粒径在致密体（亦即常说的固体）：粒径在l mml mm以上；以上； 胶体微粒胶体微粒： 0.10.1m以下；以下； 粉末体或简称粉末：介于二者之间。粉末体或简称粉末：介于二者之间。铁粉铁粉铁粉的粒度：铁粉的粒度：铁粉按分散程度不同分为粗粉、中等粉、细粉、微细粉和铁粉按分散程度不同分为粗粉、中等粉、细粉、微细粉和超细粉五个等级：超细粉五个等级：粒度为粒度为150150500m500m范围内的颗粒组成的铁粉为粗粉范围内的颗粒组成的铁粉为粗粉粒度在粒度在4444150m150m为中等粉为中等粉101044m4

11、4m的为细粉的为细粉0.50.510m10m的为极细粉的为极细粉小于小于0.5m0.5m的为超细粉的为超细粉分级方法：旋振筛分级、气流分级分级方法：旋振筛分级、气流分级金属粉末筛料机金属粉末筛料机原料粉末原料粉末其它添加剂其它添加剂混合混合松装烧结松装烧结（石膏模）（石膏模）粉末浇注粉末浇注模压成形模压成形预烧结预烧结烧结烧结二次模压二次模压二次烧结二次烧结整形整形高温烧结高温烧结锻造锻造拉丝拉丝烧结烧结锻锻 造造轧轧 制制挤挤 压压冷等静压冷等静压轧轧 制制挤挤 压压烧烧 结结热热 压压热热 挤挤 压压热等静压热等静压后续处理（选择）：浸渍后续处理（选择）：浸渍热处理热处理 电镀电镀 机械加

12、工机械加工粉末冶金材料、制品粉末冶金材料、制品图图5-1 粉末冶金材料或制品的工艺流程粉末冶金材料或制品的工艺流程（二）粉末的制备（二）粉末的制备 金属粉末的制取方法可分成三大类：机械法、物理、金属粉末的制取方法可分成三大类：机械法、物理、化学法。化学法。 机械研磨机械研磨气流研磨气流研磨液体雾化液体雾化蒸发凝聚蒸发凝聚气相沉积气相沉积还原化合还原化合电化学法电化学法粉末的制备粉末的制备机械制粉机械制粉化学制粉化学制粉物理制粉物理制粉制备粉末的三种途径：制备粉末的三种途径： 固态固态 液态液态 粉末粉末 气态气态 固态固态 粉末粉末1 1、金属（合金）、金属（合金）金属粉末：机械粉碎，电化腐蚀

13、金属粉末：机械粉碎，电化腐蚀2 2、金属氧化物（盐类）、金属氧化物（盐类）金属粉末：还原法金属粉末：还原法3 3、金属非金属化合物、金属非金属化合物 金属化合物粉末：还原化合法金属化合物粉末：还原化合法金属氧化物非金属化合物金属氧化物非金属化合物 液态液态 粉末粉末1 1、液态金属（合金）、液态金属（合金）金属粉末：雾化法金属粉末：雾化法2 2、金属盐溶液、金属盐溶液金属粉末：置换法，溶液氢还原法，水溶液电解金属粉末：置换法，溶液氢还原法，水溶液电解法法3 3、金属熔盐、金属熔盐金属粉末：熔盐沉淀法，熔盐电法金属粉末：熔盐沉淀法，熔盐电法雾化雾化聚并聚并凝固凝固旋转锭模法（又称旋转坩埚法）：旋

14、转锭模法（又称旋转坩埚法）：旋转轮法旋转轮法旋转杯法旋转杯法 气态气态 粉末粉末1 1、金属蒸汽、金属蒸汽金属粉末：蒸汽冷凝法金属粉末：蒸汽冷凝法2 2、气态金属羰基物、气态金属羰基物金属粉末：羰基物热离解法金属粉末：羰基物热离解法3 3、气态金属卤化物、气态金属卤化物金属粉末：气相氢还原法金属粉末：气相氢还原法4 4、气态金属卤化物、气态金属卤化物金属化合物粉末：化学气相沉积法金属化合物粉末：化学气相沉积法2)nMeClHMeHCl（气）（气）（固）（气 433442SiClNHSi NHCl气固气 气固气气HClTiCHHCTiCl63228342)nMeClHMeHCl（气）（气）（固）

15、（气 433442SiClNHSi NHCl气固气 4382236TiClC HHTiCHCl气气固气43222510TiClBClHTiBHCl气气5422248216MoClSiClHMoSiHCl沉积物沉积剂沉积温度， 气 氛碳化物TiCBCSiCNbCWCTiCl4十 CH4或 C6H5CH3BCl3十 CH4SiCl4十 CH4NbCl5十 CH4WCl6十 C6H5CH3或 CH4110012001100170013001500100010001500H2H2H2H2H2硼化物TiB2ZrB2VB2TaBWBTiCl4十 BBr3 或 BCl3ZrCl4十 BBr3成 BC3VCl

16、4十 BBr3或 BCl3TaCl5十 BBr3或 BCl3WCl6十 BBr3或 BCl311001300170025009001300130017008001200H2H2H2H2H2硅化物MoSi2MoCl5十 SiCl4或 Mo 十 SiCl411001800H2氮化物TiNBNTaNTiCl4BCl3TaCl511001200120015001200N2十 H2N2十 H2N2十 H2一些碳化物、氮化物、硅化物、硼化物的沉积条件一些碳化物、氮化物、硅化物、硼化物的沉积条件8 化学还原法化学还原法243434COFeCOOFeOHWHWO22333 氢还原法：氢还原法：碳还原法：碳还原

17、法：223234232COAlNNCOAlOHWCHCWO223338 还原化合法还原化合法一、电化学制粉分类一、电化学制粉分类v 水溶液电解水溶液电解v 有机电解质电解有机电解质电解v 熔盐电解熔盐电解v 液体金属阴极电解液体金属阴极电解8 电化学制粉法电化学制粉法铁粉的铁氧化物还原法工艺流程铁粉的铁氧化物还原法工艺流程铁矿粉铁矿粉磁选磁选筛分筛分球磨破碎球磨破碎烘干烘干煤粉煤粉石灰石石灰石烘干烘干装装罐罐一次还原一次还原清洗清洗破碎破碎破碎破碎筛选筛选 磁选磁选二次还原二次还原磁选磁选破破碎碎筛分筛分分级分级称重、包装称重、包装发运发运二、粉末的成形二、粉末的成形 （一）成形方法（一）成形

18、方法 成形是粉末冶金工艺的重要步骤。成形的目的是制得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具有一定形状形状、尺寸尺寸、密度密度和和强度强度的压坯。的压坯。 松装烧结松装烧结粉浆浇注粉浆浇注模压成形模压成形热压成形热压成形等静压成形等静压成形轧制成形轧制成形离心成形离心成形挤压成形挤压成形爆炸成形爆炸成形成形成形无压成形无压成形加压成形加压成形 按成形过程中有无压力：按成形过程中有无压力： 有压（压力）成形、无压成形有压（压力）成形、无压成形 按成形过程中粉末的温度：按成形过程中粉末的温度： 冷压（常温）成形、温压成形、热成形冷压（常温）成形、温压成形、热成形 按成形过程的连续性

19、：按成形过程的连续性： 间歇成形、粉末连续成形间歇成形、粉末连续成形 按成形料的干湿程度：按成形料的干湿程度： 干粉压制、可塑成形、浆料成形干粉压制、可塑成形、浆料成形 成形方法的其他分类成形方法的其他分类模压成形的主要功用是：模压成形的主要功用是： 将粉末成形出所要求的形状；将粉末成形出所要求的形状； 赋予压坯以精确的几何尺寸；赋予压坯以精确的几何尺寸； 赋予压坯所要求的孔隙度和孔隙模型；赋予压坯所要求的孔隙度和孔隙模型； 赋予压坯以适当的强度以便于搬运。赋予压坯以适当的强度以便于搬运。1 1、粉末预处理、粉末预处理 预处理包括：预处理包括：粉末退火，筛分，混合，制粒，加润滑剂粉末退火，筛分

20、，混合，制粒，加润滑剂等。等。 粉末的预先退火粉末的预先退火可使氧化物还原，降低碳和其它杂质可使氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量，提高粉末的纯度；同时，还能消除粉末的加工硬的含量，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化、稳定粉末的晶体结构 。 筛分筛分的目的在于把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。的目的在于把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。 混合混合一般是指将两种或两种以上不同成分的粉末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均匀的过程；可采用；可采用机械法和化学法机械法和化学法。 制粒制粒是将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序，以是将小颗粒的粉末制

21、成大颗粒或团粒的工序，以此来改善粉末的流动性。此来改善粉末的流动性。 ( (二）压制成形二）压制成形2 2、压制成形、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，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。成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。 图图5-2 模压示意图模压示意图2 2、压制成形、压制成形 粉末的压缩过程一般采用压坯密度粉末的压缩过程一般采用压坯密度成形压力曲线来表示，成形压力曲线来表示，压坯密度变化分为三个阶段。压坯密度变化分为三个阶段。 图图5-3 压坯密度与压力压坯密度与压力 滑动阶段（滑动阶段（第

22、第阶段）：阶段）：颗粒位颗粒位移，填充孔隙移，填充孔隙 压力增加，密度快速增加压力增加，密度快速增加平衡阶段（平衡阶段（第第阶段）：阶段）：压力续增压力续增加，压坯密度增加不明显加，压坯密度增加不明显 颗粒变形阶段（颗粒变形阶段（第第阶段）：阶段）：压压力超过一定值，压力升高，压坯密力超过一定值，压力升高，压坯密度继续增加度继续增加 压坯的缺点压坯的缺点密度分布不均匀：密度分布不均匀： a) 压制前压制前 b) 压制后压制后图图5-4 用石墨粉作隔层的单向压坯用石墨粉作隔层的单向压坯图图5-2 单向模压示意图单向模压示意图（一）压坯密度分布不均匀的现象（一）压坯密度分布不均匀的现象仅通过上模冲

23、加压的单向压制仅通过上模冲加压的单向压制Ni粉压坯：粉压坯：H：17.5；D：20；700MPa内部压力沿径向和轴向分布等位线图内部压力沿径向和轴向分布等位线图分布特点：分布特点：在垂直面上，上层密度比下层密度大；在垂直面上，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；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。而远离上模冲的截面的密度分别是中间大，两边小。返回文档返回文档a)a)填充粉料填充粉料 b)b)双向压坯双向压坯 c)c)上冲模复位上冲模复位 d)d)顶出坯块顶出坯块 图图5-6 5-6 双向压制

24、粉末冶金坯块工步示意图双向压制粉末冶金坯块工步示意图 a）单向压制）单向压制 b) 双向压制双向压制 图图5-5 压坯密度沿高度分布图压坯密度沿高度分布图压坯密度分布不均匀的产生原因压坯密度分布不均匀的产生原因 外摩擦力（压力损失）外摩擦力（压力损失） 内摩擦力内摩擦力 侧压力侧压力 压制方式压制方式 压坯形状与尺寸压坯形状与尺寸 压模结构与设计压模结构与设计 润滑润滑直接影响压制压力的直接影响压制压力的传递和局部压力的大小传递和局部压力的大小间接影响压制压力的间接影响压制压力的传递和局部压力的大小传递和局部压力的大小二、改善压坯密度分布不均匀性的措施1）选区合适的压制方式）选区合适的压制方式

25、 H/D1，而，而H/3时，可采用单向压制；时，可采用单向压制； H/Dl，而，而H/3时，采用双向压制；时，采用双向压制； H/D410时，采用带摩擦芯杆压模压制、双向浮动压时，采用带摩擦芯杆压模压制、双向浮动压 模压制、引下式压模压制等模压制、引下式压模压制等 对于很长的制品，需采用特殊成形（等静压、挤压等）对于很长的制品，需采用特殊成形（等静压、挤压等）2）减小摩擦力）减小摩擦力：模具内壁上涂抹润滑油或采用内壁更光洁的：模具内壁上涂抹润滑油或采用内壁更光洁的模具；模具；3）模具设计时尽量降低高径比）模具设计时尽量降低高径比。 一、单向压模一、单向压模 单向压模单向压模在压制过程中，相对于

26、阴模运动的只有一个在压制过程中，相对于阴模运动的只有一个模冲，或是上模冲或是下模冲。模冲，或是上模冲或是下模冲。如图如图5-7是压制轴套类压坯的单向手动压模，其基本组成是压制轴套类压坯的单向手动压模，其基本组成部分有阴模、上模冲、下模冲和芯杆。部分有阴模、上模冲、下模冲和芯杆。一般只用来生产一般只用来生产高度不大（高径比高度不大（高径比H/D1），形状简单的零件），形状简单的零件 。图图5-7 单向手动压模单向手动压模二、双向压模二、双向压模 双向压制的特点是：双向压制的特点是：上下模冲相对阴模都有移上下模冲相对阴模都有移动，模腔内粉末体受到两动，模腔内粉末体受到两个方向的压缩，或下模冲个方向

27、的压缩，或下模冲固定不动，由上模冲和阴固定不动，由上模冲和阴模对着下模冲做不同距离模对着下模冲做不同距离的移动，实现双向压制。的移动，实现双向压制。如图如图5-85-8所示为压制套类所示为压制套类压坯的双向手动压模。压坯的双向手动压模。 一般用来生产实体类一般用来生产实体类压坯的高径比压坯的高径比H HD D1 1或或管套类压坯的高度与壁厚管套类压坯的高度与壁厚之比之比H HT T3 3的零件。的零件。 图图5-8 双向手动压模双向手动压模 三、烧结三、烧结 烧结烧结是将压坯按一定的规范加热到规定温度并保温一段是将压坯按一定的规范加热到规定温度并保温一段时间，使压坯获得一定的物理及力学性能的工

28、序时间，使压坯获得一定的物理及力学性能的工序。 烧结时的烧结时的影响影响因素因素：烧结温度、烧结时间和大气环境，粉末烧结温度、烧结时间和大气环境，粉末材料、颗粒尺寸及形状、表面特性以及压制压力等材料、颗粒尺寸及形状、表面特性以及压制压力等。 常用粉末冶金制品的烧结温度与烧结气氛见表常用粉末冶金制品的烧结温度与烧结气氛见表5-15-1。烧。烧结温度过高或时间过长，都会使压坯歪曲和变形，其晶粒亦结温度过高或时间过长，都会使压坯歪曲和变形，其晶粒亦大，产生所谓大，产生所谓“过烧过烧”的废品；如烧结温度过低或时间过短，的废品；如烧结温度过低或时间过短，则产品的结合强度等性能达不到要求，产生所谓则产品的

29、结合强度等性能达不到要求，产生所谓“欠烧欠烧”的的废品。废品。 粉冶材料铁基制品铜基制品硬质合金不锈钢磁性材料(Fe-Ni-C0)钨、铝、钒烧结温度1050-2000700-9001350-1550125012001700-3300烧结气氛发生炉煤气，分解氨分解氨，发生炉煤气真空、氢氢氢、真空氢表表5-1 5-1 常用粉末冶金制品的烧结温度与烧结气氛常用粉末冶金制品的烧结温度与烧结气氛 四、后处理四、后处理 后处理的方法按其目的不同，有以下四种：后处理的方法按其目的不同，有以下四种：1.1.为提高制件的物理及力学性能为提高制件的物理及力学性能2 2. .为改善制件表面的耐腐蚀性为改善制件表面的

30、耐腐蚀性3 3. .为提高制件的形状与尺寸精度为提高制件的形状与尺寸精度4.4.熔渗处理熔渗处理u热处理热处理 整体硬化整体硬化 沉淀硬化沉淀硬化表面硬化表面硬化 u熔渗及浸渍熔渗及浸渍金属熔渗金属熔渗聚合物浸渍聚合物浸渍浸油浸油u其他处理其他处理机加工机加工喷丸处理喷丸处理蒸汽处理蒸汽处理电镀电镀去毛刺清洗去毛刺清洗后加工处理的主要方法后加工处理的主要方法第三节第三节 常用粉末冶金材料简介常用粉末冶金材料简介 粉末冶金常用来制作粉末冶金常用来制作减摩材料减摩材料、结构材料结构材料、摩擦材料摩擦材料、硬质合金硬质合金、难熔金属材料难熔金属材料、过滤材料过滤材料、金属陶瓷金属陶瓷、无偏析高无偏析

31、高速工具钢速工具钢、磁性材料磁性材料、耐热材料等。耐热材料等。 一、硬质合金一、硬质合金 硬质合金是粉末冶金工具材料的一种。主要用于制造硬质合金是粉末冶金工具材料的一种。主要用于制造高速切削硬而韧材料的刀具，制造某些冷作模具、量具及高速切削硬而韧材料的刀具，制造某些冷作模具、量具及不受冲击、振动的高耐磨零件。不受冲击、振动的高耐磨零件。1 1、硬质合金的性能特点、硬质合金的性能特点 1 1）具有很高的常温硬度（）具有很高的常温硬度（HRC6981），高的热硬性，高的热硬性(可可达达9001000)，优良的耐磨性。，优良的耐磨性。2 2）具有高的抗压强度（可达）具有高的抗压强度（可达6000 M

32、Pa6000 MPa），但抗弯强度较低；），但抗弯强度较低；3 3）良好的耐蚀性）良好的耐蚀性( (抗大气、酸、碱等抗大气、酸、碱等) )和抗氧化性；和抗氧化性；4 4）线膨胀系数小。）线膨胀系数小。 2 2、切削加工用硬质合金分类、分组代号、切削加工用硬质合金分类、分组代号 切削加工用硬质合金按其切屑排出形式和加工对象的范切削加工用硬质合金按其切屑排出形式和加工对象的范围可分为三个主要类别，分别以字母围可分为三个主要类别，分别以字母P P、M M、K K表示。表示。 P P适用于加工长切屑的黑色金属，以蓝色作标志；适用于加工长切屑的黑色金属，以蓝色作标志； M M适于加工长切屑或短切屑的黑色

33、金属和有色全属，以适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色全属，以黄色作标志；黄色作标志； K K适于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，适于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，以红色作标志。以红色作标志。返回文档返回文档类别类别合金合金 牌号牌号化化 学学 成成 分分 （%）WCTiCTaC(NbC)Co其它钨钴类合金钨钴类合金YG3XYG6XYG6AYG6YG8N96.593.592.094.091.0 0.50.52 136668 钨钛钴钨钛钴类合金类合金YT5YT14YT3085.078.066.051430 1084 钨钛钽钨钛钽(铌铌)类合金（万类合金（万用合金）用合

34、金）YW1YW28485828366343468 碳化钛镍碳化钛镍钼合金钼合金YN1015621 Mo10Ni12表表5-2 常用硬质合金的牌号及化学成分常用硬质合金的牌号及化学成分 注：摘自注：摘自YB84975硬质合金牌号硬质合金牌号。 粉末冶金减摩材料粉末冶金减摩材料返回文档返回文档用途分组用途分组代号代号硬质合金硬质合金牌号牌号用途分组用途分组代号代号硬质合金硬质合金 牌号牌号P01YT30YN10M20YW2P10YT15K01YG3XP20YT14K10YG6XYG6AP30YT5K20YG6YG6NM10TW1K30YG8YG8N表表5-3 用途分组代号与硬质合金牌号对照表用途分

35、组代号与硬质合金牌号对照表 二、硬质合金的应用二、硬质合金的应用 刀具（硬质合金作刀具材料的用量最大，如车刀、刀具（硬质合金作刀具材料的用量最大，如车刀、铣刀、刨刀、钻头等）铣刀、刨刀、钻头等）工具（凿岩工具、采掘工具、钻探工具）工具（凿岩工具、采掘工具、钻探工具）测量量具（卡尺、块规、塞规）测量量具（卡尺、块规、塞规）耐磨零件耐磨零件(精密轴承、喷嘴、拉丝模具、螺栓模具、精密轴承、喷嘴、拉丝模具、螺栓模具、螺母模具）。螺母模具）。二、含油轴承材料二、含油轴承材料 含油轴承材料是一种具有多孔性的粉末冶金材料，常含油轴承材料是一种具有多孔性的粉末冶金材料，常用以制造轴承零件。这种材料压制成轴承后

36、，放在润滑油用以制造轴承零件。这种材料压制成轴承后，放在润滑油中浸润，由于粉末冶金材料的多孔性，在毛细现象作用下，中浸润，由于粉末冶金材料的多孔性，在毛细现象作用下，可吸附大量润滑油可吸附大量润滑油(一般含油率为一般含油率为1230)，故称为含油，故称为含油轴承。轴承。 常用的含油轴承有铁基和铜基含油轴承两类。常用的含油轴承有铁基和铜基含油轴承两类。1 1、铁基含油轴承、铁基含油轴承。2、铜基含油轴承、铜基含油轴承。 一般用于制作中速、轻载荷的轴承，尤其适宜制作不一般用于制作中速、轻载荷的轴承，尤其适宜制作不能经常加油的轴承，如纺织机械、电影机械、食品机械、能经常加油的轴承，如纺织机械、电影机

37、械、食品机械、家用电器等的轴承。家用电器等的轴承。 三、铁基结构材料三、铁基结构材料 铁基结构材料是以碳钢或合金钢粉末为主要原材料，采铁基结构材料是以碳钢或合金钢粉末为主要原材料，采用粉末冶金方法制造结构零件。用粉末冶金方法制造结构零件。 用这类材料制造的结构零件具有制品精度较高、表面粗用这类材料制造的结构零件具有制品精度较高、表面粗糙度值低，不需或只需少量切削加工，节省材料，提高生产糙度值低，不需或只需少量切削加工，节省材料，提高生产率等特点。制品还可通过热处理方法强化和提高耐磨性。率等特点。制品还可通过热处理方法强化和提高耐磨性。 广泛用于制作各种机械零件，如机床上的调整垫圈、调广泛用于制

38、作各种机械零件，如机床上的调整垫圈、调整环法兰盘、偏心轮，汽车制造中的油泵齿轮差速器齿整环法兰盘、偏心轮，汽车制造中的油泵齿轮差速器齿轮、止推环以及拖拉机上的传动齿轮、活塞环等。轮、止推环以及拖拉机上的传动齿轮、活塞环等。 汽车变速器系统用粉末烧结钢件汽车变速器系统用粉末烧结钢件四、过滤材料四、过滤材料 五、难熔金属材料五、难熔金属材料钨的熔点钨的熔点 ：3410钨灯丝钨灯丝六、金属陶瓷六、金属陶瓷 为了使陶瓷既可以耐高温又不容易破碎，在制为了使陶瓷既可以耐高温又不容易破碎，在制作陶瓷时加金属粉末，可制成金属陶瓷。作陶瓷时加金属粉末，可制成金属陶瓷。 金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点，它密度小、金

39、属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点，它密度小、硬度高、耐磨、导热性好，不会因为骤冷或骤热而硬度高、耐磨、导热性好，不会因为骤冷或骤热而脆裂脆裂 常用于制造飞机和导弹的结构件、发动机活塞、常用于制造飞机和导弹的结构件、发动机活塞、化工机械零件等。化工机械零件等。1、氧化物基金属陶瓷。、氧化物基金属陶瓷。以氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍等为基体，与以氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍等为基体，与金属钨、铬或钴复合而成，具有耐高温、抗化学腐蚀、导热性好、机械强金属钨、铬或钴复合而成，具有耐高温、抗化学腐蚀、导热性好、机械强度高等特点，可用作导弹喷管衬套、熔炼金属的坩埚和金属切削刀具。度高等特点，可用作导弹喷管衬

40、套、熔炼金属的坩埚和金属切削刀具。2、碳化物基金属陶瓷。、碳化物基金属陶瓷。以碳化钛、碳化硅、碳化钨等为基体，与金属钴、以碳化钛、碳化硅、碳化钨等为基体，与金属钴、镍、铬、钨、钼等金属复合而成，具有高硬度、高耐磨性、耐高温等特点，镍、铬、钨、钼等金属复合而成，具有高硬度、高耐磨性、耐高温等特点，用于制造切削刀具用于制造切削刀具 、高温轴承、密封环、捡丝模套及透平叶片。、高温轴承、密封环、捡丝模套及透平叶片。3、氮化物基金属陶瓷。、氮化物基金属陶瓷。以氮化钛、氮化硼、氮化硅和氮化钽为基体，具有以氮化钛、氮化硼、氮化硅和氮化钽为基体，具有超硬性、抗热振性和良好的高温蠕变性，应用较少。超硬性、抗热振

41、性和良好的高温蠕变性，应用较少。4、硼化物基金属陶瓷。、硼化物基金属陶瓷。以硼化钛、硼化钽、硼化钒、硼化铬、硼化锆、硼以硼化钛、硼化钽、硼化钒、硼化铬、硼化锆、硼化钨、硼化钼、硼化铌、硼化铪等为基体，与部分金属材料复合而成。化钨、硼化钼、硼化铌、硼化铪等为基体，与部分金属材料复合而成。5、硅化物基金属陶瓷。、硅化物基金属陶瓷。以硅化锰、硅化铁、硅化钴、硅化镍、硅化钛、硅以硅化锰、硅化铁、硅化钴、硅化镍、硅化钛、硅化锆、硅化铌、硅化钒、硅化铌、硅化钽、硅化钼、硅化钨、硅化钡等为化锆、硅化铌、硅化钒、硅化铌、硅化钽、硅化钼、硅化钨、硅化钡等为基体，与部分或微量金属材料复合而成。其中硅化钼金属陶瓷在

42、工业中得基体，与部分或微量金属材料复合而成。其中硅化钼金属陶瓷在工业中得到广泛地应用。到广泛地应用。七、无偏析高速钢七、无偏析高速钢八、磁性材料八、磁性材料Nd-Fe-B、Sm-Co、铁氧体永磁铁、铁氧体永磁铁软磁铁氧体软磁铁氧体八、含油轴承八、含油轴承第四节第四节 粉末冶金制品结构工艺性粉末冶金制品结构工艺性 考虑粉末冶金零件结构工艺性时，一般需要从考虑粉末冶金零件结构工艺性时，一般需要从压制困压制困难性难性、脱模困难性脱模困难性、粉末均匀填充困难性粉末均匀填充困难性和和压模强度压模强度、寿寿命命等诸方面考虑。等诸方面考虑。 作业题：作业题：1、何谓粉末冶金？粉末冶金的主要工序有哪些？、何谓

43、粉末冶金？粉末冶金的主要工序有哪些？2、粉末冶金模具主要有哪几种类型？、粉末冶金模具主要有哪几种类型？3、常见粉末冶金材料有哪些？并指出下列牌号的含义、常见粉末冶金材料有哪些？并指出下列牌号的含义 YG6X YT14 YW1 YT14 YW1 第二节第二节 工程陶瓷的成形工程陶瓷的成形认识陶瓷认识陶瓷陶瓷是古老而又新型陶瓷是古老而又新型的材料，它是用天然的材料，它是用天然或人工合成的无机粉或人工合成的无机粉状物料，经过成形和状物料，经过成形和高温烧结而制成的一高温烧结而制成的一种多相固体材料种多相固体材料。 电绝缘用氧化铝陶瓷电绝缘用氧化铝陶瓷机械密封机械密封氧化铝陶瓷坩埚氧化铝陶瓷坩埚导弹天

44、线罩导弹天线罩装甲防护装甲防护防弹陶瓷防弹陶瓷直径为直径为2m的碳化硅反射镜（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所）的碳化硅反射镜（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所）表表6-1 传统陶瓷和新型陶瓷的主要区别传统陶瓷和新型陶瓷的主要区别区别区别传统陶瓷传统陶瓷新型陶瓷（新型陶瓷（工程陶瓷工程陶瓷）原料原料天然矿物原料天然矿物原料人工精制合成原料人工精制合成原料成形成形注浆、可塑成形为注浆、可塑成形为主主注浆、压制、热压注、注射、轧膜、注浆、压制、热压注、注射、轧膜、流延、等静压成形为主流延、等静压成形为主烧结烧结1350以下，燃料以下，燃料以煤、油、气为主以煤、油、气为主结构陶瓷常需结构

45、陶瓷常需1600左右高温烧结，左右高温烧结，功能陶瓷需精确控制烧结温度功能陶瓷需精确控制烧结温度加工加工一般不需加工一般不需加工常需切割、打孔、研磨和抛光常需切割、打孔、研磨和抛光性能性能以外观效果为主以外观效果为主以内在质量为主，常呈现耐温、耐磨、以内在质量为主，常呈现耐温、耐磨、耐腐蚀和各种敏感特性耐腐蚀和各种敏感特性用途用途炊、餐具、陈设品炊、餐具、陈设品主要用于宇航、能源、冶金、交通、主要用于宇航、能源、冶金、交通、电子、家电等行业电子、家电等行业先进陶瓷（先进陶瓷（Advanced ceramics）精细陶瓷（精细陶瓷（Fine ceramics）工程陶瓷工程陶瓷（Engineeri

46、ng ceramics）新型陶瓷（新型陶瓷（New ceramics）近代陶瓷（近代陶瓷（Modern ceramics）高技术陶瓷（高技术陶瓷（High Technology ceramics）高性能陶瓷（高性能陶瓷（High Performance ceramics）特种陶瓷（特种陶瓷（Special ceramics）特种陶瓷的名称特种陶瓷的名称结构陶瓷结构陶瓷主要利用其热、机械、化学特性，有主要利用其热、机械、化学特性，有耐磨损材料、高强度材料、耐热材料，硬质材料耐磨损材料、高强度材料、耐热材料，硬质材料、耐冲击材料、低膨胀材料、隔热材料等结构材、耐冲击材料、低膨胀材料、隔热材料等结构

47、材料。料。功能陶瓷功能陶瓷利用其绝缘、压电、光电、声光、透利用其绝缘、压电、光电、声光、透光、超导等特性，例如绝缘陶瓷、压电陶瓷等。光、超导等特性，例如绝缘陶瓷、压电陶瓷等。结构陶瓷的结构陶瓷的优点优点：1）高强度）高强度2）高硬度）高硬度3）耐高温）耐高温4）耐腐蚀）耐腐蚀5）耐磨损）耐磨损6）耐氧化）耐氧化7）绝缘性好）绝缘性好8）密度小）密度小结构陶瓷的缺点结构陶瓷的缺点:1）难加工）难加工制制Al2O3粉末粉末球磨破碎球磨破碎混料混料成型成型烧结烧结修坯修坯烧结烧结机械加工机械加工氧化铝陶瓷的制备流程氧化铝陶瓷的制备流程非氧化物陶瓷的原料粉末多采用氧化物还原方法制备。或者还非氧化物陶瓷

48、的原料粉末多采用氧化物还原方法制备。或者还原碳化，或者还原氮化。原碳化，或者还原氮化。SiC粉末的制备粉末的制备：将将SiO2与碳粉混合，在与碳粉混合，在14601600的加热条件下，逐步还原的加热条件下，逐步还原碳化。其大致历程如下：碳化。其大致历程如下： SiO2 + C SiO+CO (1-1) SiO + 2C SiC+CO (1-2) SiO + C Si+CO (1-3) Si + C SiC (1-4)Si3N4粉末的制备粉末的制备：在在N2条件下，通过条件下，通过SiO2与与C的的还原还原-氮化氮化。反应温度在。反应温度在1600附附近。其基本反应如下：近。其基本反应如下： 3

49、SiO2+6C+2N2 Si3N4 +6CO (1-5)高纯度氧化铝粉体制备：是将高纯度铝盐或金属铝分别热解、高纯度氧化铝粉体制备：是将高纯度铝盐或金属铝分别热解、氧化而制得的，主要有以下四种方法：氧化而制得的，主要有以下四种方法：1.1.铵明矾热解法铵明矾热解法2.2.有机铝盐加水分解法有机铝盐加水分解法3.3.铝在水中放电分解法铝在水中放电分解法4. 4. 铝的铵碳酸盐热分解法铝的铵碳酸盐热分解法工程陶瓷的粉料制备工程陶瓷的粉料制备工程陶瓷坯料的成形工程陶瓷坯料的成形 图图6-13 注浆成形注浆成形陶瓷坯料陶瓷坯料成形工艺成形工艺有两种有两种: : 第一种是用细颗粒陶瓷原料第一种是用细颗粒

50、陶瓷原料, ,加上粘结剂压制成型加上粘结剂压制成型 第二种是将原料粉体制成料浆，注入模内成形第二种是将原料粉体制成料浆，注入模内成形。 工程陶瓷坯料的压制成形工程陶瓷坯料的压制成形 2 2）等静压成形）等静压成形 是利用液体或气体介质均匀传递压力的性能，把陶瓷粒是利用液体或气体介质均匀传递压力的性能，把陶瓷粒状粉料置于有弹性的软模中，使其受到液体或气体介质传状粉料置于有弹性的软模中，使其受到液体或气体介质传递的均衡压力而被压实成形的方法。递的均衡压力而被压实成形的方法。工程陶瓷坯料的压制成形工程陶瓷坯料的压制成形 高压容器高压容器粉料粉料加压橡皮袋加压橡皮袋气体介质气体介质成形橡胶模成形橡胶模高压容器高压容器粉料粉料液体介质