热加工基础08

1、材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 4.1.1.6 4.1.1.6 焊接结构与工艺设计焊接结构与工艺设计焊接结构生产工艺过程焊接结构生产工艺过程备料装配焊接变形矫正质量检验表面处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g （1 1）钢材的预处理）钢材的预处理 1） 矫正：由于运输、轧制等环节使轧制钢材

2、发生波浪、整体弯曲等变形，在焊接生产前必须展平矫正，否则将影响划线、号料、切割等工序的精确度。 2）表面清理和表面防护处理：清除表面的锈、油污和氧化物等。（2 2）放样、划线和号料）放样、划线和号料 将设计结构按1：1比例绘制出来（放大样）即为放样；将待加工零件或毛坯划在金属材料上， 以便切割或装配，此工序成为划样；而用样板划线则成为号料。（3 3）切割）切割（4 4）弯曲及成形）弯曲及成形 备料备料材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g (1)

3、(1) 装配工艺方法装配工艺方法 1) 按定位方式分为划线装配法和胎卡具装配法。 2) 按装配焊接顺序分为：整体装配焊接；边装边焊；按部件装配焊接，最后总装配焊接三种。 3) 按装配工作地点分为固定地点装配法和流动装配法。(2) (2) 装配工艺过程的制定装配工艺过程的制定 内容包括：零件、组件、部件的装配顺序，各装配顺序、各工步上采用的装配方法，以及装配时采用的胎卡具、工具和装备的规格型号。 装配装配材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 焊接结

4、构与工艺设计的主要内容焊接结构与工艺设计的主要内容（1）焊接结构材料的选择原则）焊接结构材料的选择原则 尽可能选择焊接性良好的材料、尽量选用同种金属材料尽可能选择焊接性良好的材料、尽量选用同种金属材料（2）焊接方法的选择原则）焊接方法的选择原则 a、焊接接头使用性能及质量要符合技术要求、焊接接头使用性能及质量要符合技术要求 b、提高生产率，降低成本、提高生产率，降低成本 c、焊接结构设计、焊接结构设计 d、焊接工艺规范的制定、焊接工艺规范的制定4.1.1.6 4.1.1.6 焊接结构与工艺设计焊接结构与工艺设计材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e

5、r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 4.1.1.6 4.1.1.6 焊接结构设计焊接结构设计焊接接头及坡口焊接接头及坡口形式的选择形式的选择焊缝的布置焊缝的布置材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 焊缝布置的原则焊缝布置的原则A、手工电弧焊应具有足够的焊条操作空间、手工电弧焊应具有足够的焊条操作空间一、焊缝布置应便于焊接操作一、焊缝布置应便于焊接操作材料科学与工程学院材料科学与工

6、程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 无法运行焊条！焊缝布置的原则焊缝布置的原则材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g B、点焊或缝焊应考虑电极引入方便、点焊或缝焊应考虑电极引入方便焊缝布置的原则焊缝布置的原则材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n

7、 c e & E n g i n e e r i n g C、气体保护焊：要考虑气体的保护作用、气体保护焊：要考虑气体的保护作用焊缝布置的原则焊缝布置的原则材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g D、埋弧焊是接头处有利于熔渣形成封闭空间、埋弧焊是接头处有利于熔渣形成封闭空间焊缝布置的原则焊缝布置的原则材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e &

8、 E n g i n e e r i n g 二、尽量减少焊缝的数量二、尽量减少焊缝的数量焊缝布置的原则焊缝布置的原则材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 三、尽可能分散布置焊缝三、尽可能分散布置焊缝密集、交叉的密集、交叉的焊缝，会加大焊缝，会加大热影响区。热影响区。改进改进材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r

9、 i n g 四、尽量对称分布焊缝四、尽量对称分布焊缝不合理材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 最大应力处易产生应力集中！ 五、五、焊缝应尽量避免最大应力和应力集中部位焊缝应尽量避免最大应力和应力集中部位材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 已加工表面受热后，会破坏原有精度 ！ 六、焊缝应尽量避开

10、机械加工面六、焊缝应尽量避开机械加工面 一般情况下，焊接一般情况下，焊接工序应在机械加工工工序应在机械加工工序之前完成，且焊缝序之前完成，且焊缝的布置也应尽量避免的布置也应尽量避免需要加工的表面。如需要加工的表面。如果在焊接结构上某一果在焊接结构上某一部分的加工精度要求部分的加工精度要求较高，又必须在机械较高，又必须在机械加工完成之后进行焊加工完成之后进行焊接工序时，应将焊缝接工序时，应将焊缝布置在远离加工面处。布置在远离加工面处。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n

11、e e r i n g （2 2） 焊接接头与坡口形式选择焊接接头与坡口形式选择接头形式的选择与设计接头形式的选择与设计 焊接接头是焊接结构最基本的组成部分，接焊接接头是焊接结构最基本的组成部分，接头设计应根据头设计应根据结构形状及强度要求、工件厚度、结构形状及强度要求、工件厚度、可焊性、焊后变形大小，焊条消耗，坡口加工难可焊性、焊后变形大小，焊条消耗，坡口加工难易程度易程度等各方面因素综合考虑决定。等各方面因素综合考虑决定。 通常手工电弧焊采用的接头型式有通常手工电弧焊采用的接头型式有 对接、搭对接、搭接、接、T形接头和角接形接头和角接4大类。大类。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c

12、 h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 对接接头及坡口选择。对接接头及坡口选择。 手工电弧焊对接接头形式可分为手工电弧焊对接接头形式可分为形坡口，形坡口，V V形坡口，形坡口，X X形坡口，形坡口，U U形坡口和双形坡口和双U U形坡口形坡口5 5种形式。每种坡口的尺寸种形式。每种坡口的尺寸和所适用的钢板厚度都有明确的规定，如图和所适用的钢板厚度都有明确的规定，如图5.165.16所示。所示。（2 2） 焊接接头与坡口形式选择焊接接头与坡口形式选择材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c

13、 h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 图图5.175.17不同厚度钢板对接不同厚度钢板对接手工电弧焊和其他熔化焊焊接不同厚度的重要受力件手工电弧焊和其他熔化焊焊接不同厚度的重要受力件时，若采用对接接头，则应在较厚的板上作出单面或双时，若采用对接接头，则应在较厚的板上作出单面或双面削薄，然后再选择适宜的坡口形式和尺寸（见图面削薄，然后再选择适宜的坡口形式和尺寸（见图5.175.17）。）。（2 2） 焊接接头与坡口形式选择焊接接头与坡口形式选择材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h

14、 o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 搭接接头及坡口选择搭接接头及坡口选择 搭接接头不需要开坡口，焊前准备和装配搭接接头不需要开坡口，焊前准备和装配工作比对接接头简单得多。但是搭接接头应力分布复杂，往往产生工作比对接接头简单得多。但是搭接接头应力分布复杂，往往产生弯曲附加应力，降低接头强度，搭接接头常用于焊前准备和装配要弯曲附加应力，降低接头强度，搭接接头常用于焊前准备和装配要求简单的板类焊件结构中，如桥梁、房架等多采用搭接接头的形式求简单的板类焊件结构中，如桥梁、房架等多采用搭接接头的形式

15、，如图，如图5.185.18所示。所示。图图5.185.18搭接接头搭接接头（2 2） 焊接接头与坡口形式选择焊接接头与坡口形式选择材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g T T形接头及坡口形式形接头及坡口形式 T T形接头广泛采用在空间类焊件上，形接头广泛采用在空间类焊件上，T T形形接头及坡口如图接头及坡口如图5.195.19所示。完全焊透的单面坡口和双面坡口的所示。完全焊透的单面坡口和双面坡口的T T形形接头在任何一种载荷下都具有很高的强度。

16、根据焊件的厚度，接头在任何一种载荷下都具有很高的强度。根据焊件的厚度，T T形形接头可选接头可选I I形（不开坡口）、单边形（不开坡口）、单边V V形、形、K K形、单边双形、单边双U U形坡口形式。形坡口形式。（2 2） 焊接接头与坡口形式选择焊接接头与坡口形式选择材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 角接头及坡口选择角接头及坡口选择 角接头通常只起连接作用，不能用来传递工角接头通常只起连接作用，不能用来传递工作载荷，且应力分布很复杂，承载能力

17、低。根据焊件厚度不同，角作载荷，且应力分布很复杂，承载能力低。根据焊件厚度不同，角接头可选择接头可选择I形坡口（不开坡口）、单边形坡口（不开坡口）、单边V形、单边形、单边U形、形、V形及形及K形形等等5种坡口形式，如图种坡口形式，如图5.20所示。所示。图图5.205.20角接头的坡口形式角接头的坡口形式(a(a）I I形坡口；形坡口；( (b)Kb)K形坡口；（形坡口；（c c）V V形坡口；（形坡口；（d d）单边）单边U U形坡口单边；（形坡口单边；（e e）单边）单边V V形坡口形坡口（2 2） 焊接接头与坡口形式选择焊接接头与坡口形式选择材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h

18、 o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 焊接接头形式的选择焊接接头形式的选择（1 1）首先决定于焊缝位置之间的对应关系。）首先决定于焊缝位置之间的对应关系。但在结构设计时，但在结构设计时，设计者应综合考虑结构形状、使用要求、焊件厚度、变形大设计者应综合考虑结构形状、使用要求、焊件厚度、变形大小、焊接材料的消耗量、坡口加工的难易程度等因素。小、焊接材料的消耗量、坡口加工的难易程度等因素。（2 2）对接与搭接相比，具有受力简单均匀、节省金属等优点，）对接与搭接相比，具有受力简单均匀、节省金属等优点

19、，故应用最多。故应用最多。但对接对下料尺寸和组装要求比较严格。但对接对下料尺寸和组装要求比较严格。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 图样上焊缝有两种表示方法，即图样上焊缝有两种表示方法，即图示法图示法和和符号法符号法。一、焊缝符号标注一、焊缝符号标注1、焊缝标注方法焊缝标注以符号标注法为主，在必要时允许辅以图示法。比如用连焊缝标注以符号标注法为主，在必要时允许辅以图示法。比如用连续或断续的粗线表示连续或断续焊缝；在需要时绘制焊缝局部剖视图续或

20、断续的粗线表示连续或断续焊缝；在需要时绘制焊缝局部剖视图或放大图表示焊缝剖面形状；用细实线绘制焊前坡口形状等等。或放大图表示焊缝剖面形状；用细实线绘制焊前坡口形状等等。符号法符号法图示法图示法焊接结构工艺图焊接结构工艺图材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 一、焊缝符号标注一、焊缝符号标注2、符号标注法的要素 焊缝符号标注中有许多要素，其中焊缝基本符号和指引线构成了焊缝符号标注中有许多要素，其中焊缝基本符号和指引线构成了焊缝的基本要素，属于焊缝的

21、基本要素，属于必须标注必须标注的内容。的内容。 除焊缝基本要素外，在必要时还应加注其他辅助要素，如辅助符除焊缝基本要素外，在必要时还应加注其他辅助要素，如辅助符号、补充符号、焊缝尺寸符号及焊接工艺等内容。号、补充符号、焊缝尺寸符号及焊接工艺等内容。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g （1）焊缝基本符号是表示焊缝横断面形状的符号，共有13个(详见GB/324-88)，例如： 序号序号名称名称示意图示意图符号符号1 1角焊缝角焊缝2 2V V形焊缝

22、形焊缝3 3单边单边V V形焊形焊缝缝4 4带钝边带钝边V V形形焊缝焊缝序号序号名称名称示意图示意图符号符号5 5带钝边单边带钝边单边V V形焊缝形焊缝6 6带钝边带钝边U U形焊形焊缝缝7 7I I形焊缝形焊缝8 8卷边焊缝卷边焊缝3、焊缝符号及其标注一、焊缝符号标注一、焊缝符号标注材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g （2）辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号。不需要确切地说明焊缝的表面形状时可以不加注辅助符号。辅助符号配置在基本符号固定位

23、置。辅助符号有3个。序号序号名称名称示意图示意图符号符号标注位标注位置置说明说明1 1平面符号平面符号焊缝表面齐平（一焊缝表面齐平（一般通过打磨或加工般通过打磨或加工）2 2凹面符号凹面符号焊缝表面凹陷焊缝表面凹陷3 3凸面符号凸面符号焊缝表面凸起焊缝表面凸起一、焊缝符号标注一、焊缝符号标注材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g （3）补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号，一共有5个。a)、带垫板符号： b) 、三面焊缝符号： c)、周

24、围焊缝符号： e)、现场符号 ：表示在现场或工地上进行焊接；f)、尾部符号 ：标注焊接工艺方法或者焊缝数量。一、焊缝符号标注一、焊缝符号标注材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g （4）特殊符号是为了满足某些特殊情况而规定的焊缝符号，共有4个。 a)、喇叭形焊缝： b) 、单边喇叭形焊缝： c)、堆焊缝： d)、锁边焊缝： 一、焊缝符号标注一、焊缝符号标注材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a

25、 l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 焊接方法代号参照GB/5185-19853、焊接方法代号例：如图表示对接接头周围焊缝。焊条电弧焊(111)在非箭头侧打底，表面齐平；埋弧焊(12)焊成的V形焊缝在箭头侧，表面也要求齐平。注：焊缝采用多种焊接方法或者对焊接方法有特殊要求时标注，一般不标注。一、焊缝符号标注一、焊缝符号标注材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 焊缝符号的应用示例焊缝符号的应用

26、示例-尿素塔内、外套筒结构图尿素塔内、外套筒结构图材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 第四章第四章 粉末材料成形粉末材料成形材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 4.14.1粉末冶金粉末冶金粉末冶金粉末冶金是是用用具有一定粒度的具有一定粒度的金属粉末（或者金属金属粉末（或者金属和非金属粉末的混合物

27、）做原料，和非金属粉末的混合物）做原料，按一定比例均匀按一定比例均匀混合，混合，经压制成形后烧结经压制成形后烧结强化强化制造制造的的各种类型零件各种类型零件和产品的方法。和产品的方法。 颗粒状材料兼有液体和固体的双重特性，即整颗粒状材料兼有液体和固体的双重特性，即整体具有一定的流动性和每个颗粒本身的塑性，人们体具有一定的流动性和每个颗粒本身的塑性，人们正是利用这特性来实现粉末的成形，以获得所需的正是利用这特性来实现粉末的成形，以获得所需的产品。产品。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E

28、 n g i n e e r i n g 粉末冶金的特点粉末冶金的特点能够生产出其他方法不能或很难制造的制品能够生产出其他方法不能或很难制造的制品。可制取难熔、极。可制取难熔、极硬和特殊性能的材料，例如：钨丝、硬质合金、磁性材料、高温硬和特殊性能的材料，例如：钨丝、硬质合金、磁性材料、高温耐热材料等；又能生产净形和近似净形加工的优质机械零件，如：耐热材料等；又能生产净形和近似净形加工的优质机械零件，如：多孔含油轴承、精密齿轮、摆线泵内外转子、活塞环等。多孔含油轴承、精密齿轮、摆线泵内外转子、活塞环等。材料的利用率很高，接近材料的利用率很高，接近100%100%。虽然用其他方法也可以制造，但用虽

29、然用其他方法也可以制造，但用粉末冶金法更为经济粉末冶金法更为经济。一般说来，一般说来，金属粉末的价格较高，粉末冶金的设备和模具投资金属粉末的价格较高，粉末冶金的设备和模具投资较大，零件几何形状受一定限制，因此粉末冶金较大，零件几何形状受一定限制，因此粉末冶金适宜于大批量生适宜于大批量生产的零件。产的零件。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S

30、 c i e n c e & E n g i n e e r i n g 粉末冶金生产技术流程粉末冶金生产技术流程原材料粉末添加剂原材料粉末添加剂配混配混压制成形压制成形烧结烧结制品制品/ /其他处理加工其他处理加工制品制品材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 一、粉末的制备一、粉末的制备1)1)机械法机械法 金属粉末的生产有多种方法，其中主要有：金属粉末的生产有多种方法，其中主要有：机械法、物理机械法、物理化学法化学法等。等。 4.14

31、.1粉末冶金粉末冶金a a、球磨球磨法法 最常用的是钢球或硬最常用的是钢球或硬质合金球对金属块或粒原料进行球质合金球对金属块或粒原料进行球磨，适宜于制备一些脆性的金属粉磨，适宜于制备一些脆性的金属粉末，或者经过脆性化处理的金属粉末，或者经过脆性化处理的金属粉末（如经过氢化处理变脆的钛粉）。末（如经过氢化处理变脆的钛粉）。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g b、雾化法雾化法 是使熔化的液态金是使熔化的液态金属从雾化塔上部的小孔中流出，属从雾化塔上

32、部的小孔中流出，同时喷入高压气体，在气流的机同时喷入高压气体，在气流的机械力和急冷作用下，液态金属被械力和急冷作用下，液态金属被雾化，冷凝成细小粒状的金属粉雾化，冷凝成细小粒状的金属粉末，落入雾化塔下的盛粉桶中。末，落入雾化塔下的盛粉桶中。 4.14.1粉末冶金粉末冶金材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 4.14.1粉末冶金粉末冶金2) 物理化学法物理化学法a、气相沉积法：、气相沉积法：将金属或金属化合物形成蒸气，然而快速冷却。b、液相沉积法、

33、液相沉积法：将Fe、Ni粉与CO反应，形成气体产物，经冷凝制成液态的羰基铁化物或羰基镍化物，将其在低温下加热分解成纯铁粉或纯镍粉。c、还原法、还原法：用还原剂还原金属氧化物或盐类，使其成为金属粉末的方法。3）粉末制备的先进技术）粉末制备的先进技术a、机械合金化、机械合金化b、快速冷凝技术、快速冷凝技术材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 二、粉末的预处理二、粉末的预处理粉末预处理：粉末预处理：退火：退火：使氧化物还原，降低碳和其他杂质的含量，提高

34、粉末纯度，消除粉末的加工硬化。筛分：筛分：将颗粒大小不均的原始粉末进行分级，通常用标准筛网进行筛分。混合：混合：将两种或两种以上的不同成分的粉末均匀混合的过程。制粒：制粒：为改善粉末的流动性而将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 粉末成形粉末成形是将松散的粉料通过压制或其它方法制成具有一定形状，是将松散的粉料通过压制或其它方法制成具有一定形状，尺寸的压坯尺寸的压坯。（1）模压成形：）模压成形：指在常温下，用机

35、械式压力机或液压机，以一定的比压（压力常在150160 MPa）将钢模内的松装粉末成形为压坯的方法。这种成形技术方法应用最多且最广泛。 三、粉末成形三、粉末成形材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 三、粉末成形三、粉末成形（2）挤压成形：）挤压成形：通过挤压机的螺旋或活塞将坯料经过模具挤压出来，成为要求形状的坯体。可以生产各种管状、主或棒状等断面形状规则的产品。（3）压注成形：）压注成形：用压缩空气将粉浆压入模腔来成形的方法。从理论上说，它可以是

36、任何一个形状复杂的坯体各处的粉末密度一样，因此可以生产各种形状复杂的制品，而且操作简单，生产效率高。4、其他成形方法：、其他成形方法：等静压法、轧制成形、爆炸成形等静压法、轧制成形、爆炸成形材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 四、烧结四、烧结1） 目的目的 压制的型坯强度很低，必须进行烧结。烧结是将型坯按一压制的型坯强度很低，必须进行烧结。烧结是将型坯按一 定的规范加热到规定温度并保温一段时间，使型坯获得一定的定的规范加热到规定温度并保温一段时

37、间，使型坯获得一定的 物理与机械性能（机械强度）的工序。物理与机械性能（机械强度）的工序。2） 烧结机理烧结机理 粉末压坯的粉末压坯的表面积大，表面能高表面积大，表面能高，表面与内部的各种缺陷表面与内部的各种缺陷 多，处于不稳定状态。在烧结过程中，高温坯料颗粒之间易于多，处于不稳定状态。在烧结过程中，高温坯料颗粒之间易于 发生扩散、熔焊、化合、溶解和再结晶等物理化学过程。使分发生扩散、熔焊、化合、溶解和再结晶等物理化学过程。使分 散的坯料颗粒结合成为一个稳定、坚实的结晶体、即烧结体。散的坯料颗粒结合成为一个稳定、坚实的结晶体、即烧结体。 最终获得所需要的性能。最终获得所需要的性能。材料科学与工

38、程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 3 3）烧结方法）烧结方法 通常在通常在保护性气氛的高温炉或真空炉内保护性气氛的高温炉或真空炉内进行烧结。进行烧结。A 烧结规范烧结规范 烧结温度：烧结温度：一般为基体熔点的一般为基体熔点的2/33/4。即。即烧烧=(2/33/4)T熔熔。 B 烧结分类烧结分类 保温时间：保温时间：时间太短，不利于原子扩散和迁移，不利于成分，时间太短，不利于原子扩散和迁移，不利于成分， 组分均匀化；保温时间过长，易造成晶粒粗大，生产率低

39、，组分均匀化；保温时间过长，易造成晶粒粗大，生产率低， 成本升高等缺点。成本升高等缺点。 保护气氛：保护气氛：为防止粉料氧化，烧结过程一般在还原性或中性气氛为防止粉料氧化，烧结过程一般在还原性或中性气氛下进行（如煤气，氢气等），要求高的应在真空炉内进行烧结。下进行（如煤气，氢气等），要求高的应在真空炉内进行烧结。 固相烧结固相烧结 ：烧结过程中各组元均不形成液相。烧结过程中各组元均不形成液相。 液相烧结：液相烧结：烧结时部分组元形成液相。在液相表面张力的作用烧结时部分组元形成液相。在液相表面张力的作用 下，粉粒相互靠紧，故烧结速度快，制品强度高。下，粉粒相互靠紧，故烧结速度快，制品强度高。材料

40、科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 四、烧结后处理四、烧结后处理1)1)渗透（又称为熔渗）渗透（又称为熔渗） 把把低熔点金属或合金渗入到多孔低熔点金属或合金渗入到多孔烧结制品的孔隙中烧结制品的孔隙中去的方法称为熔渗。去的方法称为熔渗。 2 2）复压）复压 将烧结后的粉末压制件再放到将烧结后的粉末压制件再放到压形模中压一压形模中压一次次，叫做复压，叫做复压 。3)3)粉末金属锻造粉末金属锻造 以金属粉末为原料，先用粉末冶金以金属粉末为原料，先用粉末冶

41、金法制成具有一定形状和尺寸的预成形坯，然后将法制成具有一定形状和尺寸的预成形坯，然后将预成形预成形坯加热后置于锻模中锻成所需零件坯加热后置于锻模中锻成所需零件的方法。的方法。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 4 4）精压）精压 将零件放入模具中并加以高压的工序。将零件放入模具中并加以高压的工序。目的是进一步提高制目的是进一步提高制 品的密度、强度。品的密度、强度。 粉末冶金制品有一些后续工序，如含油轴承的浸油处理，粉末冶金制品有一些后续工序，

42、如含油轴承的浸油处理，以及机械加工、喷砂处理，有时还须进行一些必要的热处理等。以及机械加工、喷砂处理，有时还须进行一些必要的热处理等。5）其他后续处理）其他后续处理五、烧结后处理五、烧结后处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 4.2 4.2 粉末压制产品及应

43、用粉末压制产品及应用 现代汽车、飞机、工程机械、仪器仪表、航空航天、军工、核现代汽车、飞机、工程机械、仪器仪表、航空航天、军工、核能、计算机等工业中，需要许多具有特殊性能的材料或在特殊工作能、计算机等工业中，需要许多具有特殊性能的材料或在特殊工作条件下的零部件，粉末压制在很大程度上促进解决这些与科技发展条件下的零部件，粉末压制在很大程度上促进解决这些与科技发展密切相关的任务。密切相关的任务。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 4.2.14.2.

44、1粉末压制机械结构零件粉末压制机械结构零件粉末压制机械结构零件粉末压制机械结构零件又称又称烧结结构件烧结结构件，这类制品，这类制品在粉末冶金工业中产量最大、应用面最广。在粉末冶金工业中产量最大、应用面最广。 在现今汽车工业中广泛采用粉末压制制造零在现今汽车工业中广泛采用粉末压制制造零件。烧结结构件总产量的件。烧结结构件总产量的60%60%70%70%用于汽车工业用于汽车工业，如发动机、变速箱、转向器、启动马达、刮雨，如发动机、变速箱、转向器、启动马达、刮雨器、减震器、车门锁中都使用有烧结零件。器、减震器、车门锁中都使用有烧结零件。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o

45、f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 4.2.24.2.2粉末压制轴承材料粉末压制轴承材料1 1）多孔含油轴承材料多孔含油轴承材料 这是一种利用粉末压制材料制作的多孔性浸渗润滑油的减磨这是一种利用粉末压制材料制作的多孔性浸渗润滑油的减磨材料，用作轴承、衬套等。常用的有材料，用作轴承、衬套等。常用的有铁铁- -石墨和青铜石墨和青铜- -石墨含油轴石墨含油轴承材料承材料。 含油轴承工作时，由于摩擦发热，使润滑油膨胀从合金孔隙含油轴承工作时，由于摩擦发热，使润滑油膨胀从合金孔隙中压到工作表面，起到润滑作用。运转停止

46、后，轴承冷却，表面中压到工作表面，起到润滑作用。运转停止后，轴承冷却，表面上润滑油由于毛细管现象的作用，大部分被吸回孔隙，少部分仍上润滑油由于毛细管现象的作用，大部分被吸回孔隙，少部分仍留在摩擦表面，使轴承再运转时避免发生干摩擦。这样就可保证留在摩擦表面，使轴承再运转时避免发生干摩擦。这样就可保证轴承能在相当长的时间内，不需加油而能有效地工作。轴承能在相当长的时间内，不需加油而能有效地工作。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 材料科学与工程学院

47、材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 4.2.3 4.2.3 硬质合金硬质合金 硬质合金硬质合金是将一些难熔的金属碳化物（如碳化钨、碳化钛等是将一些难熔的金属碳化物（如碳化钨、碳化钛等）和金属黏结剂（如钴、镍等）粉末混合，压制成形，并经）和金属黏结剂（如钴、镍等）粉末混合，压制成形，并经烧结而成的一类粉末压制制品。由于高硬度的金属碳化物作烧结而成的一类粉末压制制品。由于高硬度的金属碳化物作为基体，软而韧的钴或镍起粘接作用，使硬质合金既有为基体，软而韧的钴或镍起粘接

48、作用，使硬质合金既有高的高的硬度和耐磨性硬度和耐磨性，又有，又有一定的强度和韧度一定的强度和韧度。 硬质合金硬度高（硬质合金硬度高（6981HRC)6981HRC)，热硬性好，热硬性好( (可达可达90010009001000) )，耐磨性好，耐磨性好，用硬质合金制作刀具，寿命可提高，用硬质合金制作刀具，寿命可提高5858倍，切倍，切削速度比高速钢高十几倍。削速度比高速钢高十几倍。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 材料科学与工程学院材料科学与

49、工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 陶器时代世界上第一种人造材料-制出的陶器，盛裝液体的容器和煮食物的陶罐-吃不完的東西有了储存的地方-便于人們定居-进一步发展农牧业-划时代之伟大发明陶瓷材料的制备陶瓷材料的制备材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 秦秦兵马俑兵马俑材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l

50、o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 瓷器-纯净的粘土（又叫瓷土、高岭土）和石英、长石等原料配成泥浆，作成毛坯-烧好粗坯，再上釉-在一千三百度左右高溫下，经过复杂的化学变化，同釉密切的結合而成-质地细致，半透明，不吸水从从陶器到瓷器陶器到瓷器材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 我国陶瓷的发展经历了三个阶段取得了三个重大突破陶器原始瓷器瓷器原料的选择和精制窖

51、炉的改进和烧成温度的提高釉的发现和使用材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 陶瓷材料的定义陶瓷材料的定义传统上：传统上：陶瓷陶瓷指陶指陶器和瓷器的统器和瓷器的统称。称。 发展延伸：发展延伸：陶瓷陶瓷凡是凡是经原料配制、经原料配制、坯料成型、窖坯料成型、窖炉烧成工艺制炉烧成工艺制成的产品。成的产品。现代：现代：陶瓷陶瓷所有所有无机非金属材无机非金属材料，不仅包括料，不仅包括多晶体，还包多晶体，还包括单晶体。括单晶体。陶瓷材料的定义几经变迁，不断延伸

52、：陶瓷材料的定义几经变迁，不断延伸：材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 传统陶瓷的制备工艺传统陶瓷的制备工艺 坯料制备 成型 烧结材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g （1 1）传统陶瓷的原料）传统陶瓷的原料可塑性原料可塑性原料是一种含水的硅酸盐矿是一种含水的硅酸盐矿物。物。具有独特的可塑性和结具

53、有独特的可塑性和结合性。合性。非可塑性原料非可塑性原料化学成分为化学成分为SiO2，在加热过程中会发生晶在加热过程中会发生晶型的转变。型的转变。非可塑性原料非可塑性原料属于网架状硅酸盐结构属于网架状硅酸盐结构起到高温热塑作用与高起到高温热塑作用与高温胶结作用，防止高温温胶结作用，防止高温变形。变形。构成瓷的玻璃基质。构成瓷的玻璃基质。石英石英长石长石黏土黏土材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g （2 2）坯料的制备）坯料的制备 坯料是指将陶瓷原料

54、经挑选、破碎等工序后，进行配料，再经混合、细磨等工序后得到的具有成型性能的多组分混合物。 坯料制备一般包括配料和坯料混合制备两部分。根据含水量不同，坯料分为三类：根据含水量不同，坯料分为三类：注浆料、可塑料和压制粉料注浆料、可塑料和压制粉料。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 在坯科制备过程中质量应符合下列要求： (a)坯料的成分应和配方一致，不能有杂质混入。 (b)各种组分混合要均匀，包括主要原料、水分和塑化剂等在坯料中都应均匀分布，否则会出

55、现组分偏析，从而影响产品质量。 (c)各组分的颗粒度要符合要求以减少成型和干燥过程中的废品。 (d)可塑和注浆成型用的坯料中空气含量应尽量减少，以免降低坯体的强度和产品的机电性能。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g （3 3）成形）成形将制备好的坯料用各种不同的方法制成具有一定形状和尺寸的坯件（生泥）。 成形方法分为三类：。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n

56、 c e & E n g i n e e r i n g ：加入水份或塑化剂，将坯料混合，一般控制含水量在16-29%，制成有塑性的料团，然后通过各种成型机械进行挤压、滚压和塑压成型。 塑性成型除雕塑、压坯和旋压等传统方法外，还有滚压成型、挤压、车坯成型、塑压成型、注塑成型、轧膜成型等。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 将将含有一定水分的浆料含有一定水分的浆料浇注在预先准备的模具中而得到坯体的浇注在预先准备的模具中而得到坯体的一种成型

57、方法。一种成型方法。成形过程分为两个阶段：成形过程分为两个阶段：吸浆成坯阶段吸浆成坯阶段和和巩固脱模阶段巩固脱模阶段。浆料含水量一般在浆料含水量一般在3035%3035%，根据脱水工艺的不同，分为空心注，根据脱水工艺的不同，分为空心注浆和实心注浆两种成型方法。浆和实心注浆两种成型方法。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 空心注浆法空心注浆法将泥浆注入模型，待泥浆在模型中停留一段时间将泥浆注入模型，待泥浆在模型中停留一段时间形成所需的注件后，形成

58、所需的注件后，倒出多余的泥浆倒出多余的泥浆而形成空心注件的成型方法。而形成空心注件的成型方法。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 实心注浆法实心注浆法泥浆注入两石膏模面之间的空穴中，泥浆被模型泥浆注入两石膏模面之间的空穴中，泥浆被模型与模芯的工作面吸水，由于泥浆中的水分不断被吸收而形成坯泥，与模芯的工作面吸水，由于泥浆中的水分不断被吸收而形成坯泥，注入的泥浆面会不断的下降，因此，注入的泥浆面会不断的下降，因此，注浆时必须陆续地补充泥浆注浆时必须

59、陆续地补充泥浆，直到空穴中的泥浆全部变成坯件为止。直到空穴中的泥浆全部变成坯件为止。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g ：它是将还有少量水分和添加剂的粉料，在金属模它是将还有少量水分和添加剂的粉料，在金属模具中具中用较高的压力压制成型用较高的压力压制成型的工艺。的工艺。特点：特点：具有结构均匀，坯体密度大，生坯强度高，制品具有结构均匀，坯体密度大，生坯强度高，制品尺寸精确，烧成收缩小，可不用干燥直接上釉或烧成，尺寸精确，烧成收缩小，可不用干燥直

60、接上釉或烧成，等优点。等优点。压制方法：压制方法：模压成形、热压铸成形、等静压成形。模压成形、热压铸成形、等静压成形。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g 只有收缩水的蒸发，没有气孔形成，脱水时粘土颗粒互相接近，收缩急剧进行，此时制品减小的体积等于除去水分的体积。不仅有收缩水的排除，还有气孔水的排除，即水分排除时，既产生坯体收缩，又在坯体中产生部分气孔。收缩停止。除去水分的体积等于形成气孔的体积。第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段（4 4）坯体干燥）坯体干燥是借助热能使坯料中的水分汽化，并由干燥介质带走的过程。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e & E n g i n e e r i n g （5 5）上釉）上釉 釉是附着于陶瓷坯体表面的连续玻璃质层连续玻璃质层，具有与玻璃相类似的物理与化学性质。 正确配合釉层可增加陶瓷的强度强度与表面硬度表面硬度。 施釉方法可以分为浸釉法、喷釉法、浇釉法、刷釉法。材料科学与工程学院材料科学与工程学院S c h o o l o f M