第4章 粉末压制和常用复合材料成形过程

1、 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g材料成形技术基础材料成形技术基础第第4章章 粉末压制和常用复合材料成形过程粉末压制和常用复合材料成形过程 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g第第1节节 粉末压制成形过程粉末压制成形过程第第2节节 粉末压制产品及应用粉末压制产品及应用

2、第第3节节 粉末压制零件或制品的结构特征粉末压制零件或制品的结构特征第第4节节 陶瓷制品成形过程简介陶瓷制品成形过程简介第第5节节 常用复合材料成形过程简介常用复合材料成形过程简介主要内容主要内容 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g 4.1粉末压制成形过粉末压制成形过程程 粉末压制粉末压制(主要指粉末冶金主要指粉末冶金)是是用金属粉末用金属粉末(或者金属和或者金属和非金属粉末的混合物非金属粉末的混合物)做原料，经压制成形后烧结而制

3、造做原料，经压制成形后烧结而制造各种类型的零件和产品的方法。各种类型的零件和产品的方法。 颗粒状材料兼有颗粒状材料兼有液体和固体的双重特性液体和固体的双重特性，即整体具有，即整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，以获得所需的产品。特性来实现粉末的成形，以获得所需的产品。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E 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

4、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。可制取难熔、极难熔、极硬和特殊性能的材料硬和特殊性能的材料，例如：钨丝、硬质合金、磁性材料、高温，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%。虽然用其他方法也可以制造，但用虽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

5、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。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g 4.1 粉末压制成形过程粉末压制成形过程 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t

6、r i c a l E n g i n e e r i n g粉末压制生产技术流程粉末压制生产技术流程原材料粉末原材料粉末+添加剂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 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4.1.1 金属粉末的制取及其特性金属粉末的制取及其特性一、金属粉末的制取一、金属粉末的制取 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：矿物还原法，矿物还

7、原法，雾化法，机械粉碎法雾化法，机械粉碎法等。等。1)矿物还原法矿物还原法 矿物还原法是矿物还原法是金属矿石在一定冶金条件下被还原后，金属矿石在一定冶金条件下被还原后，得到一定形状和大小的金属料，然后将金属料经粉碎等处得到一定形状和大小的金属料，然后将金属料经粉碎等处理以获得粉末理以获得粉末。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4.1.1 金属粉末的制取及其特性金属粉末的制取及其特性 2) 电解法电解法 电解法是电解法是在在金属盐

8、水溶液金属盐水溶液中通以中通以直流电，直流电，金属离子在阴极放金属离子在阴极放电析出或熔盐电解析出电析出或熔盐电解析出金属颗粒或海绵状金属块，再用机械法进金属颗粒或海绵状金属块，再用机械法进行粉碎。行粉碎。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g3)雾化法：雾化法：雾化法雾化法是使熔化的液态金属从雾是使熔化的液态金属从雾化塔上部的小孔中流出，同时喷化塔上部的小孔中流出，同时喷入高压气体，在气流的机械力和入高压气体，在气流的机械力和急冷

9、作用下，急冷作用下，液态金属被雾化液态金属被雾化，冷凝成细小粒状的金属粉末，落冷凝成细小粒状的金属粉末，落入雾化塔下的盛粉桶中。入雾化塔下的盛粉桶中。4.1.1 金属粉末的制取及其特性金属粉末的制取及其特性 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4.1.1 金属粉末的制取及其特性金属粉末的制取及其特性4) 机械粉碎法机械粉碎法机械破碎法机械破碎法中最常用的是中最常用的是钢球或硬质合金球对金属钢球或硬质合金球对金属块或粒原料进行块或粒原

10、料进行球磨球磨，适，适宜于制备一些宜于制备一些脆性的金属脆性的金属粉末粉末，或者，或者经过脆性化处经过脆性化处理理的金属粉末（如经过氢的金属粉末（如经过氢化处理变脆的钛粉）。化处理变脆的钛粉）。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g金属粉末的特性金属粉末的特性 金属粉末的特性对金属粉末的特性对粉末的压制、烧结过程粉末的压制、烧结过程、烧结前强度烧结前强度及及最终产品的性能最终产品的性能都有重大影响。都有重大影响。(1)成分成分 粉末

11、的成分通常指主要粉末的成分通常指主要金属或组分、杂质及气体的金属或组分、杂质及气体的含量含量。金属粉末中主要金属的含量大都不低于。金属粉末中主要金属的含量大都不低于98%99%，完全可以满足烧结机械零件等的要求。但，完全可以满足烧结机械零件等的要求。但在制造高性能粉末冶金材料时，需要使用纯度更高在制造高性能粉末冶金材料时，需要使用纯度更高的粉末。的粉末。 影响金属粉末的基本性能的因素包括：影响金属粉末的基本性能的因素包括：成分、成分、粒径分布、颗粒形状和大小及技术特征粒径分布、颗粒形状和大小及技术特征等。等。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a

12、 n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g重要金属粉末生产方法重要金属粉末生产方法 金属粉末金属粉末生产方法生产方法金属粉末金属粉末生产方法生产方法铁铁还原法、水雾化法、还原法、水雾化法、空气雾化法、研磨法空气雾化法、研磨法铍铍研磨法、还原法研磨法、还原法电解法电解法铜、镍铜、镍电解法、雾化法、电解法、雾化法、还原法还原法银银电解法、沉淀法电解法、沉淀法钨、钼、钒、钴钨、钼、钒、钴还原法还原法硅硅研磨法研磨法钛、锆、钽钛、锆、钽还原法、电解法还原法、电解法铝铝雾化法、研磨法雾化法、研磨法铌、钍、铬、锰铌、钍、铬、锰电解法

13、、还原法电解法、还原法锌、锡、铅锌、锡、铅雾化法雾化法金属粉末的特性金属粉末的特性 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g(2)颗粒形状和大小颗粒形状和大小颗粒形状颗粒形状是影响粉末技术特征（如松装密度、流动性等）的是影响粉末技术特征（如松装密度、流动性等）的因素之一。通常，因素之一。通常，粉粒以球状或粒状为好粉粒以球状或粒状为好。 颗粒大小常用颗粒大小常用粒度粒度表示。粉末粒度通常在表示。粉末粒度通常在0.1500m，150m以上的

14、定为以上的定为粗粉粗粉，40150m定为定为中等粉中等粉，1040m的的定为定为细粉细粉，0.510m为为极细粉极细粉，0.5m以下的为超细粉。粉以下的为超细粉。粉末颗粒大小通常用末颗粒大小通常用筛号筛号表示其范围，各种筛号表示每平方英表示其范围，各种筛号表示每平方英寸（寸（1 in2=6.4510-4 m2）筛网上的网孔数。）筛网上的网孔数。金属粉末的特性金属粉末的特性 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g筛号与网孔大小的对应关系

15、筛号与网孔大小的对应关系筛号筛号/目目32426080100150200250325400网孔大小网孔大小/m49535124617514710474614437金属粉末的特性金属粉末的特性(3)粒度分布粒度分布 粒度分布粒度分布是指大小不同的粉粒级别的相对含量，也称为是指大小不同的粉粒级别的相对含量，也称为粒度组成粒度组成。粉末粒度组成的范围广，则制品的密度高，。粉末粒度组成的范围广，则制品的密度高，性能也好，尤其对制品边角的强度尤为有利。性能也好，尤其对制品边角的强度尤为有利。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l &am

16、p; E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g(4)技术特征技术特征松装密度：又称松装比松装密度：又称松装比，指单位容积自由松装粉末的质量。受粉，指单位容积自由松装粉末的质量。受粉末粒度、粒形、粒度组成及粒间孔隙大小决定。松装比的大小影响末粒度、粒形、粒度组成及粒间孔隙大小决定。松装比的大小影响压制与烧结性能，同时对压模设计是一个十分重要的参数压制与烧结性能，同时对压模设计是一个十分重要的参数。流动性：流动性：指指50g粉末在粉末流动仪中自由下降至流完后所需的时间。粉末在粉末流动仪中自由下降至流完后所需的时间。时间愈短，流动性愈好。流动性好的粉末有利于

17、快速连续装粉及复时间愈短，流动性愈好。流动性好的粉末有利于快速连续装粉及复杂零件的均匀装粉。杂零件的均匀装粉。压制性：压制性：包括压缩性与成形性。压缩性的好坏决定压坯的强度与包括压缩性与成形性。压缩性的好坏决定压坯的强度与密度，通常用压制前后粉末体的压缩比表示。粉末压缩性主要受粉密度，通常用压制前后粉末体的压缩比表示。粉末压缩性主要受粉末硬度、塑性变形能力与加工硬化性决定。经退火后的粉末压缩性末硬度、塑性变形能力与加工硬化性决定。经退火后的粉末压缩性较好。为保证压坯品质，使其具有一定的强度，且便于生产过程中较好。为保证压坯品质，使其具有一定的强度，且便于生产过程中的运输，粉末需有良好的成形性。

18、的运输，粉末需有良好的成形性。金属粉末的特性金属粉末的特性 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4.1.2 粉末配混粉末配混 粉末配混粉末配混是根据是根据产品配料计算并按特定的粒度分布把产品配料计算并按特定的粒度分布把各种金属粉末及添加物（如润滑剂等）进行充分地混各种金属粉末及添加物（如润滑剂等）进行充分地混合，此工序通过混粉机完成。合，此工序通过混粉机完成。为改善粉末的成形为改善粉末的成形性和可塑性，在粉性和可塑性，在粉料中添加料

19、中添加增塑剂增塑剂( (如如汽油、橡胶溶液、汽油、橡胶溶液、石腊等石腊等) )。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g1)目的：目的： 2)成形机理：成形机理： 将松散的粉料通过压制或其它方法制成将松散的粉料通过压制或其它方法制成具有一定具有一定形状尺寸的压坯形状尺寸的压坯。装入模具型腔内的金属粉料在装入模具型腔内的金属粉料在1501600MN/m2成成形压力作用下，粉粒之间的原子通过固相扩散互形压力作用下，粉粒之间的原子通过固相扩

20、散互相渗透促进粉粒的结合。相渗透促进粉粒的结合。另一方面因粉粒表面凹凸不平，受压后互相合，另一方面因粉粒表面凹凸不平，受压后互相合，致使压坯密度提高，强度增大致使压坯密度提高，强度增大。4.1.3 压制成形压制成形 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4.1.3 压制成形压制成形 粉末压制成型的工序包括粉末压制成型的工序包括: 称粉、装粉、压制、保压及脱模等。称粉、装粉、压制、保压及脱模等。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c

21、 h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g 压制成形方法压制成形方法 压制成形的方法有很多，如压制成形的方法有很多，如钢模压制、流体等静压制、三向压钢模压制、流体等静压制、三向压制、粉末锻造、挤压、振动压制、高能率成形制、粉末锻造、挤压、振动压制、高能率成形等。常用的有：等。常用的有： 1)钢模压制钢模压制 钢模压制钢模压制指在常温下，用机械式压力机或液压机，以一定的比指在常温下，用机械式压力机或液压机，以一定的比压压(压力常在压力常在150160MPa)将钢模内的松装粉末成形

22、为压坯的方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。法。这种成形技术方法应用最多且最广泛。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g1)钢模压制钢模压制 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g 流体等静压制流体等静压制是利用是利用高压流体高压流体(液

23、体或气体液体或气体)同时同时从各个方向对粉末材料施加压力而成形的方法从各个方向对粉末材料施加压力而成形的方法。 11工件；工件；22橡胶或塑料模；橡胶或塑料模；33高压容器；高压容器；44高压泵高压泵2)流体等静压制流体等静压制 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g1侧向压力；2轴向冲头；3放气孔三向压制综合三向压制综合了了单向钢模压单向钢模压制与等静压制制与等静压制的特点的特点这种方法得到的压坯这种方法得到的压坯密度和强度密度和强

24、度超过用其超过用其他成形方法得到的压他成形方法得到的压坯。但它坯。但它适用于成形适用于成形形状规则的零件形状规则的零件，如，如圆柱形、正方形、长圆柱形、正方形、长方形、套筒等。方形、套筒等。3)三向压制三向压制 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g 另外，可利用另外，可利用挤压与轧制直接从粉末状态生产挤压制品或轧挤压与轧制直接从粉末状态生产挤压制品或轧制产品制产品，如杆件、棒料、薄板、构件等。根据材料和性能要，如杆件、棒料、薄板、构

25、件等。根据材料和性能要求的不同，可选择不同的加热及加工顺序。求的不同，可选择不同的加热及加工顺序。 通常一个理想的零件，其各个部位都必须具有均匀的密度通常一个理想的零件，其各个部位都必须具有均匀的密度分配。分配。在粉末冶金中，在粉末冶金中，粉末压制成形的主要问题粉末压制成形的主要问题是如何使成是如何使成形的压坯形的压坯密度均匀密度均匀，它不仅标志着压制对粉末密实的有效程，它不仅标志着压制对粉末密实的有效程度，且可决定随后烧结时材料的形状度，且可决定随后烧结时材料的形状。4.1.3 压制成形压制成形软、硬两种粉末压制中软、硬两种粉末压制中压力与密度压力与密度之间的关系之间的关系 1软质材料粉末；

26、软质材料粉末；2硬质材料粉末硬质材料粉末 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g 一个粉末冶金产品是以一个粉末冶金产品是以密度、强度、精度密度、强度、精度来表示的。来表示的。 压坯的强度压坯的强度是一个比较重要的品质指标。压制过程中是一个比较重要的品质指标。压制过程中，随着压力增大，压坯强度也提高，这主要是因为，随着压力增大，压坯强度也提高，这主要是因为一一方面粉末接触表面的塑性变形导致的原子间作用力增方面粉末接触表面的塑性变形导致的

27、原子间作用力增大，另一方面是粉粒表面凹凸不平而产生的机械啮合大，另一方面是粉粒表面凹凸不平而产生的机械啮合力的结果力的结果。4.1.3 压制成形压制成形 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g压坯的密度和强度大小压坯的密度和强度大小对烧结体的品质有直接的对烧结体的品质有直接的影响，密度大，强度高，烧结体的品质也好。另影响，密度大，强度高，烧结体的品质也好。另外，坚固的压坯便于生产过程中的运输和半成品外，坚固的压坯便于生产过程中的运输和

28、半成品加工。对于某些硬质材料的粉粒，因塑性变形能加工。对于某些硬质材料的粉粒，因塑性变形能力差，压制中即使增大压力也产生不了很大效果力差，压制中即使增大压力也产生不了很大效果。故生产中常靠加入。故生产中常靠加入润滑剂（又叫成形剂）来增润滑剂（又叫成形剂）来增加压制时粉末间的黏结与压坯的强度加压制时粉末间的黏结与压坯的强度。凡影响成。凡影响成形性的因素都将影响压坯的密度和强度。形性的因素都将影响压坯的密度和强度。4.1.3 压制成形压制成形 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l

29、 E n g i n e e r i n g4.1.4 压坯烧结压坯烧结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，使型坯获得一定的物理与机械性能坯获得一定的物理与机械性能(机械强度机械强度)的工序。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发生颗粒之间易于发生扩散、

30、熔焊、化合、溶解和再结晶扩散、熔焊、化合、溶解和再结晶等物理化学过程。分散的坯料颗粒结合为一个稳定、等物理化学过程。分散的坯料颗粒结合为一个稳定、坚实的结晶体、即烧结体最终获得所需要的性能。坚实的结晶体、即烧结体最终获得所需要的性能。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g 3)烧结方法烧结方法 烧结烧结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：

31、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，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 氛下进行氛下进行(如煤气，氢气等如煤气，氢气等)，要求高的应在真空炉内进行烧结。，要求高的应在真空炉内进行烧结。 固相烧结固相烧结 ：烧结

32、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。4.1.4 压坯烧结压坯烧结 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4.1.4 压坯烧结压坯烧结 粉末压坯一般因粉末压坯一般因孔隙度大，表面积大，孔隙度大，表面积大，在烧结中高温长时

33、在烧结中高温长时间加热下，粉粒表面容易发生间加热下，粉粒表面容易发生氧化氧化，造成废品。因此，烧，造成废品。因此，烧结必须在结必须在真空或保护气氛真空或保护气氛中进行，若采用中进行，若采用还原性气体作保还原性气体作保护气氛护气氛则更为有利。则更为有利。 烧结过程中可能出现的问题：烧结过程中可能出现的问题： (1)翘曲翘曲 (2)过烧过烧 (3)分解反应及多晶转变分解反应及多晶转变 (4)黏结剂烧掉黏结剂烧掉 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r

34、 i n g4.1.5 烧结后的其他处理或加工烧结后的其他处理或加工1)渗透渗透(又称为熔渗又称为熔渗) 把把低熔点金属或合金渗入到多孔烧结制低熔点金属或合金渗入到多孔烧结制品的孔隙中品的孔隙中去的方法称为熔渗。去的方法称为熔渗。 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次压形模中压一次，叫，叫做复压做复压 。3)粉末金属锻造粉末金属锻造 以金属粉末为原料，先用粉末冶金法制成以金属粉末为原料，先用粉末冶金法制成具有一定形状和尺寸的预成形坯，然后将具有一定形状和尺寸的预成形坯，然后将预成形坯加热后预成形坯加热后置于锻模中锻成所需零件置于锻模中锻成所需零件的方

35、法。的方法。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。目的是进一目的是进一步提高制品的密度、强度。步提高制品的密度、强度。5)其他后续处理其他后续处理 粉末冶金制品有一些后续工序，如含油轴粉末冶金制品有一些后续工序，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。一些必要的热处理等。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i

36、n g 根据技术要求，生产粉末金属可选择下属过程根据技术要求，生产粉末金属可选择下属过程压制压制+烧结；烧结；压制压制+烧结烧结+复压；复压；压制压制+预烧结预烧结+精压精压+烧结；烧结；压制压制+预烧结预烧结+精压精压+烧结烧结+复压。复压。 通常情况下：类过程的应用约占通常情况下：类过程的应用约占80%；但类过程的；但类过程的应用也不少。而较复杂的类和类过程仅用于某些特应用也不少。而较复杂的类和类过程仅用于某些特殊零件。近年来，由于可压实性粉末材料及高耐磨模具殊零件。近年来，由于可压实性粉末材料及高耐磨模具材料的开发，经一次压制就可获得较高强度的零件。材料的开发，经一次压制就可获得较高强度

37、的零件。4.1.5 烧结后的其他处理或加工烧结后的其他处理或加工 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4.1.5 烧结后的其他处理或加工烧结后的其他处理或加工 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4.2 粉末压制产品及应用粉末压制产品及应用现代汽车、飞机、工程机械、仪器仪

38、表、航空航天、军工、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，需要许多具有核能、计算机等工业中，需要许多具有特殊性能的材料特殊性能的材料或在或在特殊工作条件下的零部件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，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。这些与科技发展密切相关的任务。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4.2.1 粉末压制机械结构零件粉末压制机械结构零件 粉末

39、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，这类制品在粉末冶金工业中产量最大、应用面最广品在粉末冶金工业中产量最大、应用面最广范。范。在现今在现今汽车工业中广泛采用粉末压制制造零件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烧结结构件总产量的60%70%用于汽车工业，如用于汽车工业，如发动机、变速箱、转向器、启动马达、刮雨器、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。减震器、车门锁中都使用有烧结零件。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E

40、 l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g汽车变速箱中粉末压制件汽车变速箱中粉末压制件 零件名称零件名称材料及处理材料及处理零件名称零件名称材料及处理材料及处理离合器导向轴承离合器导向轴承Fe-C-PbFe-Cu-C变速器键Fe-Ni，渗碳、淬火离合器分离轴承离合器分离轴承Fe-Cu，渗碳、淬火止推垫圈Fe-Cu-C离合器踏板衬套离合器踏板衬套Fe-Cu-C换挡操纵零件Fe-Cu-C离合器齿轮，离合器齿轮，同步器毂同步器毂Fe-Cu-Ni-C万向接头的中心球Fe-Cu，渗碳、淬火 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c

41、 h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4.2.2 粉末压制轴承材料粉末压制轴承材料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多孔性浸渗润滑油的减磨材料磨材料，用作轴承、衬套等。常用的有，用作轴承、衬套等。常用的有铁铁-石墨和青铜石墨和青铜-石墨石墨含含油轴承材料。油轴承材料。 含油轴承工作时，由于摩擦发热，使润滑油膨胀从含油轴承工作时，由于摩擦发热，使润滑油膨胀从合金孔合金孔隙中隙中压到工作表面，起到润滑作用。运转停止后，轴承冷却，压

42、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，表面上润滑油由于毛细管现象的作用，大部分被吸回孔隙，少部分仍留在摩擦表面，使轴承再运转时避免发生干摩擦。少部分仍留在摩擦表面，使轴承再运转时避免发生干摩擦。这样就可保证轴承能在相当长的时间内，不需加油而能有效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。地工作。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g含油轴承材料的含油轴承

43、材料的孔隙度通常是孔隙度通常是18%25%。孔隙度高则含孔隙度高则含油多，润滑性好，但强度较低油多，润滑性好，但强度较低，故适宜在低负荷、中速条，故适宜在低负荷、中速条件下工作；件下工作；孔隙度低则含油少，强度较高孔隙度低则含油少，强度较高，适宜于中、高，适宜于中、高负荷，低速条件下工作，有时还需补加润滑油。目前，这负荷，低速条件下工作，有时还需补加润滑油。目前，这类材料广泛用于汽车、拖拉机、纺织机械和电动机等轴承类材料广泛用于汽车、拖拉机、纺织机械和电动机等轴承上。上。4.2.2 粉末压制轴承材料粉末压制轴承材料 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c

44、h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2)金属塑料减摩材料金属塑料减摩材料金属塑料减摩材料金属塑料减摩材料是一种是一种具有良好综合性能的无油润滑减具有良好综合性能的无油润滑减摩材料摩材料。由粉末压制多孔制品和聚四氟乙烯、二硫化钼或。由粉末压制多孔制品和聚四氟乙烯、二硫化钼或二硫化钨等固体润滑剂复合制成。这种材料的特点是工作二硫化钨等固体润滑剂复合制成。这种材料的特点是工作时不需润滑油，时不需润滑油，有较宽的工作温度范围（有较宽的工作温度范围（-200+280），），能适应高空、高温、低温、振动、冲击等工作条件，

45、还能能适应高空、高温、低温、振动、冲击等工作条件，还能在真空、水或其他液体中工作在真空、水或其他液体中工作，故在电器、仪器仪表轴承，故在电器、仪器仪表轴承等方面广泛使用。使用这两类轴承可大大简化机器、仪器等方面广泛使用。使用这两类轴承可大大简化机器、仪器仪表等的结构或机构，减小其体积。仪表等的结构或机构，减小其体积。4.2.2 粉末压制轴承材料粉末压制轴承材料 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4.2.3 多孔性材料及摩擦材料多孔

46、性材料及摩擦材料1)多孔性材料多孔性材料粉末压制多孔性材料制品有粉末压制多孔性材料制品有过滤器、热交换器、触媒过滤器、热交换器、触媒以及一些以及一些灭火装灭火装置置等。过滤器是最典型的多孔性材料制品，主要用来过滤燃料油、净等。过滤器是最典型的多孔性材料制品，主要用来过滤燃料油、净化空气，以及化学工业上过滤液体与气体等，所使用的主要粉料有化空气，以及化学工业上过滤液体与气体等，所使用的主要粉料有青青铜、镍、不锈钢铜、镍、不锈钢等，通常在性能上既要求等，通常在性能上既要求有效孔隙度高，又要求一定有效孔隙度高，又要求一定的力学性能与耐蚀性和热强性的力学性能与耐蚀性和热强性。多孔性材料的生产过程与多孔

47、含油轴承材料相类似，由于性能的要求多孔性材料的生产过程与多孔含油轴承材料相类似，由于性能的要求较高，因此在生产技术上有一定的难度，特别难以达到孔隙度的控制较高，因此在生产技术上有一定的难度，特别难以达到孔隙度的控制，故一般要求采用，故一般要求采用球形的雾化粉球形的雾化粉。多孔性材料还可采用纤维压制法进行制造，首先制成金属纤维，再压多孔性材料还可采用纤维压制法进行制造，首先制成金属纤维，再压制、烧结。其强度与耐热性都较好。制、烧结。其强度与耐热性都较好。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r

48、i c a l E n g i n e e r i n g2)摩擦材料摩擦材料 摩擦材料摩擦材料用来制作用来制作刹车片、离合器片刹车片、离合器片等，用于制动与传递扭矩等，用于制动与传递扭矩。因此，对材料性能的要求是摩擦系数要大，耐磨性、耐热性。因此，对材料性能的要求是摩擦系数要大，耐磨性、耐热性与热传导性要好。烧结材料结构上的多孔性特点，用其作摩擦与热传导性要好。烧结材料结构上的多孔性特点，用其作摩擦材料制品特别有利于在高温条件下工作。材料制品特别有利于在高温条件下工作。 粉末摩擦材料主要分为粉末摩擦材料主要分为铜基与铁基铜基与铁基两大类。两大类。 通常通常烧结摩擦材料的强度较低，可采用钢制或

49、铁制衬背解决。烧结摩擦材料的强度较低，可采用钢制或铁制衬背解决。4.2.3 多孔性材料及摩擦材料多孔性材料及摩擦材料 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4.2.4 硬质合金硬质合金 硬质合金硬质合金是将一些难熔的是将一些难熔的金属碳化物金属碳化物(如碳化钨、碳化钛等如碳化钨、碳化钛等)和和金属黏结剂金属黏结剂(如钴、镍等如钴、镍等)粉末混合，压制成形，并经烧结粉末混合，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

50、物作为基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，使硬质合金既有体，软而韧的钴或镍起粘接作用，使硬质合金既有高的硬度高的硬度和耐磨性和耐磨性，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)，热硬性好，热硬性好(可达可达9001000)，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58倍，切削倍，切削速度比高速钢高十几倍。速度比高速钢高十几倍。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c

51、 t r i c a l E n g i n e e r i n g硬质合金硬质合金分分类类(1)钨钴类钨钴类(YG) 钨钴类主要成分为碳化钨钨钴类主要成分为碳化钨(WC)和钴和钴(Co)。常用牌。常用牌号有号有YG3，YG6，YG8等。等。YG是是“硬钴硬钴”两字的两字的汉语拼音字首，后面数字表示钴的含量汉语拼音字首，后面数字表示钴的含量，如，如YG6表示含钴表示含钴6%，含碳化钨，含碳化钨94%的钨钴类硬质合金。的钨钴类硬质合金。 钨钴类硬质合金有钨钴类硬质合金有较好的强度和韧度较好的强度和韧度，适宜制作，适宜制作切削脆性材料的刀具，如切削铸铁、脆性有色合切削脆性材料的刀具，如切削铸铁、脆

52、性有色合金、电木等。金、电木等。含钴愈高，强度和韧度愈好，而硬含钴愈高，强度和韧度愈好，而硬度、耐磨性降低度、耐磨性降低。因此，含钴量较多的牌号一般。因此，含钴量较多的牌号一般多用作粗加工，而含钴量较少的牌号多用于作精多用作粗加工，而含钴量较少的牌号多用于作精加工。加工。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g (2)钨钴钛类钨钴钛类(YT) 钨钴钛类主要成分为钨钴钛类主要成分为碳化物、碳化钛碳化物、碳化钛(TiC)和钴和钴。常。常用

53、牌号有用牌号有YT5，YT10，YT15等。等。YT是是“硬钛硬钛”两两字的汉语拼音字首，后面数字表示碳化钛的含量字的汉语拼音字首，后面数字表示碳化钛的含量，如如TY10表示含碳化钛表示含碳化钛10%，其余为碳化钨和钴的钨，其余为碳化钨和钴的钨钴钛类硬质合金。钴钛类硬质合金。 钨钴钛类硬质合金含有比碳化钨更硬的碳化钛，因钨钴钛类硬质合金含有比碳化钨更硬的碳化钛，因而而硬度硬度更更高，热硬性也较好高，热硬性也较好，加工钢材时刀具表面，加工钢材时刀具表面会形成一层氧化钛薄膜，使切屑不易黏附，故适宜会形成一层氧化钛薄膜，使切屑不易黏附，故适宜制作切削高韧度钢材的刀具。同样，含钴量较高制作切削高韧度钢

54、材的刀具。同样，含钴量较高(如如YT5，含钴，含钴9%)的牌号用作粗加工。的牌号用作粗加工。硬质合金硬质合金分分类类 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g (3)钨钽类钨钽类(YW) 钨钽类主要成分为碳化钨、碳化钛、碳化钽钨钽类主要成分为碳化钨、碳化钛、碳化钽(TaC)和钴和钴。其特点是。其特点是抗弯强度高抗弯强度高。牌号主要有。牌号主要有YW1(84%WC，6%TiC，4%TaC，6%Co)和和YW2(82%WC，6%TiC，4%

55、TaC，8%Co)两种。这类硬质合金制作的刀具用于加两种。这类硬质合金制作的刀具用于加工工不锈钢、耐热钢、高锰钢不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工的材料。等难加工的材料。硬质合金硬质合金分分类类 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4.2.5 粉末压制钢结硬质合金及高速钢粉末压制钢结硬质合金及高速钢1)钢结硬质合金钢结硬质合金 钢结硬质合金具备下面几个主要特点：钢结硬质合金具备下面几个主要特点：合金的基本组成是碳化物加合金钢合金的基本组

56、成是碳化物加合金钢。从结构上看是通过钢。从结构上看是通过钢来胶结碳化物，或者是大量的一次碳化物分布在钢基体上来胶结碳化物，或者是大量的一次碳化物分布在钢基体上的金属基复合材料。的金属基复合材料。由于钢的组成物在显微组织中占有一定的比例，因此由于钢的组成物在显微组织中占有一定的比例，因此钢结钢结硬质合金具有一定的锻造、焊接、热处理及机械加工等技硬质合金具有一定的锻造、焊接、热处理及机械加工等技术性能术性能，尤其是通过不同的热处理可使同一成分的合金在，尤其是通过不同的热处理可使同一成分的合金在一定范围内表现出不同的力学性能。一定范围内表现出不同的力学性能。在力学性能上不仅保持了合金钢和硬质合金的基

57、本特性，在力学性能上不仅保持了合金钢和硬质合金的基本特性，且还有不同程度的发展。且还有不同程度的发展。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2)粉末压制高速钢粉末压制高速钢高速钢高速钢是一种用量较大的是一种用量较大的工具钢工具钢。高速钢的含碳量尤其。高速钢的含碳量尤其是合金元素含是合金元素含量较高，属于莱氏体钢量较高，属于莱氏体钢，在铸态的显微组织中出现，在铸态的显微组织中出现大量骨骼状碳化物大量骨骼状碳化物，其分布，其分布极不均匀

58、且粗大极不均匀且粗大。即使经过热轧或锻造后，。即使经过热轧或锻造后，碳化物的偏析及碳化物的偏析及不均匀度仍然较严重不均匀度仍然较严重，这对高速钢的使用性能与技术性能带来不良影，这对高速钢的使用性能与技术性能带来不良影响。如热变形塑性差，热处理变形较大，淬火开裂的敏感性强，磨削响。如热变形塑性差，热处理变形较大，淬火开裂的敏感性强，磨削性能差，切削刃抗弯强度低及易于剥落崩裂等，故影响刀具的品质和性能差，切削刃抗弯强度低及易于剥落崩裂等，故影响刀具的品质和使用寿命。使用寿命。 粉末高速钢牌号：粉末高速钢牌号：W6Mo5Cr4V2和和W18Cr4V。通过粉末压制过程生产。通过粉末压制过程生产的粉末高

59、速钢坯料可进行锻造，以改变外形尺寸并适当地提高密度。的粉末高速钢坯料可进行锻造，以改变外形尺寸并适当地提高密度。其热处理技术参数与成分相同的普通高速钢基本上相同，只是粉末压其热处理技术参数与成分相同的普通高速钢基本上相同，只是粉末压制高速钢组织中的碳化物分布比较均匀和细致，在加热过程中容易固制高速钢组织中的碳化物分布比较均匀和细致，在加热过程中容易固溶于奥氏体，淬火加热温度可稍低些。溶于奥氏体，淬火加热温度可稍低些。4.2.5 粉末压制钢结硬质合金及高速钢粉末压制钢结硬质合金及高速钢 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l &a

60、mp; E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4.2.6 耐热材料及其他材料耐热材料及其他材料1)难熔金属耐热材料难熔金属耐热材料 难熔金属是指熔点超过难熔金属是指熔点超过2000以上的金属，如钨以上的金属，如钨(熔点熔点为为3380)，钼，钼(2600)，钽，钽(2980)，铌，铌(2468)等。等。这些金属常用这些金属常用还原法或从其他冶金方法还原法或从其他冶金方法得到金属粉末，得到金属粉末，并与合金通过粉末冶金制成的耐热材料广泛应用导弹和并与合金通过粉末冶金制成的耐热材料广泛应用导弹和宇宙飞行器的结构件，以及燃烧室构件、加热元件、热宇宙飞行器的结构件，以及燃烧室构件、加热元件、热电偶丝等。电偶丝等。 机机 电电 工工 程程 学学 院院S c h o o l o f M e c h a n i c a l & E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2)耐热合金材料耐热合金材料 以钴镍铁等为基的耐热合金材料以钴镍铁等为基的耐热合金材料由于机加工比较困由于机加工比较困难，金属消耗