粉末冶金,第四章,成形

第3章成形商洛学院常亮亮

3成形成形：指将松散粉末体加工成具有一定尺寸、形状及一定密度和强度的坯块。将粉末装入模具后，施加外力即进行压制可得到要求的坯块。压制过程中，因粉末颗粒形状不同，有滑动、移动，随着力的增加，颗粒之间还会机械地啮合在一起，有时粉末表面相互磨损，将粉末表面的氧化物或杂质膜破坏，出现清洁的粉末表面，黏附在一起，使坯块具有所需的密度和强度。a.普通模压法：将粉末装在模具内，用压机将其成形；b.特殊方法：等静压成形、连续成形、无压成形等。3绝大多数作为应用于工程结构中部件的制造原料粉末冶金制品加工成块体材料或部件需经过成形和烧结操作4轿车部件5电动工具与汽车部件6齿轮保持架(Ford)7汽车发动机用粉末烧结钢零件8汽车变速器系统用粉末烧结钢件9P/F连杆10不锈钢注射成形件3.1成形前原料预处理退火筛分混合制粒加成形剂、润滑剂3.1.1退火退火：

将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。

金属粉末退火的目的：

a.氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量，提高粉末的纯度；

b.消除粉末的加工硬化，稳定粉末的晶体结构；

c.防止超细粉末自燃，将其表面钝化。

加工产品退火的目的：

a.降低硬度，改善切削加工性；

b.消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；

c.细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。

退火温度：

退火气氛：

a.还原性气氛（氢、离解氨、转化天然气或煤气）

b.惰性气氛

c.真空退火退火对成分的影响退火对压制性能的影响3.1.2筛分筛分指把不同粒度的粉末通过网筛或振动筛进行分级，使粉末能够按照粒度分成粒度范围更小的级别。筛分的目的：把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。通常用标准筛网制成的筛子或振动筛来筛分，而对于钨钼等难熔金属的细粉或超细粉末则使用空气分级的方法。在硬质合金生产中，筛分(擦筛)也可以用来制粒。3.1.3混合(1)定义指将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程。有时为了需要也将成分相同而粒度不同的粉末进行混合，这种过程称为合批。(2)分类混合有机械法和化学法两种。其中，用得最广泛的是机械法，即用各种混合机如球磨机、V型混合器、锥形混合器、酒桶式混合器和螺旋混合器等将粉末或混合料机械地掺和均匀而不发生化学反应。机械法化学法（优点）干混：铁基制品、钨粉、碳化钨粉湿混：制备硬质合金液体介质：酒精、汽油、丙酮、水等能使物料中的各组元分布得更加均匀，从而更有利于烧结的均匀化。基体组元的每一颗粉末表面都包覆上了一层金属添加剂，这有利于烧结过程中的合金化。所得的最终产品组织结构较理想,综合性能优良。3.1.4制粒定义：制粒是将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序。目的：改善粉末的流动性应用：在硬质合金生产中，为了便于自动成形，使粉末能顺利充填模腔必须先制粒。设备：能承担制粒任务的设备有圆筒制粒机、圆盘制粒机和擦筛机等，有时，也用振动筛来制粒。工艺：目前，较先进的工艺是喷雾干燥制粒。它是将液态物料雾化成细小的液滴，与加热介质（N2或空气）直接接触后液体快速蒸发而干燥。喷雾干燥制粒工艺原理：喷雾干燥制粒全过程是在密封系统中完成，共分为四个阶段：(1)料浆的雾化；(2)液滴群与加热介质相接触；(3)液滴群干燥；(4)料粒与加热介质分离；工艺优点：该工艺所制得的料粒形状规则，粒度均匀，流动性好，可减少压制废品的出现。(1)成形剂：为提高压坯强度或防止粉末混合料离析，在烧结前或烧结时该物质被除掉，有时也叫粘结剂，如硬脂酸锌、合成橡胶、石蜡等。铁、铜基零件：硬脂酸锌硬质合金：石蜡、合成橡胶、聚乙烯醇、乙二醇等。(2)润滑剂：为了降低成形时粉末颗粒与模壁和模冲间摩擦、改善压坯的密度分布、减少压模磨损和有利于脱模。如石墨粉、硫磺粉。(3)造孔剂烧结中能造成一定孔隙的物质。3.1.5加成形剂、润滑剂(4)选择成形剂、润滑剂的基本条件有较好的粘结性和润滑性能，在混合粉末中容易均匀分散，且不发生化学变化。软化点较高，混合时不易因温度升高而熔化。混合粉末中不致于因添加这些物质而使其松装密度和流动性明显变差，对烧结体特性也不能产生不利影响。加热时，从压坯中容易呈气态排出，并且这种气体不影响发热元件、耐火材料的寿命。(5)加入形式

成形剂通常在混料过程中以干粉末的形式加入，与主要成分的金属粉末一起混合，在某些场合（如硬质合金生产）也以溶液状态加入。3.2金属粉末压制过程3.2.1金属粉末压制现象3.2.2金属粉末压制时的位移与变形3.2.3金属粉末的压坯强度3.2.1金属粉末压制现象压力经上模冲传向粉末时，粉末在某种程度上表现有与液体相似的性质力图向各个方向流动，于是引起了垂直于压模壁的压力——侧压力。粉末在压模内所受压力的分布是不均匀的，这与液体的各向均匀受压情况有所不同。在压制过程中，粉末由于受力而发生弹性变形和塑性变形，压坯内存在着很大的内应力，当外力停止作用后，压坯便出现膨胀现象，这种压坯脱出压膜后发生的膨胀现象称为弹性后效。3.2.2金属粉末压制时的位移与变形

a.粉末的位移当施加外力时，粉末体内的拱桥效应遭到破坏，粉末颗粒彼此填充孔隙，重新排列位置，增加接触。

拱桥效应：粉料自由堆积的空隙率往往比理论计算值大得多，原因是实际粉料不是球形，加上表面粗糙以及附着和凝聚的作用，结果颗粒互相交错咬合，形成拱桥型空间，增大了空隙率。这种现象称为拱桥效应。图3-4粉末位移的形式(a)粉末颗粒的接近；(b)粉末颗粒的分离；(c)粉末颗粒的滑动；(d)粉末颗粒的转动；(e)粉末颗粒因粉碎而产生的移动b.粉末的变形粉末体受压后体积明显减小，除第一阶段的位移外，又发生变形。变形有弹性变形和塑性变形。弹性变形：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。

塑性变形：物质-包括流体及固体在一定的条件下,在外力的作用下产生形变,当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。c.脆性断裂当施加的压力超过强度极限后，粉末颗粒碎裂成更小的碎片，使粉末接触更加紧密。图3-5压制时粉末的变形(a)点接触；(b)面接触；(c)扁平状3.2.3金属粉末的压坯强度1.粉末颗粒之间的联结力大致可分为两种粉末颗粒之间的机械啮合力(主要)粉末颗粒形状越复杂，表面越粗糙，则粉末颗粒之间彼此啮合得越紧密，压坯的强度越高。粉末颗粒表面原子之间的引力在金属晶格结构中，金属原子之间因引力和斥力相等而处于平衡状态，当原子间距小于平衡时的常数值时，原子之间产生斥力；反之，便产生引力。能够产生这种引力的区间称为引力范围。2.压坯强度的测定压坯强度：

指压坯反抗外力作用保持其几何形状和尺寸不变的能力，是反映粉末质量优劣的重要标志之一。测定方法：压坯抗弯强度试验法测定压坯边角稳定性的转鼓试验法圆柱状或轴套形压坯沿其直径方向测试破坏强度(压溃强度)(1)压坯抗弯强度试验法用压坯试样ASTM标准是：宽12.7mm，厚6.35mm,长31.75mm(中国标准：GB5319-85：12×6×30mm)。在标准测定装置上测出破断负荷，根据下列公式计算：抗弯强度与成形压力的关系(2)测定边角稳定性的转鼓试验将直径12.7mm厚6.35mm的圆柱状压坯装入14目的金属网制鼓筒中，以87r/min的转速转动1000转后，测定压坯的质量损失率来表征压坯强度。质量减少率越小，压坯的强度越好。压坯强度与成形压力的关系(3)测试破坏强度(压溃强度)该方法是粉末冶金轴套类零件的特有的强度性能表示方法。3.3压制压力与压坯密度的关系3.3.1金属粉末压制时压坯密度的变化规律3.3.2压制压力与压坯密度的定量关系3.3.1金属粉末压制时压坯密度的变化规律

粉末体受压后发生位移和变形，在压制过程中随着压力的增加，压坯的相对密度出现有规律的变化，通常将这种变化假设为如右图所示的三个阶段：1、密度增加很快粉末颗粒发生位移，填充孔隙，此阶段又称为滑动阶段。2、密度几乎不变密度已达到一定值，粉末体出现了一定的压缩阻力，虽然加大压力，但孔隙度不能减少。3、压坯密度又随之增加成形压力超过粉末的临界应力后，粉末颗粒开始变形3.3.2压制压力与压坯密度的定量关系

压制理论的公式数量不少，但没有一个公式在实践检验中是完全正确无误的。多数理论都把粉末体作为弹性体处理，并且未考虑到粉末在压制过程中的加工硬化，有的作者未考虑到粉末之间的摩擦，而且多数理论全都忽略了压制时间的影响。不言而喻，这些问题都必将影响到压制理论的正确性和使用范围。进一步探索和研究出符合实践并能起指导作用的压制理论是今后粉末冶金工作者急待解决的重要任务之一。a.巴尔申(Balshin)压制方程：式中Pmax——相应于压至最紧密状态（β=1）时的单位压力；L——压制因素；β——坯块的相对体积。巴尔申实验证明：随着压制压力的增加，压制因素增大，临界应力值也发生变化。该公式应用范围小，只能在有限的压力范围内使用，不能在高压下应用。b.Heckel压制方程：式中P——施加的压力；

D——坯块密度；K、B——常数。

Heckel方程可用于不同金属、不同方法生产的粉末。图3-13在低压制力下和P的关系c.日本川北公夫压制理论

经验公式：

式中C——粉末体积减少率；

a、b——系数；

V0——无压时的粉末体积；

V——压力为P时的粉末体积。图3-14粉末体积减少率和压力之间的关系3.4压制过程中力的分析通常所说压制力均指平均压力，实际上同一断面内，靠近模壁和中间部位、坯块上、中、下部位所受力均不相同。力包括正应力、侧压力、摩擦力、弹性内应力、脱模压力等。作用在粉末体上的力：P=P1+P2P1——静压力，使粉末产生位移、变形、克服粉末的内摩擦；

P2——压力损失，克服粉末颗粒与模壁之间的外摩擦力。侧压力外摩擦力脱模压力弹性后效3.4.1侧压力粉末体在模具内受压时，坯块向周围膨胀，模壁给坯块一个大小相等、方向相反的反作用力，这个力就是侧压力。侧压力的存在，使粉末体在压制过程中相对于模壁运动时产生摩擦力。图3-16双向压制示意图图3-15坯块受力示意图侧压力与压制压力的关系：当坯块受到正压力P作用时，在x轴方向产生膨胀△Lx1，y轴方向的侧压力也使坯块沿x轴方向膨胀△Lx2，x轴方向的侧压力使坯块沿x轴方向压缩△Lx3，实际上，坯块在模具内不能向侧向膨胀，因此：△Lx3=△Lx2+△Lx1，可得：ξ—侧压系数；ν——泊松比。

同理，沿y轴方向也可导出相同公式。侧压力公式未考虑塑性变形、粉末特性、模壁变形等，因此只是一个估算值。侧压系数与坯块密度的关系：式中ζ——达到理论密度时的侧压系数；ρ——坯块相对密度。从图可看出：坯块的不同高度上侧压力不同，上层：下层：图3-17侧压力示意图3.4.2外摩擦力

外摩擦与压制压力摩擦力：粉末体在压制过程中，运动的粉末与模壁之间存在摩擦现象，摩擦产生的力称为摩擦力。单向压制时，其方向与压制方向相反。

式中μ——摩擦系数。外摩擦力（摩擦压力损失）：式中P′——模底受到的力;P——压制压力;H——坯块高度；D——坯块直径。如考虑弹性变形，则：图3-18单向压制示意图摩擦压力损失与坯块尺寸的关系：

单向压制只有一个活动模冲，通常是上模冲动，下模冲不动。坯块高度越高，坯块上下密度差越大，原因是摩擦压力损失的存在。

为了减小坯块上下密度差，单向压制只压制比较薄的坯块。即

或图3-19密度变化摩擦力对压制过程及压坯质量由于外摩擦力的方向与压制压力的方向相反，所以它的存在实际上是无益地损耗了一部分压力。由于外摩擦力的存在，将引起压制压力的不均匀分布。由于外摩擦力的存在，将阻碍粉末体在压制过程中的运动，特别是对于复杂形状制品，摩擦力的存在将严重影响粉末体顺利填充那些棱角部位，而使压制过程不能顺利完成。脱模压力指把坯块从模具内取出所需的压力。压制铁粉：压制硬质合金：脱模压力与压制力的关系：氧化镁脱模压力与压制力的关系：式中P——压制压力；D——坯块直径；D——坯块高度；C——模具质量的特征系数；m——常数。3.4.3脱模压力加载（或卸载）后经过一段时间应变才增加（或减小）到一定数值的现象。压制过程中，当卸掉压制力并把坯块从模具内取出后，由于弹性内应力的作用，坯块发生弹性膨胀，这种现象称为弹性后效。式中δ—沿坯块高度或直径的弹性后效；

l0——坯块卸压前的高度或直径；

l——坯块卸压后的高度或直径。图3-20各种粉末的弹性后效3.4.4弹性后效弹性后效原因粉末体弹塑性变形内部聚集很大的弹性内应力，力图阻止颗粒变形受压压制压力消除弹性内应力便要松弛，压坯发生膨胀。弹性后效影响因素粉末种类及其粉末特性—粉末粒度及粒度组成粉末颗粒形状、硬度压制压力大小及加压速度压坯孔隙度压模材质或结构成形剂粉末种类对弹性后效的影响各种粉末的弹性后效由图可知：各种铁粉和铜粉因其颗粒的表面形状、内部结构或纯度不同等对可塑性的影响不同，因而应力的消除或弹性应变的回复就不同，弹性后效也就不同。弹性后效特点

1)压坯的弹性后效有各向异性的特点

轴向压力

>

侧压力弹性后效高度

>

横向5~6%1~3%

2)受颗粒形状、结构、粒度等影响

电解铁粉<

还原铁粉

<喷雾铁粉3.5坯块密度及其分布压制过程的主要目的是得到一定的坯块密度，并力求密度均匀分布，但实践证明，坯块密度分布不均匀是压制过程的主要特征之一。液体在模具内经受流体静压力后，压力传递到模具的任何一个面，即液体力图向各个方向流动，而粉末在模具中压制时，主要是在施加力的方向上移动。压坯密度分布规律影响压坯密度分布的因素复杂形状压坯的压制3.5.1坯密度的分布情况

(1)在与模冲相接触的压坯上层，密度是从中心向边缘逐步增大的，顶部的边缘部分密度最大；(2)在压坯的纵向层中，密度沿着压坯高度从上而下降低；(3)在靠近模壁的层中，由于外摩擦的作用，轴向压力的降低比压坯中心大得多，以致在压坯底部的边缘密度比中心的密度低。因此，压坯下层的密度分布状况和上层相反。高度:(1)密度和硬度沿着压坯高度从上而下降低(上大下小)

(2)接近上模冲的断面，密度分布是两边大中间小水平面：压坯底部中间大两边小。(在靠近模壁的层中，由于外摩擦的作用，轴向压力的降低比压坯中心大得多)压坯的密度分布，在高度方向和横断面上，是不均匀的。主要原因—压力损失

前面已经谈到，压制时所用的总压力为净压力与压力损失之和，而这种压力损失就是在普通钢模压制过程中造成压坯密度分布不均匀的主要原因。主要影响因素—H/D（压坯高径比）

实践证明，增加压坯的高度会使压坯各部分的密度差增加；而加大直径则会使密度的分布更加均匀。即高径比越大，密度差别越大。为了减少密度差别，降低压坯的高径比是适宜的。因为高度减少之后压力沿高度的差异相对减少了，使密度分布得更加均匀。3.5.2压坯密度分布不均匀的原因和影响因素3.5.3复杂形状压坯的压制

历史上在自动压机上压制的第一种产品是药丸，药粉计量后倒入模腔，压制和挤出自动进行，在药丸机上压制的第一种粉末冶金制品是自润滑轴承，药丸机被重新设计后既能在高压下操作，又能压制复杂的金属结构件。

a.单向压制的简单零件

单向压制只有一个活动的模冲，通常是上模冲动，下模冲不动，用于压制H/D＜1的坯块。单向压制只在一个面上施加压力，对圆柱体则为上表面，密度从上到下逐渐减小，由于零件比较薄，密度变化在允许范围内。图3-27单向压制可压制的零件Die：固定到压机台面上的模具；Corerod：与模具内径同轴的固定芯杆；Upperpunch:固定到压机压头上的空心上模冲；Lowerpunch:固定到压机下压头上的空心上模冲。图3-28压制短套筒的模具组成图3-29用下模冲脱模的单向压制操作步骤b.双向压制的简单零件双向压制可压制高度与直径比或高度与壁厚比较大且状较复杂的零件。从图看出，上下模冲同时运动，且坯块高度增加。图3-30用下模冲脱模的双向压制操作步骤c.双向压制下表面具有两个不同平面的零件

下图是一带凸缘的零件，下表面有两个面，一个小圆，一个空心圆，这类零件只能由下模冲将其推出模腔。成形采用组合模冲，一个上模冲，两个下模冲。为了保证整个零件密度分布均匀，两个下模冲运动调节一致。图3-33具有两个不同平面的零件下表面具有两个不同平面零件的压制过程：图1装满粉末；图2上模冲放入模腔，上面不同方向的剖面线代表上模冲，中间黑体部分是要压制的粉末部分，下面两边上同方向剖面线表示下模冲，中间黑体下部另一方向剖面线部分是内下模冲；图3表示压制结束；图4上模冲移走，下模冲往上推，直到外下模冲与模具平齐，此时凸缘部分已离开模腔，图5外下模冲不动，内下模冲向上推，零件脱模；图6压制好的零件。图3-34带凸缘零件的压制d.双向压制多面体零件

多面体零件通常形状复杂，且有一个上表面，多个下表面，即需要一个上模冲，多个下模冲。压制时，要保证整个坯块密度相同，否则脱模过程中密度不同的衔接处会由于应力的重新分布而产生断裂或分层。设计不同动作的多模冲模具时，要求各模冲的压缩比相同，目的是使复杂形状坯块密度相同。压制过程中要考虑各个模冲的弹性偏差，并平衡弹性偏差。偏差的计算由计算机完成，整个压制过程由微信息处理机控制，可得到好的零件。压缩比：松散粉末体与坯块截面高度之比图3-35涡轮机轮毂图3-37复杂形状坯块的压制(a)、(b)坯块形状；©、(d)简单模冲压制及坯块密度分布；(e)多模冲压制示意图及坯块密度分布e.复杂形状坯块压制

f.具有曲面坯块的压制实际生产中，会遇到表面是曲面的零件，这种零件在自动压机中可以压制，但要保证均匀密度比较难，因为松散粉末体与坯块厚度的比率不同。自动压机可提供水平装满和非水平装满，往模腔装粉末时，上表面可装成曲面，但曲面上密度的一致性难以预测。

假设结论：假设粉末颗粒不仅在施加力的方向上运动，同时也有一定量的侧向运动，这样，密度变化取决于曲面的半径，半径越大，密度变化越小。若根据压缩比来衡量，则压缩比越大，密度变化越小。大多数情况下密度变化在可接受的范围内，即密度的变化不影响零件的使用，特殊情况下，不均匀的密度分布可通过烧结、再压，使密度分布均匀。图3-38曲面坯块的压制

减小密度分布不均匀现象的措施：

a.压制前对粉末进行还原退火处理，消除粉末的加工硬化，减少杂质含量，提高粉末的压制性能；

b.加入适当的润滑剂或成形剂，如铁基零件加硬脂酸锌、机油等，硬质合金加橡胶汽油溶液或聚乙烯等塑料溶液；

c.改进加压方式，根据坯块高度、直径或厚度的比值设计不同类型的模具；

d.改进模具构造，或适当变更坯块形状，使不同横截面的连接部位不出现急剧的转折。（1）使用成形剂的目的促进粉末颗粒变形，改善压制过程，降低单位压制压力；提高坯块强度，减少粉尘飞扬，改善劳动条件；由于减少了摩擦压力损失，坯块密度及其分布均匀性提高；提高模具寿命。表3-1成形剂对模具寿命的影响3.6成形剂（2）成形剂的选择原则成形剂不改变粉末的化学成分，烧结过程中全部排出，放出的气体对人体无害；成形剂具有好的分散性能，具有适当的粘性和良好的润滑性，且易于和粉末料混合均匀；成形剂对粉末的松装密度和流动性影响不大，其软化点应高，以防混合过程中温升而熔化；烧结后对产品性能和外观等无不良影响；成本低，来源广。不同金属粉末选用不同物质作成形剂。铁基粉末制品：硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钡、硬脂酸锂、硬脂酸钙、硬脂酸铝、硫磺、二硫化钼、石墨粉和机油等。硬质合金：合成橡胶、石蜡、聚乙烯醇、乙二酯和松香等。其他成形剂：淀粉、甘油、凡士林、樟脑及油醇等。

成形剂加入方法：干混：成形剂直接以粉末状与金属一起混合；

湿混：成形剂先溶于水、酒精、汽油、丙酮、苯及四氯化碳等液体中，然后加入到粉末中混合，干燥时挥发掉。(3)成形剂种类(4)成形剂用量及效果

成形剂是一种表面活性物质，加入后要使每个颗粒表面形成一层单分子层薄膜，因此，其用量与粉末种类、粒度大小、压制压力、摩擦表面及成形剂本身的性质有关。粒度：细颗粒粉末成形剂加入量多于粗颗粒粉末。表3-2粒度与成形剂用量的关系表3-3成形剂性质与用量的关系坯块形状因素：指摩擦表面积与横截面积之比，成形剂加入量与形状因素成正比。横截面积一定，坯块高度越高，所需成形剂量越多。图3-39形状因素对成形剂加入量的影响1—0.5；2—1.0；3—2.0；4—2.4；5—8.0成形剂粒度对粉末流动性、松装密度的影响图3-40成形剂粒度对粉末流动性、松装密度的影响(a)成形剂对流动性的影；(b)成形剂对松装密度的影响成形剂加入量对坯块密度和脱模压力的影响；成形剂对烧结体抗弯强度的影响图3-41成形剂加入量对坯块密度和模压力的影响1—压制压力832MPa；2—压制压力412MPa；3—压制压力206MPa；a、b、c与上述压力相对应的脱模压力图3-42成形剂对烧结体抗弯强度的影响1—无润滑剂；2—硬脂酸铜（1.25%）;3—硬脂酸钡(0.75%);4—硬脂酸锌(1.25%);5—硬脂酸（1%）；6—硬脂酸锂（1%）；7—硬脂酸钙（1.25%）

（5）润滑方式对坯块密度的影响成形压力较低时，润滑粉末比润滑模具得到的坯块密度大；成形压力较高时，润滑粉末比润滑模具得到的坯块密度小。图3-43润滑方式对坯块密度的影响成形剂的不足之处：a.成形剂本身占有一定体积，使坯块密度减小，不利制备高密度制品；b.压制过程中因成形剂的阻隔，金属粉末之间的相互接触程度降低，从而降低了某些坯块的强度；c.成形剂在烧结前或少接种排出，可能损伤烧结体的外观，排出的气体可能影响炉子寿命，污染空气；d.如成形剂与金属粉末起作用，将降低烧结制品的力学性能；e.成形剂与金属粉末比重不同，加入成形剂降低了粉末本身的流动性。3.7压制废品的种类（1)分层沿坯块的棱边向内部发展的裂纹，与受压面呈450角的整齐界面。分层原因：弹性后效。压制压力过高，易引起分层。因为压制压力过高，坯块密度过高，其弹性后效明显增大。图3-44压制分层

(2)裂纹裂纹不同于分层，一般是不规则的，且无整齐界面。裂纹可以是纵向，也可以是横向，或任意方向。

裂纹原因：弹性后效。当坯块脱模时中间停顿、坯块脱出部分产生弹性膨胀，而未脱出部分仍受到压缩，产生压应力，致使痞块产生裂纹。图3-45压制裂纹

(3)掉边掉角原因是坯块强度、密度未达到要求，或脱模过程和搬运过程操作不当。

(4)坯块密度分布不均匀原因是装料不均，操作不慎。其他缺陷如划伤多为模具软或光洁度差的缘故。毛刺过大和同轴度超差大多为模具尺寸精度低、配合间隙过大引起。3.8影响压制过程和坯块质量的因素(1)粉末性能a.

粉末物理性能软金属粉末压制时密度易达到，硬金属粉末需用成形剂；压制硬金属粉末时对模具的磨损大于软金属粉末。b.粉末粒度及粒度组成粉末越细，流动性越差，填充模腔边角处越困难，越易形成拱桥效应。细粉末松装密度低，在模具中充填容积大，使压制过程模冲的运动距离与粉末之间的内摩擦力均增加，压力损失增大，密度分布不均匀。粒度组成合理的粉末在压制过程中小颗粒填充大颗粒之间的孔隙，因此坯块密度、强度提高，弹性后效减小，密度分布合理。c.粉末纯度粉末纯度越高，压制越易进行。粉末中杂质大多是硬而脆的氧化物，其存在使粉末压制阻力增加，压制性能变坏，坯块的弹性后效增大。

d.粉末颗粒形状球形粉末流动性好，易于充填模腔坯块密度分布均匀；不规则粉末充填模腔困难，易产生拱桥效应，但坯块强度高，成形性好。e.粉末松装密度松装密度小，模具高度和模冲长度增加，坯块密度分布不易均匀，但坯块强度高。松装密度大，利于压制长而高的坯块。

(2)成形剂

金属粉末压制时，模壁与粉末之间、粉末与粉末之间产生摩擦，使压力和密度分布不均匀，加入成形剂可改变这种状况。

(3)压制方式

a.加压方式

单向压制、双向压制、多向压制或组合模冲。

b.加压速度

粉末体受到高速冲击负荷时，坯块致密化过程不同于静压。加压过快，影响粉末颗粒间的摩擦状态和加工硬化程度及空气从粉末颗粒孔隙中逸出。因此，压制过程以静压（缓慢加压）状态进行。

c.加压保持时间金属粉末压制过程中，施加的压力达一定值后保持一定时间，坯块密度提高。

d.振动压制

采用机械、电磁、气动或超声振动，有利于坯块的致密化。但振动压制噪音大，对人体有害，对设备的设计和材质要求较高。

e.磁场

主要针对磁性材料。在普通压制的基础上加一个外磁场，利用粉末的磁各向异性，使自由旋转颗粒的易磁化方向旋转到与外加磁场一致，在材料中产生一种与单晶体磁状态几乎相同的组织。图3-46磁场压制模具结构图(a)平行加压方式；(b)垂直加压方式

（1）等静压成形

基本原理：借助高压泵的作用把流体介质（气体或液体）压入耐高压的钢体密封容器内，高压流体的静压力直接作用在弹性模具内的粉末上，使粉末体在同一时间内各个方向均衡受压，获得密度分布均匀、强度较高的坯块。

成形模具：弹性模具图3-47等静压原理图1—排气阀；2—压紧螺母；3—顶盖；4—密封圈；5—高压容器；6—橡皮塞；7—模套；8—压制坯料；9—压力介质入口

3.9特殊成形

弹性模具本身受压缩的变形与粉末颗粒受压基本一致。因此，弹性模具与所接触的粉末之间不会产生明显的相对运动，外摩擦力很小。等静压制过程中流体介质传递压力是各向相等的，静摩擦力在坯块的纵断面上任一点均相同，坯块密度分布沿纵断面是均匀的。在坯块同一横断面上，由于粉末颗粒间的内摩擦作用，坯块密度从外向内逐渐降低，但变化不大。图3-48不同直径坯块的密度分布冷等静压制流程图3-49冷等静压制流程图

冷等静压制步骤：

a.模具材料的选择及制作。不同粉末选择不同压力、不同的模具材料；

b.粉末料的准备。粉末流动性、松装密度、振实密度、粒度分布；

c.装料、密封、抽气。模具袋内粉末要求装满，为防止压制过程中气体难以从模具中逸出，先抽出气体，然后用橡胶塞塞紧袋口，再用金属丝扎紧密封。

d.压制和脱模。经密封、抽气后的模具袋套上多孔金属管，放置在高压容器内，加压压制，保压后缓慢卸压，脱模取出坯块。

湿袋模具：模具浸泡在液体压力介质中经受高压泵注入的高压液体进行压制。

干袋模具：利用气体作为介质压制，坯块取出后，模具仍留在容器内待用。图3-50湿袋模具压制1—排气囊；2—压紧螺帽；3—压力塞；4—金属密封圈；5—橡皮塞；6—软模；7—穿孔金属套；8—粉末料；9—高压容器10—高压液体；11—棉花图3-51干袋模具压制1—上顶盖；2—螺栓；3—筒体；4—上垫；5—密封垫；6—密封圈；7—套板；8—干袋；9—模芯；10—粉末软模压制

刚性模具中装入塑料模具，塑料模腔为异形，粉末装入塑料模腔，可压制异形坯块。软模材料：聚氯乙烯塑料图3-52软模成形示意图1—钢模冲头；2—钢模筒；3—塑料垫片；4—塑料软模；5—粉末料；6—下塑料垫片；7—钢模下垫（