三、成形 粉末冶金材料加工的两个基本过程 金属粉末 小部分直接应用 隐形涂料 Fe,Ni粉末 食品医药 超细铁粉.

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1 三、成形 粉末冶金材料加工的两个基本过程 金属粉末 小部分直接应用 隐形涂料 Fe,Ni粉末 食品医药 超细铁粉

2 三、成形 涂料 汽车用Al粉, 变压器用超细铜粉 自发热材料(取暖和野外食品自热) 超细Fe粉 固体火箭发动机燃料 超细Al, Mg粉等
金刚石合成粉末触媒 Fe-Ni合金粉末 电子焊料(solder) Cu合金粉末 焊料 细铁粉 ……

3 三、成形 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 三、成形 轿车部件

5 三、成形 电动工具与汽车部件

6 三、成形 齿轮保持架(Ford)

7 三、成形 汽车发动机用粉末烧结钢零件

8 三、成形 汽车变速器系统用粉末烧结钢件

9 三、成形 P/F连杆

10 三、成形 不锈钢注射成形件

11 三、成形 成形和烧结过程 控制粉末冶金材料及其部件的微观结构 主宰着粉末材料及其部件的应用

12 三、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。

13 三、成形 1.成形前原料准备 （1）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。

14 三、成形 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

15 三、成形 （2）混合 a.混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合 b. 将相同成分而粒度不同的粉末混合（合批）
混合方法：机械法（干混、湿混）和化学法 机械法：干混用于生产铁基制品；湿混用于生产硬质合金。混料设备有 球磨机、V型混合器、锥形混合器、酒桶式混合器、螺旋混合器等。湿混 介质要求不与物料发生化学反应，沸点低易挥发，无毒性，来源广，成本 低，常用酒精、汽油、丙酮等。 化学法：将金属或化合物粉末与添加的金属盐溶液均匀混合，或各组元 全部某种盐的溶液形式混合，然后经沉淀、干燥和还原等处理而得到均匀 布的化合物。化学法用于制取钨-铜-镍高密度合金，铁-镍磁性材料，银- 钨触头合金等混合物原料等

16 三、成形 干混法：铁基及其它粉末冶金零件的生产 湿磨法：硬质合金或含易氧化组份合金的生产 WC与Co粉之间除产生一般的混合均匀效果
发生显著的细化效果 一般采用工业酒精作为研磨介质

17 三、成形 湿磨的主要优点 有利于环境保护 无粉尘飞扬和减轻噪音 提高破碎效率，有利于粉末颗粒的细化 保护粉末不氧化

18 三、成形 混合均匀程度和效率取决于 粉末颗粒的尺寸及其组成 颗粒形状 待处理粉末组元间比重差异 混合设备的类型 混合工艺

19 三、成形 装料量 球料比 转速 研磨体的尺寸及其搭配 对于给定的粉末和混合设备，最佳混合工艺一般采用实验加以确定

20 三、成形 化学法混合 化学法混合较机械法更为均匀,可以实现原子级混合
W-Cu-Ni包覆粉末的制造工艺 W粉+Ni(NO3)2溶液→混合→热解还原（ ℃） →W-Ni包覆粉 + CuCl2溶液→混合→热解还原（ ℃） →W-Cu-Ni包覆粉末

21 三、成形 无偏聚粉末 消除元素粉末组元（特别是轻重组元）间的偏析 粉末混合与输运过程

22 三、成形 （3）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。 （4）制粒
制粒指将小颗粒粉末制成较大颗粒或团粒，目的是改善粉末的流动性。 图3-1制粒设备 1—入料口；2 —链轮；3 —轮箍；4 —滚筒；5 —出料口；6 —擦筛机；7 —料筒； 8 —电机；9 —托轮；10 —倾斜旋转圆盘；11 —转轴；12 —传动轴；13 —机座

23 三、成形 细小颗粒或硬质粉末 为了成形添加成形剂 改善流动性添加粘结剂 进行自动压制或压制形状较复杂的大型P/M制品 粉末结块 原理
借助于聚合物的粘结作用将若干细小颗粒形成团粒

24 三、成形 减小团粒间的摩擦力 大幅度降低颗粒运动时的摩擦面积 制粒方法 擦筛制粒 旋转盘制粒 挤压制粒 喷雾干燥

25 三、成形 (5) 成形剂和润滑剂 成形剂 场合 ①硬质粉末：如硬质合金,陶瓷等 粉末变形抗力很高
难以通过压制所产生的变形而赋予粉末坯体足够的强度 添加成形剂的方法以提高生坯强度，利于成形

26 三、成形 ②流动性差的粉末 细粉或轻质粉末 粘结剂作用 适当增大粉末粒度，减小颗粒间的摩擦力 改善粉末流动性,提高压制性能
②流动性差的粉末 细粉或轻质粉末 粘结剂作用 适当增大粉末粒度，减小颗粒间的摩擦力 改善粉末流动性,提高压制性能 橡胶、硬脂酸、石蜡、SBS 、PEG、PVA等

27 三、成形 选择准则 能赋予待成形坯体以足够的强度 易于排除 成形剂及其分解产物不与粉末发生反应 分解温度范围较宽 分解产物不污染环境

28 三、成形 润滑剂 ↓粉末颗粒与模壁间的摩擦 压坯密度分布不均匀 影响被压制工件的表面质量 降低模具的使用寿命

29 三、成形 粉末压制用的润滑剂 硬脂酸 硬脂酸锌 工业润滑蜡 (二硫化钼、石墨粉、硫磺粉也可起润滑作用)

30 三、成形 粉末内润滑 润滑剂直接加入粉末中 铁基粉末 润滑剂含量提高0.1% 坯件的无孔隙密度下降0.05g/cm3 模壁润滑 静电喷涂
铁基粉末 润滑剂含量提高0.1% 坯件的无孔隙密度下降0.05g/cm3 模壁润滑 静电喷涂 溶液涂敷

31 三、成形 2. 金属粉末压制过程 2.1金属粉末压制现象
压模压制是指松散的粉末在压模内经受一定的压制压力后，成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。图3-1是压模示意图。 图3-1 压模示意图

32 三、成形 2 致密化现象 2.1 致密化 压力作用下 松散状态→拱桥效应的破坏（位移→颗粒重排）+颗粒塑性变形→孔隙体积收缩→致密化
颗粒间由于摩擦力的作用而相互搭架形成拱桥孔洞的现象 影响因素 与粉末松装密度、流动性存在一定联系

33 三、成形 颗粒形状 粒度及其组成 颗粒表面粗糙度 颗粒比重（含致密程度） 颗粒表面粘附作用（颗粒的磁性、陶瓷颗粒的静电、液膜存在）

34 三、成形 颗粒滑动与转动阻力的影响因素 颗粒形状 粒度组成 表面粗糙度 颗粒间润滑状态

35 三、成形 塑性变形阻力的影响因素 颗粒的显微硬度 合金化 酸不溶物 氧化物 颗粒本质 原子间作用力 加工硬化速度（晶体结构） 颗粒形状
粉末粒度 压制速度

36 三、成形 弹性后效 反致密化现象 压坯脱出模腔后尺寸胀大的现象 残留内应力释放的结果 弹性后效与残留应力相关 压制压力 粉末颗粒的弹性模量

37 三、成形 粉末粒度组成（同一密度） 颗粒形状 颗粒表面氧化膜 粉末混合物的成份 石墨含量

38 三、成形 2.2粉末颗粒变形与位移的几种形式 （1）粉末的位移 可用图3-2所示的两颗粉末来近似地说明。 图3-2 粉末位移的形式

39 三、成形 位移方式：滑动与转动 颗粒重排列

40 三、成形 影响因素 粉末颗粒间内摩擦 表面粗糙度 润滑条件 颗粒的显微硬度 颗粒形状 颗粒间可用于相互填充的空间（孔隙度） 加压速度

41 三、成形 （2）粉末的变形 变形有三种情况，即弹性变形、塑性变形和脆性断裂。粉末的变形图3-3所示。 图3-3 压制时粉末的变形

42 三、成形 弹性变形 颗粒间的接触应力≤材料弹性极限 塑性变形 颗粒接触应力≥金属的屈服强度 点接触处局部→面接触处局部→整体 断裂

43 三、成形 脆性粉末 点接触应力>断裂强度→断裂 塑性粉末 点接触应力>屈服强度 →塑性变形 →加工硬化 →脆化→断裂

44 三、成形 2.3金属粉末的压坯强度 压坯强度是指压坯反抗外力作用，保持其几何形状尺寸不变的能力。压坯强度的测定方法主要用：压坯抗弯强度试验法，测定压坯边角稳定性的转鼓试验法以及测试破坏强度的方法。电解铜粉和还原铁粉压坯的抗弯强度与成形压力的关系如图3-4和图3-5所示。 图3-4电解铜粉压坯的抗弯强度与成形压力的关系 图3-5还原铁粉压坯的抗弯强度与成形压力的关系

45 三、成形 表征压坯抵抗破坏的能力，即颗粒间的粘结强度 影响因素 本征因素
颗粒间的结合强度（机械啮合mechanical interlocking）和接触面积

46 三、成形 颗粒间的结合强度 颗粒表面的粗糙度 颗粒形状 颗粒表面洁净程度 压制压力 颗粒的塑性

47 三、成形 硬脂酸锌及成形剂添加与否 高模量组份的含量

48 三、成形 颗粒间接触面积 即颗粒间的邻接度 颗粒的显微硬度 粒度组成 颗粒间的相互填充程度 压制压力 颗粒形状

49 三、成形 压坯密度分布的均匀性 粉末的填充均匀性 粉末压坯的弹性后效 模具设计的合理性 过高的压制压力 表征方法
外在因素：残余应力大小 压坯密度分布的均匀性 粉末的填充均匀性 粉末压坯的弹性后效 模具设计的合理性 过高的压制压力 表征方法 抗弯强度或转鼓试验的压坯重量损失

50 三、成形 3. 压制压力与压坯密度的关系 3.1金属粉末压制时压坯密度的变化规律 a.粉末颗粒发生位移，填充孔隙，施加压力，密度增加很快；
b.密度达到一定值后，粉末体出现一定压缩阻力，由于位移大大减少，而变形尚未开始，压力增加，但密度增加很少； c.当压力超过粉末颗粒的临界应力时，粉末颗粒开始变形，使坯块密度继续增大。 图3-6 压坯密度与成形压力的关系

51 1—电解钍粉；2—钙热还原钍粉；3—还原锆粉；
三、成形 图3-11坯块相对密度与压制压力的关系 1—银粉；2—涡旋铁粉；3—铜粉； 4—还原铁粉；5—镍粉；6—鉬粉 图3-12坯块相对密度与压制压力的关系 1—电解钍粉；2—钙热还原钍粉；3—还原锆粉； 4—研磨铍粉；5—氢化物离解铀粉； 6—硼化钛粉；7—铬粉

52 三、成形 3.2压制压力与压坯密度的定量关系 常用力学模型 理想弹性体-虎克体（H体） σ=Mε 理想流体-牛顿体（N体） σ=ηdε/dt
线弹-塑性体-Maxwell体（M体）：H体与N体串联 σT=σ1+σ2 εT=ε1+ε2 线弹性体-Kelvin体（K体）：H体与N体并联 εT=ε1=ε2 σ=M(ε+τ2dε/dt) τ2应变驰预时间

53 三、成形 基本假设 将粉末体视为弹性体 不考虑粉末的加工硬化 忽略模壁摩擦 式中Pmax——相应于压至最紧密状态（β=1）时的单位压力；
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。 基本假设 将粉末体视为弹性体 不考虑粉末的加工硬化 忽略模壁摩擦

54 三、成形 适应性 硬质粉末或中等硬度粉末在中压范围内压坯密度的定量描述 在高压与低压情形下出现偏差的原因: 低压
粉末颗粒以位移方式填充孔隙空间为主 粉末体的实际压缩模量高于计算值（即理论值），产生偏高现象 高压 粉末产生加工硬化现象和摩擦力的贡献大，导致实际值低于计算值

55 三、成形 （2）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

56 三、成形 （3）黄培云压制理论方程 黄培云采用标准非线性固体模型对粉末压制成形提出一种新的压制理论公式. ε=σon /M
lgln[ρ(ρm-ρo)/(ρm-ρ)ρo] =nlgP-lgM 最初形式 n=硬化指数的倒数 M=压制模量 对原模型进行修正，并采用模型 ε=（σo /M）1/m

57 三、成形 mlgln[ρ(ρm-ρo)/(ρm-ρ)ρo] =lgP-lgM m=粉末压制过程的非线性指数 硬化趋势的大小
晶体结构，粉末形状、合金化等相关 适应性 硬质或软质粉末均有效

58 三、成形 比较上述各压制方程可以看出： 在多数情况下，黄培云的双对数方程不论硬、软粉末适用效果都比较好。
巴尔申方程用于硬粉末比软粉末效果好。 川北公夫方程则在压制压力不太大时较为优越。

59 三、成形 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+P2 P1——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。

60 三、成形 a.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3-15坯块受力示意图 图3-16双向压制示意图

61 三、成形 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， 根据图3-19知，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。

62 三、成形 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

63 三、成形 b.外摩擦力 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

64 三、成形 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

65 三、成形 c.脱模压力 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；H——坯块高度； C——模具质量的特征系数；m——常数。

66 三、成形 d.弹性后效 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

67 三、成形 5. 压制密度及其分布 5.1压坯密度分布规律
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。 图3-21密度变化

68 三、成形 图3-23密度变化

69 三、成形 D 模=20mm H/D=0.87 P压=686MPa 从上向下单向压制 从图可看出，密度最大的地方 在顶部外圆周，最小的地方在
底部外圆周，在圆柱体表面附 近，密度从高到低逐渐降低。 图3-25镍粉坯块的密度分布

70 三、成形 5.2影响压坯密度分布的因素 实验证明，增加压坯的高度会使压坯各部分的密度差增大，而加大直径则会使密度的分布更加均匀。压坯中密度分布的不均匀性，在很大程度上可以用双向压制来改善。在双向压制时，与上、下模冲接触的两端密度较低（图3-15）。 图 单向压制与双向压制的压坯密度沿高度方向的分布

71 三、成形 5.3复杂形状压坯的压制 a.单向压制的简单零件
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。

72 三、成形 图3-27单向压制可压制的零件

73 三、成形 Die ： 固定到压机台面上的模具； Core rod： 与模具内径同轴的固定芯杆； Upper punch:
固定到压机压头上的空心上模冲； Lower punch: 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

74 三、成形 图3-29用下模冲脱模的单向压制操作步骤

75 三、成形 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形状较复杂的零件。 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

76 三、成形 Ⅰ弹簧底座双向压制系统 模具底面固定在弹簧上，可上下浮动，上模冲运动进入模腔时，粉末
与模具内表面产生摩擦，使模具下表面向下运动，抵抗弹簧的弹力，效 果与下模冲向上运动相同。 图3-31弹簧底座下模冲脱模步骤

77 三、成形 Ⅱ下模冲不动双向压制 模具底面固定在液压缸上，取代了由下模冲推出坯块的系统。下模冲
安装在基础平台上，压制循环过程中不运动，模具安装在模具平台上。 上模冲进入模腔后，模冲与模具平台一起向下运动，下模冲不动。压制 结束后，上模冲向上运动，模具平台和下连接器向下运动，直到坯块脱 出。

78 三、成形 图3-32下模冲不动双向压制脱模步骤

79 三、成形 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

80 三、成形 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

81 三、成形 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

82 三、成形 图3-36压制过程中系统部件的10个位置

83 (a)、(b)坯块形状；©、(d)简单模冲压制及坯块密度分布；
三、成形 e.复杂形状坯块压制 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

84 三、成形 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。

85 三、成形 图3-38曲面坯块的压制

86 三、成形 6.影响压制过程和坯块质量的因素 a. 粉末物理性能
6.1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。

87 三、成形 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。

88 三、成形 6.2成形剂和润滑剂 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。
使用成形剂的目的有： a 促进颗粒变形，改善压制过程，降低单位压制力； b 提高压坯强度，减少粉尘飞扬，改善劳动条件； c 提高压坯密度的均匀性，改善压坯表面质量； d 可明显提高压模寿命等等。

89 三、成形 成形剂的选择原则 选择成形剂的原则有以下几个方面：
（1）成形剂的加入不会改变混合料的化学成分；成形剂在随后的预烧或烧结过程中能全部排除，不残留有害物质；所放出的气体对人体无害。 （2）成形剂应具有很好的分散性能；具有较好的粘性和良好的润滑性；并且易于和粉末料混合均匀。 （3）对混合后的粉末松装密度和流动性影响不大；除特殊情况外其软化点应当高，以防止混合过程中的温升而熔化。 （4）烧结后对产品性能和外观等没有不良影响。 （5）成本低，来源广。

90 三、成形 成形剂种类 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。

91 三、成形 成形剂的用量及效果 成形剂的加入量与粉末种类、颗粒大小、压制压力以及摩擦表面有关，并与成形剂本身的性质有关。一般说来，细颗粒粉末所需的成形剂加入量比粗粒度粉末的量要多一些。成形剂的加入随压坯形状因素的不同而不同（图3-18）。由图可知，成形剂的加入量与形状因素成正比。 图3-18 形状因素对成形剂加入量的影响

92 三、成形 加入不同粒度的成形剂对粉末流动性、松装密度和脱模压力的影响如图3-19和图3-20所示。成形剂的加入量还影响压坯密度和脱模压力（图3-21）。图3-22是成形剂对烧结体的抗弯强度的影响。 图 成形剂粒度对粉末流动性和松装密度的影响

93 三、成形 图 成形剂粒度对脱模压力的影响

94 三、成形 图 成形剂加入量对涡旋铁粉 图 成形剂对烧结体抗弯强度的影响 压坯密度和脱模压力的影响

95 三、成形 从图3-19～ 图3-22可知，加入成形剂对压坯质量和烧结性能都有影响，因此应从多方面综合考虑正确地选择和使用成形剂。
由上分析，也可不把成形剂加入混合料中而直接润滑压模。常用润滑压模地润滑剂有：硬脂酸、硬脂酸盐类、丙酮、苯、甘油、油酸、三氯乙烷等。图3-23为不同润滑方式对压坯密度的影响。 图 不同润滑方式对压坯密度的影响

96 三、成形 6.3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。

97 c.加压保持时间 三、成形 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。

98 三、成形 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

99 三、成形 7. 压制废品分析 （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

100 三、成形 (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

101 三、成形 (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。

102 三、成形 8. 特殊成形 8.1等静压成形 等静压制的基本原理 （A）压力分布和摩擦力对压坯密度分布的影响 （B）压制压力与压坯密度的关系
等静压制是借助高压泵的作用把液体介质（气体或液体）压入耐高压的钢体密封容器内（如图3-28），高压流体的静压力直接作用在弹性模套内粉末上，使粉末体在同一时间内各个方法均匀受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯。 （A）压力分布和摩擦力对压坯密度分布的影响 （B）压制压力与压坯密度的关系 图 等静压原理图

103 三、成形 8. 2冷等静压制 冷等静压制主要工艺过程包括模具材料的选择及模具的制作，粉末料的准备，以及将粉末料装入模袋、密封、压制和脱模。图3-29为冷等静压工艺的流程图。 图 冷等静压制的流程图

104 三、成形 （1）模具材料的选择及制作 冷等静压制模具大多采用弹性物，例如天然橡胶和合成橡胶。这些弹性材料的性质如表3-3所示。近年来又采用了塑料。热塑性软性树脂是目前制作模具的主要材料。 表 某些弹性材料的性质 （2）粉末料的准备

105 三、成形 冷等静压制按粉料装模及其受压形式可分为湿袋模具压制（图3-30）和干袋模具压制（图3-31）两种。 （4）压制和脱模
（3）装料、密封及抽气 冷等静压制按粉料装模及其受压形式可分为湿袋模具压制（图3-30）和干袋模具压制（图3-31）两种。 图 湿袋模具压制试图 图3-31干袋模具压制图 （4）压制和脱模

106 三、成形 压制方式 湿袋式 柔性袋浸没在压力介质中，即无支撑的CIP 优点 能在同一压力容器中同时压制不同形状、尺寸的粉末压坯
模具寿命长，成本低 缺点 压制生产率较低

107 三、成形 干袋式 柔性模固定在压力容器内，即有支撑的CIP 优点 生产率高，易于实现自动化 模具使用寿命长 缺点 每次只能压制一种产品
缺点 每次只能压制一种产品 两者的区别 干袋式不取出软模

108 三、成形 8.3热等静压制 技术背景 在CIP基础上发展 开发高性能飞机发动机用粉末高温合金（即粉末超合金）涡轮盘 粉末高速钢
硬质合金軋辊制品

109 三、成形 HIP原理 包套置于一具有发热元件的高压容器内，抽出缸内空气 压入30—60Mpa的氩气，加热致100Mpa左右
借助于高温、高压的联合作用使粉末体发生充分致密化 获得全致密高性能P/M制品

110 三、成形 特点 几乎能消除粉末坯体中的所有孔隙，相对密度达0.9999 压力作用，加热温度低于通常的烧结温度 无成份偏析
核废料HIP处理，避免环保问题和对操作人员的损害 铸件等的后处理，消除孔洞或裂纹等 设备投资大，成本高

111 三、成形 8.4粉末轧制 1 定义与分类 定义 将粉末引入一对轧棍之间并使之压实成具有一定粘结强度的连续带坯的成形方法 分类 粉末直接轧
塑性良好的粉末（应用多） 粘结粉末轧制 加入粘结剂改善粉末体的成形性

112 三、成形 包套粉末热轧 活性粉末和高致密度的坯带 2 粉末轧制原理

113 三、成形 粉末轧制示意图

114 三、成形 特征区 Ⅰ区-自由流动区 颗粒受重力和因颗粒下移而产生颗粒间的摩擦力作用 Ⅱ区-喂料区
辊表面施予粉末一定的摩擦力，带动粉末颗粒进入辊之间，导致粉末被咬入 Ⅲ区-压轧区 粉末质量不变，体积缩小，密度增加

115 三、成形 3 轧制过程的影响因素 粉末性能 粉末可轧制性:可塑性、成形性和流动性 流动性 粉末具有足够成形性的同时，愈高愈好 粉末硬度
3 轧制过程的影响因素 粉末性能 粉末可轧制性:可塑性、成形性和流动性 流动性 粉末具有足够成形性的同时，愈高愈好 粉末硬度 低的粉末硬度便于变形和形成高的机械啮合，↑成形性

116 三、成形 4 粉末轧制的应用 多孔板材，如过滤板、催化剂板材 层状复合材料带、板材 纤维增强复合材料

117 三、成形 8.5 粉末挤压成形 1 定义与分类 定义 将粉末、粉末压坯或粉末烧结坯在外力作用下，通过挤压筒的挤压嘴挤成坯料或制品的成形方法
8.5 粉末挤压成形 1 定义与分类 定义 将粉末、粉末压坯或粉末烧结坯在外力作用下，通过挤压筒的挤压嘴挤成坯料或制品的成形方法 分类

118 三、成形 粉末直接挤压（冷挤压）：塑性好的金属粉末 粉末增塑挤压：加入一定量的成形剂或粘结剂，硬质粉末如硬质合金粉末
粉末包套热挤：弥散强化合金等 烧结坯或粉末压坯的热挤压：塑性较好的有色金属材料

119 三、成形 2 粉末增塑挤压原理 粉末在挤压筒内的受力情况 三向受压缩，一方向变形。（附图）
冲头施加的压力P，筒壁约束产生侧压力Ph，相对运动产生摩擦力Pf Ph =ξP, Pf =μPh =ξμP 物料被挤出的条件：P≥Pf + PR(变形阻力)

120 三、成形

121 三、成形 物料运动示意图

122 三、成形 3 挤压过程 增塑剂（plasticizer） 石蜡+粘结剂PVA+硬脂酸（表面活性剂） 添加总量为6-8.5%
粗颗粒粉末或厚壁件取下限 细颗粒粉末或薄壁件取上限

123 三、成形 硬质合金增塑挤压工艺流程 粉末料+增塑剂 ↓ 掺合（40-50℃） ↓ 预压（排气，提高料密度） ↓ 挤压（40-50℃） ↓ 挤压坯 ↓ 脱增塑剂 ↓ 烧结 ↓ 制品

124 三、成形 4 粉末热挤压 借助于高温的作用改善金属的塑性流动性能，使坯体发生充分致密化，便于制造高性能P/M管材，棒材 应用
烧结坯热挤压：塑性好的金属与合金 粉末包套热挤压 含有活性高的元素粉末如Ti、B、Zr、Al、Si等高温合金或弥散强化材料 包套制作工艺与HIP相同

125 三、成形 8.6 粉浆浇注 大尺寸、形状复杂陶瓷坯件成形的常用方法 1 料浆的制备 由金属粉末或纤维与分散剂等组成的混合物
具有一定的流动性、粘度和相对稳定性 分散剂：水或酒精 添加剂 粘结剂 赋予浇注件以足够强度 PVA，PEG，藻酸钠，3%

126 三、成形 稳定剂 阻止粉末颗粒间的聚集，加入弱酸、碱，在颗粒表面上吸附H+或OH-离子 静电吸附，同性相斥→分离 除气剂
表面活性剂，减小气-固界面能，使颗粒表面吸附的气体脱附，有利于防止颗粒聚集和消除坯间气孔 正丁醇 调节剂 调节料浆粘度，改善流动性 NaOH,HCl，氨水

127 三、成形 2 石膏模制作 石膏粉末粒度细，吸水能力强 制作过程 石膏粉末+水（1：1.5）→外加1%尿素 →混匀→注入型箱→干燥→取出型芯
2 石膏模制作 石膏粉末粒度细，吸水能力强 制作过程 石膏粉末+水（1：1.5）→外加1%尿素 →混匀→注入型箱→干燥→取出型芯 →干燥（40-50℃）→石膏模

128 三、成形 3 浇注 离型剂 硅油或肥皂水 隔绝粉末颗粒与石膏颗粒间的 接触和控制吸水速度 但会降低后续使用时吸水速度

129 三、成形 4 影响因素 粉末粒度 细粉末利于浇注 液固比 影响粉浆粘度和粉末沉降速度 粉浆的PH值 影响粉浆粘度和粉末沉降速度
粉末粒度 细粉末利于浇注 液固比 影响粉浆粘度和粉末沉降速度 粉浆的PH值 影响粉浆粘度和粉末沉降速度 分散剂与粘结剂 粉浆的粘度和沉降速度和坯体强度

130 三、成形 8.7高能成形 爆炸成形法是高能成形的方法之一。图3-39是类似液体等静压一样的间接法爆炸成形原理图。 图 爆炸成形原理

131 三、成形 原理:将粉末装于一个导电的容器(护套)内,置于高强磁场线圈的中心腔中。电容器放电在数微秒内对线圈通入高脉冲电流,线圈腔中形成磁场,护套内产生感应电流。感应电流与施加磁场相互作用,产生由外向内压缩护套的磁力,因而粉末得到二维压制。整个压制过程不足1ms。 8.8动磁压制技术

132 三、成形 动磁压制的优点: 由于不使用模具,成型时模壁摩擦减少到0，因而可达到更高的压制压力,有利于提高产品，并且生产成本低；
由于在任何温度与气氛中均可施压,并适用于所有材料,因而工作条件更加灵活； 由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂,因而成型产品中不含有杂质，性能较高，而且还有利于环保。

133 三、成形 许多合金钢粉用动磁压制做过实验,粉末中不添加任何润滑剂,生坯密度均在95%以上。动磁压制件可以在常规烧结条件下进行烧结,其力学性能高于传统压制件。动磁压制适用于制造柱形对称的近终形件、薄壁管、纵横比高的零件和内部形状复杂的零件。

134 三、成形 动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与烧结钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密度高,其磁能积可提高15%-20%。
动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革命性变化,由粉末材料一次制成近终形定子与转子,从而获得高性能产品,大大降低生产成本。 动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与烧结钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密度高,其磁能积可提高15%-20%。

135 三、成形 动磁压制的亚毫秒压制过程有助于保持材料的显微结构不变,因而也提高了材料性能。对于象Ｗ、ＷＣ与陶瓷粉末等难压制材料,动磁压制可达到较高的密度,从而降低烧结收缩率。目前许多动磁压制的应用已接近工业化阶段,第一台动磁压制系统已在运行中。

136 三、成形 　8.9高速压制 瑞典开发出粉末冶金用高速压制法。这可能是粉末冶金工业的又一次重大技术突破。高速压制采用液压冲击机,它与传统压制有许多相似之处,但关键是压制速度比传统快500～1000倍,其压头速度高达2～30m/s,因而适用于大批量生产。液压驱动的重锤(5～1200kg)可产生强烈冲击波,0.02s内将压制能量通过压模传给粉末进行致密化。重锤的质量与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度。

137 三、成形 高速压制适用于制造阀座、气门导管、主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套及轴承座圈等产品。
高速压制的另一个特点是产生多重冲击波，间隔约0 3s的一个个附加冲击波将密度不断提高。这种多重冲击提高密度的一个优点是,可用比传统压制小的设备制造重达5kg以上的大零件。 高速压制适用于制造阀座、气门导管、主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套及轴承座圈等产品。

138 三、成形 与传统压制相比, 高速压制的优点是： 压制件密度提高，提高幅度在0.3g/cm3左右； 压制件抗拉强度可提高20%～25%；
高速压制压坯径向弹性后效很小, 脱模力较低； 高速压制的密度较均匀, 其偏差小于0.01g/cm3。

139 三、成形 8.10温压成型技术 温压技术是近几年新发展的一项新技术。它是在混合物中添加高温新型润滑剂，然后将粉末和模具加热至423K左右进行刚性模压制，最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术，是普通模压技术的发展与延伸，被国际粉末冶金界誉为 “开创铁基粉末冶金零部件应用新纪元”和“导致粉末冶金技术革命”的新型成型技术。

140 三、成形 能以较低成本制造出高性能粉末冶金零部件； 提高零部件生坯密度和高强度，便于制造形状复杂以及要求精密的零 部件 ； 产品密度均匀。
温压技术的特点 ： 能以较低成本制造出高性能粉末冶金零部件； 提高零部件生坯密度和高强度，便于制造形状复杂以及要求精密的零 部件 ； 产品密度均匀。

141 三、成形 温压技术研究和开发的核心： 预合金化粉末的制造技术； 新型聚合物润滑剂的设计； 石墨粉末有效添加技术； 无偏析粉末的制造技术；
温压系统制备技术。

142 三、成形 温压技术主要适合生产铁基合金零件。同时人们正在尝试用这种技术制备铜基合金等多种材料零件。由于温压零件的密度得到了较好的提高，从而大大提高了铁基等粉末冶金制品的可靠性，因此温压技术在汽车制造 机械制造、武器制造等领域存在着广阔的应用前景。

143 三、成形 4.流动温压技术 流动温压技术以温压技术为基础,并结合了金属注射成形的优点,通过加入适量的微细粉末和加大润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动性、填充能力和成形性, 这一工艺是利用调节粉末的填充密度与润滑剂含量来提高粉末材料的成形性。它是介于金属注射成形与传统模压之间的一种成形工艺。

144 三、成形 第一种方法是向粉末中加入精细粉末。这种精细粉末能够填充在大颗粒之间的间隙中,从而提高了混合粉末的松装密度。
流动温压技术的关键是提高混合粉末的流动性，主要通过两种方法来实现： 第一种方法是向粉末中加入精细粉末。这种精细粉末能够填充在大颗粒之间的间隙中,从而提高了混合粉末的松装密度。 第二种方法是比传统粉末冶金工艺加入更多的粘结剂和润滑剂,但其加入量要比粉末注射成形少得多。粘结剂或润滑剂的加入量达到最优化后,混合粉末在压制中就转变成一种填充性很高的液流体。

145 三、成形 将上述两种方法结合起来,混合粉末在压制温度下就可转变成为流动性很好的黏流体,它既具有液体的所有优点,又具有很高的黏度。混合粉末的流变行为使得粉末在压制过程中可以流向各个角落而不产生裂纹。

146 三、成形 流动温压工艺主要特点如下: (1)可成形零件的复杂几何形状。国外已利用常规温压工艺成功制备出了一些形状较复杂的粉末冶金零件,如汽车传动转矩变换器涡轮毂、连杆和齿轮类零件等。 (2)密度高、性能均一。流动温压工艺由于松装密度较高,经温压后的半成品密度可以达到很高的值。由于流动温压工艺中粉末的良好流动性,由此得到的材料密度也更加均匀。

147 三、成形 　 (3)适应性较好。流动温压工艺已经用于低合金钢粉、不锈钢316L粉、纯Ti粉和WC-Co硬质合金粉末。原则上它可适用于所有的粉末体系，唯一的条件是该粉末体系须具有足够好的烧结性能,以便达到所要求的密度和性能。 (4)简化了工艺,降低了成本。

148 三、成形 8.11冷成形工艺 　 美国开发出一种能在室温下生产全致密零件而无需后续烧结的粉末冶金工艺。此工艺称之为“冷成形粉末冶金”。它采用特殊配制的活化溶液与革新的进料靴技术,在压力下精确地将粉末注入模中。加压输送的进料靴使粉末填充更加均匀,而活性溶液则防止形成氧化物,从而大大促进了冷焊效应。

149 三、成形 采用这一工艺可制得全致密的接近最终形状的零件，而压制后无需烧结及机加工。此工艺采用包覆粉末。但许多市售的金属或非金属粉末也可使用。目前该工艺的开发工作主要集中于生产热操作零件，但这一工艺也适用于生产结构件及其他用途的零件。