1、第三章 成 形 Compacting,第三章成形,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。,第三章成形,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
2、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。,第三章成形,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,第三章成形,（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
3、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,第三章成形,（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
4、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,第三章成形,（5）加添加剂添加剂指成形前在粉末混合料中添加改善成形过程的物质或造成一定孔隙的 造孔剂。如石蜡、合成橡胶、樟脑、塑料及硬脂酸盐等。 （5）润滑a.模壁和模冲润滑在刚性模具中压制时，在模壁和模冲上涂润滑剂，目的是使压制的坯 块与模具容易分离，但由于粉末体表面是粗造的，易刺穿涂在模壁上的 润滑膜产生摩擦，增加压制力，损坏模具。对润滑剂的要求：既要附着到金属表面上，还要不渗入到金属
5、中。润滑剂：硬脂酸、人造蜡、硬脂酸锌、硬脂酸锂,第三章成形,b.粉末润滑粉末润滑指润滑剂与金属粉末混合，其优点是润滑剂不仅在模壁上，而 且也在粉末颗粒之间。粉末润滑的条件：a.将润滑剂磨成细粉b.润滑剂的量取决与坯块形状c.润滑时间：2040min模壁润滑已取得专利，技术上是可行的；粉末润滑被广泛应用。润滑的优点：减少压制压力，改善坯块密度分布，提高坯块密度；缺点：润滑剂在烧结过程中分解产生的气体从炉子的预热带逸出， 使烧结时的保护气氛流速加快，使炉子的管理变得复杂。,第三章成形,2.压制过程金属粉末的行为 （1）金属粉末压制现象压制指松散粉末在压模内经受一定的压力后，成为具有一定形状、尺 寸
6、、密度和强度的坯块。压制过程中，粉末颗粒间发生相对移动，粉末颗粒将填充孔隙，粉末 体体积减小，粉末颗粒迅速达到最紧密堆积。粉末体在压模内受力后力图向各个方向流动，产生了垂直于压模壁的 压力侧压力，侧压力使压模内靠近模壁的外层粉末 与模壁之间产生摩擦力摩擦力使接近加压端面部分压力 最大，远离加压端面压力逐渐降低，压力分布的不均匀 使坯块各个部分密度分布不均匀。,图3-2压膜示意图 1阴模；2上模冲； 3下模冲；4粉末,第三章成形,（2）粉末颗粒变形的三个阶段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
7、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3-3,第三章成形,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,第三章成形,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
8、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。,第三章成形,图3-5压制时粉末的变形 (a)点接触；(b)面接触；(c)扁平状,第三章成形,（3）坯块强度坯块强度指坯块反抗外力作用，保持其几何形状尺寸不变的能力。压 制过程中，随着压力的增加，孔隙减少，坯块逐渐致密化，强度逐渐增大。粉末颗粒之间的联结力：a. 粉末颗粒之间的机械啮合力。粉末表面凹凸不平，通过压制，颗粒之 间由于位移和变形互相楔住和勾连，从而形成机械啮合。b.粉末颗粒表面原子间的引力
9、。粉末颗粒在压制后期，由于位移和变 形，粉末颗粒表面上的原子彼此接近，当进入引力范围值内时，粉末颗粒 因引力作用而发生联结。这两种力的作用是坯块具有强度的原因，成形剂的加入使坯块具有足够的 强度。,第三章成形,图3-6电解铜粉坯块的抗弯强度 与成形压力的关系,图3-7还原铁粉坯块的抗弯强度 与成形压力的关系,第三章成形,图3-8电解铜粉的转鼓试验,图3-9电解铜粉的转鼓试验,转鼓试验是以测定坯块质量的质量损失率来表示坯块强度。式中S质量损失率；A试样原始质量；B试样最终质量.,第三章成形,（4）金属粉末压制时坯块密度的变化规律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
10、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3-10坯块密度的变化规律,第三章成形,（5）压制压力与坯块相对密度的关系相对密度指物质的密度与参考物质的密度在各自规定的条件下之比， 无量纲量。坯块相对密度指坯块密度与同种固体金属密度之比。,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
11、,第三章成形,a.巴尔申(Balshin)压制方程：式中Pmax相应于压至最紧密状态（=1）时的单位压力；L压制因素；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。,第三章成形,图3-13在低压制力下 和P的关系,第三章成形,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
12、力之间的关系,第三章成形,（6）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。,第三章成形,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3-16双向压制示意图,图3-15坯块受力示意图,第三章成
13、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3-9知，坯块在模具内不能向侧向膨胀，因此： Lx3 =Lx2 +Lx1 ，可得：侧压系数；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。,第三章成形,侧压系数与坯块密度的关系：式中达到理论密度时的侧压系数；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,第三章成形,b.外摩擦力摩擦力：粉末体在压制过程中，运动的
14、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,第三章成形,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,第三章成形,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
15、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。,第三章成形,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,第三章成形,（7）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
16、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,第三章成形,图3-22一个和两个下模冲,第三章成形,图3-23密度变化,第三章成形,图3-24密度变化,第三章成形,图3-25镍粉坯块的密度分布,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。,第三章成形,(8)密度的测量方法a.利用公式计算式中A、Bconstants.不同粉末、不同压力、不同润滑方法， A、B值不同。b.用薄铝片做一个
17、上面有方孔或圆孔的网格，将其放入圆柱体模具中， 既不能与模壁接触，也不能与模冲表面接触。压制时保持网格与压制方 向平行，通过网格的开口面积，用X射线辐射法直接测量坯块密度。c.将坯块垂直切开，然后测量切面上的硬度分布，硬度值通过标准曲线 换算成密度。,第三章成形,（9）坯块脱模图中黑色为粉末体，左 图为装满状态，右图为挤 压后状态。从图看出，要 想把坯块推出模具，只有 给下模冲施加压力，直到 下模冲与模具上表面平齐 ，或向下移动模具，知道 模具上表面与下模冲平齐。,图3-26坯块脱模示意图,第三章成形,（10）复杂坯块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
18、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。,第三章成形,图3-27单向压制可压制的零件,第三章成形,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
19、冲。,图3-28压制短套筒的模具组成,第三章成形,图3-29用下模冲脱模的单向压制操作步骤,第三章成形,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,第三章成形,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,第三章成形,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
20、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。,第三章成形,图3-32下模冲不动双向压制脱模步骤,第三章成形,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,第三章成形,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
21、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,第三章成形,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
22、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,第三章成形,图3-36压制过程中系统部件的10个位置,第三章成形,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,第三章成形,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
23、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。,第三章成形,图3-38曲面坯块的压制,第三章成形,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
24、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。,第三章成形,3.成形剂 （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,第三章成形,（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，
25、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。,第三章成形,(3)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
26、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。,第三章成形,(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,第三章成形,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 10.5；21.0；32.0； 42.4；58.0,第三章成形,
27、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,第三章成形,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 密度和脱模压力的影响 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%）,
28、第三章成形,（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,第三章成形,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，不利于制备高密度制 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。,第三章成形,
29、6.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,第三章成形,(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,第三章成形,(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
30、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。,第三章成形,7.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
31、布合理。,第三章成形,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。,第三章成形,(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
32、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。,第三章成形,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。,第三章成形,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
33、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,第三章成形,8.特殊成形 （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,第三章成形,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
34、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,第三章成形,冷等静压制流程,图3-49冷等静压制流程图,第三章成形,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
35、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。,第三章成形,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,第三章成形,软模压制刚性模具中装
36、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,第三章成形,（2）三轴压制三轴压制是从土壤力学、地质工程中移植过来的，是把测定土壤、 岩石的剪切强度的三轴剪压实验应用到粉末冶金成形工艺中的一种方法。三轴压制可看做是单轴压制和等静压制的结合，因此压制效果好，但尚未应用来大批量生产粉末坯块。,图3-53三轴压制装置简图 1侧限压力；2轴向承载活塞； 3放油孔；4出油孔,第三章成形,表3-3单轴压制、等静压制和三轴压制铁粉的比较,第三章成形,（3）
37、粉浆浇注指将成形材料粉末首先与水或其他液体调成悬浮浆液，并注入能够吸 收液体的石膏模内，然后从石膏模中取出干涸的坯块，并烘干。粉浆浇 注是不对金属粉末施加外力而实现成形的过程。液体：水中加添加剂（盐酸、氢氧化铵、氯化铁等），目的是防止形 成颗粒聚集体，以形成稳定的胶态悬浮液，并改善湿润条件。优点：适合压制脆性粉末，如碳化物、硅化物、氮化物、铬和硅等粉末 不使用压力机和钢制模具，成本低，且所用设备简单。缺点：生产周期长，生产率低。,第三章成形,（4）金属粉末轧制金属粉末轧制指将金属粉末通过一个特制的漏斗喂入转动的轧辊缝 中，轧制出具有一定厚度、长度连续的，且强度适宜的板带坯料。粉末轧制与熔铸轧制
38、比较：a.能够生产常规轧制法难以或无法生产的板带材，如双金属或多层金属 带材；难熔金属及其化合物的板带材，如磁性材料、减摩材料、多孔过 滤材料、电触头材料及超导材料等的带材；b. 能够轧制出成分比较均匀的带材，且成分易于控制，组分分布均匀；c. 轧制的板带材具有各向同性的特点；d.轧制工艺过程短，节省能源；e.成材率高，可达8090%，熔铸轧制法为60%或更低。,第三章成形,图3-54粉末轧制过程示意图 粉末自由区；喂料区； 压轧区,第三章成形,（5）楔形压制楔形压制可压制轧制不能轧制的较厚带材,图3-55楔形压制装置示意图 1粉末；2夹板；3底板； 4楔形冲头；5条坯,第三章成形,图3-56
39、楔形压制过程示意图,第三章成形,（6）挤压用于挤压不适合压制的长度较长、断面较小的棒材、管材。可挤压壁 很薄，直径很细的小管，形状复杂、性能良好的致密粉末材料。挤压制 品长度不受限制，且沿长度密度分布均匀。挤压时金属粉末中加入液体增塑剂（酚醛 塑胶溶液、石蜡等），使金属粉末具有一定 的可塑性，并使粉末颗粒粘结，增塑剂在烧 结时排出。,图3-57挤压时混合料的受力状态 1轴向压力；2径向压力； 3模壁摩擦力；4拉力,第三章成形,（7）高能成形高能成形途径：a.直接把高压传给模具进行压制成形b.类似等静压制，通过液体把能量传递给粉末进行压制爆炸成形法：利用炸药爆炸时产生的瞬间冲击波的压力，作用于金属 使其变形像液流一样容易。高爆性炸药产生的瞬间压力为105MPa，低爆 性炸药产生的瞬间压力为2.94104MPa。该方法处于实验阶段。,第三章成形,粉末装入橡皮囊，沉入液体中， 把炸药爆炸的高能传给液体， 由冲击波对粉末进行压制。,图3-58爆炸成形原理 1橡胶包套；2水；3炸药； 4头部；5碰撞机构；6封盖； 7活塞；8缸体；9粉末；,
