1、第十六章 粉末材料成形原理,所谓粉末(Powder)成形，是指将金属粉末或非金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合粉末)通过挤压、注射和烧结等固结方法，制成具有一定形状、尺寸、强度的各种金属或金属非金属或非金属材料和制品的工艺技术。,粉末成形技术主要具有以下一些特点。（1）可使互不相溶金属金属或金属非金属或非金属混合料组合成具有特殊性能的材料。（2）通过控制制品的孔隙度，可生产多孔材料。（3）能够制备高合金粉末冶金材料，如粉末高速钢、粉末超合金材料，可避免成分偏析，组织均匀，晶粒细小，性能稳定，因而热加工性能也大为改善。（4）可生产各种复合材料。（5）能够生产难熔材料或制品。（6）粉末成形法可
2、直接将金属粉末制成成品或接近成品的最终形状和尺寸的制品，因而不需要或只需要很少的切削加工，可节约金属材料，提高劳动生产率。,16-1 粉末的特性,粉末的特性,固态物质按其分散程度的不同可分为致密体、粉末体和胶体。通常尺寸在1mm以上的固体物质称为致密体或块状固体，尺寸在0.1m以下称为胶体，尺寸介于这两者之间的称为粉末体，简称为粉末。,典型的粉末颗粒形状,粉末形状与生产方法的关系,充填粉末进行成形时，粉末颗粒间的空隙越小，制成的压坯质量越好，烧结也容易。所以使各种粒度的粉末适当配合，对生产优质粉末制品是很重要的。粉末粒度的最佳配合随粉末颗粒的形状、粉末的种类不同而变化。,粉末的密度,粉末颗粒形
3、状对铜粉末密度的影响,粉末的流动性与压制性,粉末的流动性是指50g粉末从标准流速漏斗流出所需的时间，单位为s/50g。粉末流动的阻力是由粉末颗粒相互直接或间接接触而阻碍其他颗粒自由运动引起的。粉末的湿度对流动性影响也很大，粉末湿度大，流动性差。因此，吸潮的粉末应烘干。粉末的压制性是压缩性和成形性的总称。,16-2 粉末模压成形及注射成形,粉末压制示意图 压坯密度与成形压力的关系1上冲模 2阴模 3粉末 4下冲模,模压成形,电解铜粉压坯的密度沿高度的变化 单向与双向压制时压坯密度沿高度的分布 （a）单向压制 （b）双向压制,金属粉末的硬度与压制压力的关系,粉末的纯度由于制粉的工艺不同，粉末的纯度
4、也不相同，粉末中都含有一定量的杂质。粉末中的杂质多以金属氧化物的形式存在。而金属氧化物粉末多是硬而脆的，并主要分布于金属粉末表面，这就使得压制时压制阻力增加，压制性能变坏。,粉末粒度及粒度组成的影响粉末粒度越小，其流动性也就越差，狭窄的模腔充填过程就越困难。粉末粒度越小，其松装密度就越低，在压模中充填容积就大，这就使得模冲运动距离增加，压力损失也随着加大，结果压坯密度的不均匀性增大。,粉末粒度构成对压坯密度的影响,添加剂在粉末成形中添加剂主要是指润滑剂和成形剂。润滑剂是为降低粉末颗粒与模壁和模冲之间的摩擦而填加的物质，通常有硬脂酸、硬脂酸锌、二硫化铜、石墨粉等。成形剂是为改善粉末成形性而添加的
5、物质，通常有合成橡胶、淀粉、石蜡等。不同的粉末所添加的润滑剂和成形剂是不同的。,润滑剂加入量对压坯性能的影响,压制方式对压制过程的影响压制方式主要指加压方式、加压速度及加压保持时间。双向加压比单向加压可明显改善压坯密度的均匀性。加压速度影响粉末颗粒间的摩擦状态、加工硬化程度和粉末间隙中空气的逸出，所以通常采取缓慢加压方式。也可称其为静压。般静压的加压速度为0.110m/s。,粉末注射成形,（1）可制备形状复杂、尺寸精度较高的零件，零件各部位的密度和性能一致，即各向同性。 （2）烧结相对密度可达95%以上，力学性能优良，可与锻造材料相媲美。 （3）可以制取微观复合材料或宏观复合材料的零件，充分发
6、挥不同材料的性能优势。 （4）可方便地采用一模多腔模具，成形效率高，模具使用寿命长，特别适合于大批量生产。,金属注射成形工艺流程,16-3 粉末烧结过程原理,粉末烧结的基本类型粉末烧结用粉末颗粒可以是金属或合金、晶体或非晶体、陶瓷或耐火材料。一般地讲，烧结可以分为两大类：不施加外压力的烧结和施加外压力的烧结，简称不加压烧结和加压烧结。烧结技术不同，烧结过程也不同。 1、固相烧结(Diffusion sintering) 2、液相烧结(Liquid-phase sintering) 3、其它烧结方法,粉末烧结的扩散理论,1、粉末烧结性与驱动力 （2)颗粒系统的烧结性与本征热力学驱动力,(a)初始点接触；(b)烧结颈长大；(c)、(d)孔隙球化 图16-9 球形颗粒的烧结过程模型,粉末颗粒的接触和颈长,烧结温度对烧结体性能的影响示意图,烧结坯达到相同密度时烧结时间与温度的关系,烧结时间对烧结体密度的影响,
