【正文】 第二章 粉末壓制成形原理 Principles of Powder Compaction（ Pressing） 程繼貴 材料科學(xué)與工程學(xué)院 School of Materials Science and Engineering 本章內(nèi)容 167。 概述 167。 壓制過(guò)程中力的分析 167。 壓制壓力與壓坯密度的關(guān)系 167。 粉末壓坯密度的分布 167。 粉末壓坯的強(qiáng)度 167。 影響壓制過(guò)程的因素 School of Materials Science and Engineering Making PowderMetallurgy Parts School of Materials Science and Engineering 一、基本概念 ● 成形（ Forming）的定義： 將粉末 密實(shí) （ densify）成具有一定形狀、尺寸、孔隙度和強(qiáng)度的坯體（ green pacts）的工藝過(guò)程。 第一節(jié) 概述 Consolidation School of Materials Science and Engineering ● 成形的重要性 1）是重要性僅次于燒結(jié)的一個(gè)基本的粉末冶金工藝過(guò)程。 2）比其他工序更 限制 和 決定 粉末冶金整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。 a）成形方法的合理與否直接決定其能否順利進(jìn)行。 b）影響隨后各工序（包括輔助工序）及最終產(chǎn)品質(zhì)量。 c）影響生產(chǎn)的自動(dòng)化、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本。 School of Materials Science and Engineering ● 成形方法的一般分類 冷法 石膏模 常壓冷法注漿 加壓冷法注漿 抽真空冷法注漿 等靜壓成形 isostatic（ hydrostatic） pressing 粉末壓制成形 （ 鋼模壓制 ） pacting， briquetting， pressing ————普通成形 注漿成型法 熱法 （ 熱壓注法 ） ：鋼模 粉末連續(xù)成形 粉末軋制 粉末擠壓 （ 可塑成形 ） 噴射成形 熱成形及高能率成形 —— 成形燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行 特殊成形 School of Materials Science and Engineering ? 按成形過(guò)程中有無(wú)壓力： 有壓（壓力）成形、無(wú)壓成形 ? 按成形過(guò)程中粉末的溫度： 冷壓（常溫）成形、溫壓成形、熱成形 ? 按成形過(guò)程的連續(xù)性： 間歇成形、粉末連續(xù)成形 ? 按成形料的干濕程度： 干粉壓制、可塑成形、漿料成形 ● 成形方法的其他分類 School of Materials Science and Engineering 成形壓模的基本結(jié)構(gòu) ? 模壓成形是最重要、應(yīng)用最廣的成形方法！ ? 本章有關(guān)成形原理的討論以模壓成形為基礎(chǔ)！ School of Materials Science and Engineering ? Loose powder is pacted and densified into a shape, known as green pact ? Most pacting is done with mechanical presses and rigid tools ? Hydraulic and pneumatic presses are also used 模壓成形是將金屬粉末或粉末混合料裝入鋼制壓模（陰模）中，通過(guò)模沖對(duì)粉末加壓，卸壓后，壓坯從陰模內(nèi)脫出，完成成形過(guò)程。 模壓成形 ， pressing ● 模壓成形的主要功用是： ?將粉末成形成所要求的形狀； ?賦予壓坯以精確的幾何尺寸； ?賦予壓坯所要求的孔隙度和孔隙模型； ?賦予壓坯以適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度以便于搬運(yùn)。 School of Materials Science and Engineering 模壓成形 PM產(chǎn)品實(shí)例 —電動(dòng)工具零件 School of Materials Science and Engineering 模壓成形 PM產(chǎn)品實(shí)例 —汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用粉末燒結(jié)鋼零件 School of Materials Science and Engineering 模壓成形 PM產(chǎn)品實(shí)例 —汽車變速箱粉末燒結(jié)鋼零件 School of Materials Science and Engineering 連桿 School of Materials Science and Engineering 二、金屬粉末壓制過(guò)程中發(fā)生的現(xiàn)象 圖 124 粉末壓制示意圖 1— 陰模 Die 2—上模沖 Top（ upper） punch 3—下模沖 Bottom（ lower） punch 4— 粉末 Powder School of Materials Science and Engineering 鋼模 壓制 粉末 的 基本 過(guò)程 粉末混合料 稱量、裝模 壓制 卸壓 脫模 粉末壓坯 Powder mix Weighting，filling Compacting pacts School of Materials Science and Engineering 粉末壓制過(guò)程中發(fā)生的現(xiàn)象 1. 壓制后粉末體的孔隙度降低，壓坯相對(duì)密度明顯高于粉末體的相對(duì)密度。 壓制使粉末體堆積高度降低，一般壓縮量超過(guò) 50% 2. 軸向壓力（正壓力）施加于粉末體，粉末體在某種程度上表現(xiàn)出類似流體的行為，向陰模模壁施加作用力，其反作用力 —側(cè)壓力 產(chǎn)生。 但是粉末體非流體，側(cè)壓力小于正壓力！ School of Materials Science and Engineering 3. 隨粉末體密實(shí)，壓坯密度增加，壓坯強(qiáng)度也增加。 Q: 壓坯強(qiáng)度是如何形成的？（后述） 4. 由于粉末顆粒之間摩擦，壓力傳遞不均勻，壓坯中不同部位密度存在不均勻。 壓坯密度不均勻?qū)号髂酥廉a(chǎn)品性能有十分重要的影響。 5. 卸壓脫模后，壓坯尺寸發(fā)生膨脹 —產(chǎn)生彈性后效 彈性后效是壓坯發(fā)生變形、開裂的最主要原因之一。 School of Materials Science and Engineering 三、 粉末體在壓制過(guò)程中的變形 （一） 粉末體受壓力后的變形特點(diǎn)（與致密材料受力變形比較） 1. 致密材料受力變形遵從質(zhì)量不變和體積不變，粉末體壓制變形僅服從質(zhì)量不變。 粉末體變形較致密材料復(fù)雜。 ，僅通過(guò)固體質(zhì)點(diǎn)本身變形，粉末體變形包括粉末顆粒的變形，還包括顆粒之間孔隙形態(tài)的改變，即顆粒發(fā)生位移。 ！ 粉末體的變形是廣義變形：顆粒位移 + 顆粒變形 School of Materials Science and Engineering 3. 致密材料變形時(shí)，各微觀區(qū)域的變形規(guī)律與宏觀變形規(guī)律基本一致，粉末體變形時(shí)，各顆粒的變形基本獨(dú)立，不同顆粒變形程度可能存在較大差異。 4. 粉末體受力變形時(shí)，局部區(qū)域的實(shí)際應(yīng)力遠(yuǎn)高于粉末體受到的表觀應(yīng)力（表觀壓制壓力）。 局部區(qū)域的高應(yīng)力可能超過(guò)粉末顆粒的強(qiáng)度極限。 5. 粉末體受力壓制，顆粒之間的接觸面積隨壓制壓力增大而增大，兩者間存在一定的定量關(guān)系。 School of Materials Science and Engineering （二） 粉末體在壓制過(guò)程中的變形動(dòng)力（變形內(nèi)因） 1. 粉末體的多孔性 粉末體中的孔隙包括： 拱橋效應(yīng)現(xiàn)象（圖）： 粉末在松裝堆集時(shí)，由于表面不規(guī)則，彼此之間有摩擦，顆粒相互搭架而形成拱橋孔 拱橋效應(yīng)產(chǎn)生的孔隙尺寸可能遠(yuǎn)大于粉末顆粒尺寸。 實(shí)例： Fe 理論密度 g/cm3 ，松裝密度一般為 23g/cm3； W 理論密度 g/cm3 ，中顆粒 W粉松裝密度 34g/cm3 ， 細(xì)顆粒 W粉松裝密度 ∠ 3g/cm3。 ？估算其孔隙率。 一次孔隙 （ 顆粒內(nèi)部孔隙 ） 二次孔隙 （ 顆粒之間孔隙 ） 拱橋效應(yīng)產(chǎn)生的孔隙 School of Materials Science and Engineering School of Materials Science and Engineering 粉末體高的孔隙率使其受力后易于發(fā)生重排 School of Materials Science and Engineering 2. 粉末顆粒良好的彈塑性 制粉過(guò)程中，粉末一般都經(jīng)過(guò)專門處理 還原、退火 → 消除加工硬化、表面雜質(zhì)等 3. 粉末體較高的比表面積 主要作為燒結(jié)動(dòng)力，對(duì)壓制也有影響。 實(shí)例：幾種商品粉末的比表面積（ cm2/g）： 還原 Fe粉（ 79%325目）： 5160 還原 Fe粉（ 1%325目）： 516 電解 Fe粉（ 200目）： 400 羰基 Fe粉（ 7181。m）： 3460 還原 W粉（ ）： 5000 School of Materials Science and Engineering （三） 粉末體在壓制過(guò)程中的（位移）變形規(guī)律 ? 較低壓力下首先發(fā)生位移，位移形式多樣 （ a）