【正文】 末壓制成一預(yù)成型坯，并在保護氣氛中進行預(yù)燒結(jié)，使其具有一定的強度，然后，將預(yù)成型坯加熱到鍛造溫度保溫后，迅速移到熱鍛模腔里進行鍛打。成形以后排除粘結(jié)劑，再對脫脂坯進行燒結(jié)。 43粉末冶金零件 壓坯類型 ? 167。 47模具零件的尺寸計算及制備 ? 167。 ?壓件單重、單位壓力、密度 ：因不同成分、不同粒度組成、不同單重的粉末，采用不同的單位壓力，壓件的密度會不同。 、選擇壓機和壓制方式 對于用戶提出的制品形狀，有些必須作以修改，避免出現(xiàn)脆弱的尖角、局部薄壁、錐面和斜面需有一段平直帶、需要有脫模錐角或圓角、改變退刀槽方向、適應(yīng)壓制方向的需要。不同用途的模具以及模腔形狀不同的模具，其強度計算方法也不同。 ? 設(shè)計原理 : (1)壓制無內(nèi)孔的制品，成型模的型腔截面形狀應(yīng)與制品的截面形狀完全相同，沖頭的截面形狀也應(yīng)與制品的截面形狀相同。 不等高制品的模沖應(yīng)設(shè)計成組合模沖?；蛘呃梅峭瑫r雙向壓制方式，在壓坯等高端進行后壓，由于后壓時各橫截面上粉末的壓制速率和壓制速度都相等，可以使相鄰區(qū)域的壓坯平均密度相同，防止橫截面變化分界處產(chǎn)生裂紋。 3．燒結(jié)收縮率（ s）：用壓坯在燒結(jié)過程中的線性收縮量與燒結(jié)前壓坯尺寸的百分比來表示。一般車削加工取 1~，磨削加工取 ~。 7．復(fù)壓壓下率（ f）：用復(fù)壓壓下量與復(fù)燒前燒結(jié)坯的高度的百分比表示 。 3． 模沖高度的確定 ：應(yīng)考慮模沖的安裝、定位、裝粉高度的調(diào)節(jié)，以及脫模移動的距離等因素。一般將模沖與陰模之間的配合間隙按 H8/f7或 H7/g6的配合公差來選取，而將模沖與芯桿之間的配合間隙按 G7/h6或 F5/h6的配合公差來選取。 e 求出裝配時的單邊過盈量 △ r中 f 求出熱裝時所需要的溫度 t （ 1）如果為單層圓筒陰模 陰模外半徑與內(nèi)半徑之比 m（ =R/r） ? ?? ?? ?11bPmPn????????????側(cè)側(cè)（ ）（ ）（ 2）如果為雙層套筒陰模 a 根據(jù)已知的 [ζ]， P側(cè)及 μ值，求出單層模時所需的 m值，即 ? ?? ? 11Pm P????? ??側(cè)單側(cè)（ ）（ ）b 利用 m單值確定由單層模改為雙層模后的修正系數(shù) K。 （ 3）對于軟金屬粉末，如銅，青銅，鉛，錫等，宜用碳素工具鋼或合金工具鋼，對于硬金屬粉末，如鋼、鎢、鉬、摩擦材料及硬質(zhì)合金等，宜用硬質(zhì)合金模。 ? 2．模具主要零件的加工 機械切削加工，電加工和熱處理 (見圖 )。 壓縮比 K=d坯 /d松 =(取壓坯密度為 ) 為了彌補成型主體時少量粉末的側(cè)向移動，主體粉末要稍多裝一點粉末 ，故取主體部分的 裝填系數(shù)（或壓縮比）為 。 L芯 =H陰 +H裝粉墊 =100+8=108mm (6) 上模沖高度 ：上模沖要兼作脫模桿的作用。 (9) 陰模內(nèi)徑 ： 陰模臺階上部內(nèi)徑 =(%+%)= 陰模臺階下部內(nèi)徑 =(%+%)= (10) 上下模沖外徑 ：分別按 H8/f7和 H7/g6的配合間隙選取。 51 燒結(jié)機構(gòu) 熱力學(xué) :為什么能粘結(jié)到一塊 動力學(xué) :物質(zhì)的遷移 ★ 167。 55 燒結(jié)工藝 ★ 167。 51 燒結(jié)概況 ? 燒結(jié)的概念 粉末或壓坯在低于主要組分熔點的溫度下的加熱處理，借顆粒間的聯(lián)結(jié)以提高強度。 ? 2．巴爾申和特吉畢亞托斯基認為壓制時發(fā)生的加工硬化所引起的再結(jié)晶可以促進燒結(jié)。 ? 5． 1942年許提格利用物理化學(xué)的研究手段測定了燒結(jié)溫度對電動勢、溶解度、吸附能力、密度、顯微組織、力學(xué)性能等的影響，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)過程十分復(fù)雜。 ? 9． 1971年薩姆利諾夫開始以電子理論為基礎(chǔ)來研究燒結(jié)的物理本質(zhì)。 燒結(jié)的基本過程之二 燒結(jié)頸長大階段 —— 原子向顆粒結(jié)合面的大量遷移使燒結(jié)頸擴大，顆粒間距離縮小，形成連續(xù)的孔隙網(wǎng)絡(luò)，同時由于晶粒長大，晶界越過孔隙移動，而被晶界掃過的地方，孔隙大量消失。在這個階段，整個燒結(jié)體仍可緩慢收縮，但主要是靠小孔的消失和孔隙數(shù)量的減少來實現(xiàn)。特別是細粉，只要不氧化甚至在室溫長時間的放置都會有粘結(jié)或結(jié)塊的傾向。顆粒 中心距離減小，而且發(fā)生收縮。作為擴散空位“源”的有燒結(jié)表面，小孔隙表面，凹面及位錯。 （ 4）表面擴散 不管把金屬表面研磨的如何平整光滑，它仍保持著極大的凹凸不平，即使能夠做成在物理上沒有畸變的表面，其原子也是呈階梯狀排列的。 （ 5）晶界擴散 晶界對燒結(jié)的重要性有：燒結(jié)時，在顆粒接觸面上容易形成穩(wěn)定的晶界，特別是細粉末燒結(jié)后形成許多網(wǎng)狀晶界與孔隙互相交錯，使燒結(jié)頸邊緣和細孔隙表面的過?？瘴蝗菀淄ㄟ^鄰接的晶界進行擴散或被吸收。 53固相燒結(jié) 定義 :燒結(jié)過程中不出現(xiàn)液相 .是燒結(jié)時在不同 組分的顆粒間發(fā)生擴散與合金均勻化的過程 . ★ 顆粒間擴散過程 原子半徑 \溫度 \濃度 \溶解度 \添加其它組元等 . ★ 合金均勻化過程 燒結(jié)溫度 \時間 \粉末粒度 \壓坯密度 \原料 \雜質(zhì)等 擴散規(guī)律 ? 原子半徑相差越大 ,或在元素周期表中相距越遠的元素 ,互擴散速度越大 . ? 間隙式固溶的原子比替換式固溶的擴散速度大 . ? 溫度相同或濃度差別不大時 ,在體心立方點陣相中的原子比在面心立方點陣相中擴散速度快 . ? 在金屬中溶解度最小組元 ,具有最大的擴散速度 . ? 添加第三組元可顯著改變二組元的相互擴散速度 . ? 由于組元的互擴散系數(shù)不相等 ,產(chǎn)生柯肯德爾效應(yīng) . 柯肯達爾 (KIrkendall)效應(yīng) 如下面兩張圖片：“近朱者赤，近墨者黑”可以作為固態(tài)物質(zhì)中一種擴散現(xiàn)象的描述。 影響合金均勻化因素 ? 燒結(jié)溫度 :因原子互擴散系數(shù)隨溫度升高顯著增大 . ? 燒結(jié)時間 :時間越長 ,擴散越充分 ,合金化程度越高 . ? 粉末粒度 :合金化速度隨粒度減小而增加 . ? 壓坯密度 :增大壓制壓力 ,使粉末顆粒間接觸面增大 ,擴散界面增大 ,加快合金化進程 ,但作用有限 . ? 粉末原料 :采用一定量的預(yù)合金粉或復(fù)合粉會使擴散路程縮短 ,減少原子的遷移數(shù)量 . ? 雜質(zhì) :雜質(zhì)存在一般會阻礙合金化 . 167。 液相燒結(jié)過程及機構(gòu) ? 顆粒重排機構(gòu) :液相流動使顆粒重新排列以獲得最緊密的堆砌和最小的孔隙總表面積 . ? 溶解 再析出機構(gòu) :因顆粒大小不同 ,表面形狀不規(guī)整 ,各部位的曲率。 液相才能滲入顆粒的微孔和裂隙甚至晶粒間界 . 影響因素 :溫度與時間 ,表面活性物質(zhì) ,粉末表面狀態(tài) ,氣氛 . 溶解度 :固相有限溶解于液相可改善潤濕性 .但過大不利燒結(jié) . 液相數(shù)量 :液相量一般不超過燒結(jié)體體積的 35%為宜 .多不能 保證產(chǎn)品形狀和尺寸 ,少燒結(jié)體內(nèi)會殘留一部分不被液相填充的小孔 . γsgγsl=γlg經(jīng)分析，界面的左側(cè)（ Cu）也含有 Ni原子，而界面的右側(cè)（ Ni）也含有 Cu原子，但是左側(cè) Ni的濃度大于右側(cè) Cu的濃度，這表明， Ni向左側(cè)擴散過來的原子數(shù)目大于 Cu向右側(cè)擴散過來的原子數(shù)目。 （ 6）塑性流動 燒結(jié)頸形成和長大可看成是金屬粉末在表面張力作用下發(fā)生塑性變形的結(jié)果。 對金屬粉末，其顆粒表面更是凹凸不平。在接觸頸部的空位濃度高于平衡濃度，遠離接觸頸部的空位濃度低于平衡濃度。這樣物質(zhì)就可能由接觸 點以外的表面蒸發(fā)在接觸點處凝聚遷移。這種多余的能量，就是燒結(jié)過程的原動力。 167。 燒結(jié)的基本過程之三 封閉孔隙球化和縮小階段 —— 當(dāng)燒結(jié)體密度達到 90%以后，多數(shù)孔隙被完全分隔。此階段內(nèi)，顆粒內(nèi)的晶粒不發(fā)生變化，顆粒外形也基本未變，整個燒結(jié)體不發(fā)生收縮，密度增加也極微。 ? 7． 1949年庫欽基用實驗證實燒結(jié)時對物質(zhì)遷移機構(gòu)主要是以空位為媒介的體積擴散。 ? 3． 1937瓊斯認為：物質(zhì)本身的凝聚力是粉末燒結(jié)的動力，壓制只是增加了顆粒間的接觸面積，具有使燒結(jié)容易進行的效果。 多元系液相燒結(jié) 液相存在燒結(jié)過程的始終：如 WCCO 液相在保溫后期消失：如 CuSn. 溶浸：液相燒結(jié)的特殊情況 。 57 燒結(jié)方法 ★ 167。 53 液相燒結(jié) ★ 167。 D芯 =d0(1t徑 +s徑 ) △ Z=(%+%)= (12) 上下模沖內(nèi)徑 ：按 G7/h6的配合間隙選取。 10028=72mm (7) 墊塊高度 ：墊塊高度應(yīng)保證壓坯的高度尺寸，它等于上下模沖及壓坯總高減去陰模高度。 H臺階 =kh發(fā)蘭 +h下 +△ J= kh發(fā)蘭 （ 1t軸 +s軸 ） +h下 +△ J= 取 28mm (3) 下模沖高度 ：等于陰模內(nèi)臺階深度減去壓坯發(fā)蘭的高度，即 H下 =H臺階 h發(fā)蘭 =H臺階 [ h發(fā)蘭 （ 1t軸 +s軸 ） +]== (4) 裝粉墊高度 ：即由松裝粉末高度移至壓坯高度 (即所移動的距離 )。 46典型模具結(jié)構(gòu)及壓模零件尺寸計算 制品密度為 ~，所用粉末的松裝密度 ，壓坯的軸向彈性后效為 %，軸向燒結(jié)收縮率為%，兩端面機加工余量各 ， 壓坯的徑向彈性后效為 %，徑向燒結(jié)收縮率 %，壓坯不留精整余量。 （ 5）整形模和高精度的壓件的模具，宜用耐磨性好的材料，盡可能用硬質(zhì)合金模。 45 模具材料的選擇與制備 ? 1．模具材料選用的基本原則 （ 1）批量大時，用耐磨性好的材料，如高速鋼（ W18Cr4V，W12Cr4V4Mo） 或硬質(zhì)合金（ YG15， YG8），批量小或試制產(chǎn)品，則用廉價的碳素工具鋼（ T10A， T12A）。 7． 陰模外徑的計算 ：粉末冶金壓模在壓制時，陰模承受較大的側(cè)向壓強（ P側(cè)=εθP），這樣就會產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。 D=D0（ 1t徑 +s徑 ） +△ J徑 +△ Z徑 △ b D0—— 產(chǎn)品外徑（基本尺寸 +上下偏差的平均值） 5． 芯桿外徑的確定 ：根據(jù)壓坯內(nèi)孔尺寸的要求確定。 H陰 =H粉 （ =Kh坯 ） +h上 +h下 h坯 =h0（ 1t軸 +s軸 ） +h0（ 1t軸 +s軸 ） f 2． 芯桿長度的確定 ：原則取與陰模高度一樣或略短一點。以便復(fù)壓時壓坯能順利放入模腔。 5．機加工余量（△ J）：是為了滿足產(chǎn)品尺寸精度和表面光潔度的要求而增加的磨削輔助機械加工的加工余量。 44 模具零件的尺寸計算 壓模尺寸計算涉及的 幾個基本參數(shù) ： 1．壓縮比（ K）：指粉末壓縮前與壓縮后的體積比。 不等高壓坯模具設(shè)計的 基本原則 是沿不等高分界線將沖頭分型和在壓制時采用壓制速率相等的壓制法。 等高制品是指沿壓制方向壓坯的截面形狀不變，壓坯的高度相等的制品 不等高制品成型模結(jié)構(gòu)設(shè)計 粉末填裝系數(shù) (k)相同或相近 壓坯各橫截面上的粉末填裝系數(shù)相同 粉末填裝系數(shù) k=裝粉高度 H粉 /該截面上的壓坯高度 h壓 壓制過程粉末體只產(chǎn)生柱式流動和幾乎不產(chǎn)生橫向流動的特點 實際中先受壓縮或受壓縮程度大的橫截面上的粉末填裝系數(shù)大一些。 167。 當(dāng) H/D≤1或 H/δ≤3時，采用單向壓制和單向壓模 當(dāng) H/D1或 H/δ3時，采用雙向壓制和雙向壓模 當(dāng) H/D4，采用帶摩擦芯桿的壓制和壓模 當(dāng)壓模結(jié)構(gòu)確定后要根據(jù)產(chǎn)品尺寸、精度、公差和壓坯在壓制時的膨脹量、燒結(jié)時的收縮量、整形量、復(fù)壓復(fù)燒量等，計算壓坯的幾何尺寸，然后再計算模具各零件的設(shè)計尺寸。 ?對一些燒結(jié)后需要整形的零件或復(fù)壓復(fù)燒等零件，還需了解和掌握 整形余量和復(fù)壓量、復(fù)燒量 等。 41 粉末冶金模具分類 167。 45等高制品成型模結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 ? 167。 41模具概述 ? 167。它是先將所選粉末與粘結(jié)劑進行混合，然后將混合料進行制粒再注射成形所需要的形狀。 ?粉漿澆注法 :先將細粉末分散在液體中，制成穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)（即粉漿），將其注入吸收液體強的例如用石膏制成的模具里并澆注成一定形狀。 ?擠壓成型 :把金屬粉末與一定量的有機粘結(jié)劑混合（成糊狀），用適當(dāng)?shù)哪＞咴诔兀ɑ蚋邷兀┫录由蠅毫M行擠壓，經(jīng)過干燥、固化和燒結(jié)便可制成產(chǎn)品。 ? 掉邊掉角 ：主要是壓坯強度和密度不夠、或操作不慎造成的。 第二，裂紋出現(xiàn)時沒有嚴(yán)格的方向性，它可以是縱向的，也可是橫向的，甚至是任意方向的。 原因是粉末顆粒之間的破壞力大于粉末顆粒之間的結(jié)合力。原因之一使壓力傳遞充分，有利于壓坯各部分的密度均勻化；其二使粉末間空隙中的空氣有足夠的時間排除；第三給粉末顆粒的相互嚙合與變形以充分的時間。它影響粉末顆粒間的摩擦狀態(tài)