【正文】 點 ? 生產(chǎn)率高，易于實現(xiàn)自動化 ? 模具使用壽命長 ? 缺點 每次只能壓制一種產(chǎn)品 ? 兩者的區(qū)別 干袋式不取出軟模 167。 5 熱等靜壓制 ? 1 技術(shù)背景 ? 在 CIP基礎(chǔ)上發(fā)展 ? 開發(fā)高性能飛機發(fā)動機用粉末高溫合金（即粉末超合金）渦輪盤 ? 粉末高速鋼 ? 硬質(zhì)合金軋輥制品 ? 2 HIP原理 ? 包套置于一具有發(fā)熱元件的高壓容器內(nèi)，抽出缸內(nèi)空氣 ? 壓入 30—60Mpa的氬氣，加熱致 100Mpa左右 ? 借助于高溫、高壓的聯(lián)合作用使粉末體發(fā)生充分致密化 ? 獲得全致密高性能 P/M制品 3 特點 ? 幾乎能消除粉末坯體中的所有孔隙，相對密度達 ? 壓力作用，加熱溫度低于通常的燒結(jié)溫度 ? 無成份偏析 ? 核廢料 HIP處理，避免環(huán)保問題和對操作人員的損害 ? 鑄件等的后處理，消除孔洞或裂紋等 ? 設(shè)備投資大，成本高 ? 3 HIP壓機的分類 ? 螺紋式和框架式 ? 螺紋式 ? 螺紋承受軸向壓力 ? 缺點： 工作壓力難以均勻地由各個螺紋承擔 → 巨大應力集中 → 斷裂 → 爆炸 ? 框架式 ? 軸向壓力通過上下活塞傳遞到框架，應力均勻分布，安全系數(shù)高 框架式 HIP 4 HIP壓機的結(jié)構(gòu) ? 發(fā)熱元件 NiCrAl絲（ 1200℃ ）； Mo絲（ 1800℃ ）； W絲及鎢錸合金，石墨（ 2022℃ 以上 ） ? 隔熱屏 ? 爐內(nèi)溫度在 10003000℃ ，缸體溫度為 100200℃ ? 高效隔熱屏，多層結(jié)構(gòu) ? 壓縮機 ? 真空系統(tǒng) ? 油壓機構(gòu) ? 控制上下活塞開閉和框架移動 ?5 包套材料 ? 選擇準則 ? 可塑性和強度 ? 不破裂和隔絕高壓氣體滲入 ? 良好的可加工性和可焊接性 ? 不與粉末發(fā)生反應和造成污染 ? HIP后易被除去 ? 成本低 ? 中低碳鋼： 適于粉末高速鋼， 1400℃ ? Ni： Ti,陶瓷， 1430℃ ? 不銹鋼： 不銹鋼， 1350℃ ? 鉛 堿玻璃： 金屬，陶瓷， 630℃ ? 高硅玻璃： 金屬，陶瓷， 8901600℃ ? 石英玻璃： 11301600℃ 6 HIP工藝流程 ? 粉末 → 裝入包套 → 真空脫氣（或加熱） ? → 檢漏 → 封焊 → HIP→ 出爐 ? → 除去包套（陶瓷、玻璃：敲碎；金屬：機加工） → 表面清理 → HIP產(chǎn)品 7 壓制方式 ? 取決于包套材料 ? 金屬： ↑ P， ↑ T（可采用低壓壓縮機系統(tǒng)） ? 玻璃、陶瓷和金屬 ： ↑ T， ↑ P ? 玻璃、陶瓷和金屬： ↑ (T， P) ? 熱裝爐操作 ? 工件在預熱爐加熱，轉(zhuǎn)入 HIP壓機 ? ↑ 生產(chǎn)效率 ?8 HIP的應用 ? HIP成形 ? 鑄件處理 ? 擴散聯(lián)結(jié)： M/C， C/C， M/M ? 核廢料處理 9 陶瓷模工藝 陶瓷粒子作傳壓介質(zhì) 陶瓷粒子的可流動性 普通壓機加壓 設(shè)備投資少 167。 6 粉末擠壓 ? 1 定義與分類 ? 定義 ? 將粉末、粉末壓坯或粉末燒結(jié)坯在外力作用下，通過擠壓筒的擠壓嘴擠成坯料或制品的成形方法 ? 分類 ? 粉末直接擠壓（冷擠壓）：塑性好的金屬粉末 ? 粉末增塑擠壓：加入一定量的成形劑或粘結(jié)劑，硬質(zhì)粉末如硬質(zhì)合金粉末 ? 粉末包套熱擠：彌散強化合金等 ? 燒結(jié)坯或粉末壓坯的熱擠壓：塑性較好的有色金屬材料 2 粉末增塑擠壓原理 ? 粉末在擠壓筒內(nèi)的 受力情況 ? 三向受壓縮，一方向變形 ? 沖頭施加的壓力 P，筒壁約束產(chǎn)生側(cè)壓力 Ph，相對運動產(chǎn)生摩擦力 Pf Ph =ξP, P f =μP h =ξμP 物料被擠出的條件： P≥P f + PR(變形阻力 ) 物料運動示意圖 3 擠壓過程 ? 增塑劑（ plasticizer） ? 石蠟 +粘結(jié)劑 PVA+硬脂酸（表面活性劑） ? 低密度聚乙烯 LDPE/硬脂酸 SA ? 聚丙烯 PP/SA ? 添加總量為 % ? 粗顆粒粉末或厚壁件取下限 ? 細顆粒粉末或薄壁件取上限 硬質(zhì)合金增塑擠壓工藝流程 粉末料 +增塑劑 ↓ 摻合（ 4050℃ ） ↓ 預壓（排氣，提高料密度） ↓ 擠壓（ 4050℃ ） ↓ 擠壓坯 ↓ 脫增塑劑 ↓ 燒結(jié) ↓ 制品 4 粉末熱擠壓 ? 借助于高溫的作用改善金屬的塑性流動性能，使坯體發(fā)生充分致密化，便于制造高性能 P/M管材，棒材 ? 應用 ? 燒結(jié)坯熱擠壓：塑性好的金屬與合金 ? 粉末包套熱擠壓 ? 含有活性高的元素粉末如 Ti、 B、 Zr、Al、 Si等高溫合金或彌散強化材料 ? 包套制作工藝與 HIP相同 167。 7 粉末軋制 ? 1 定義與分類 ? 定義 將粉末引入一對軋棍之間并使之壓實成具有一定粘結(jié)強度的連續(xù)帶坯的成形方法 ? 分類 ? 粉末直接軋（ direct powder rolling） ? 塑性良好的粉末（應用多） ? 粘結(jié)粉末軋制 (bonded powder rolling) ? 加入粘結(jié)劑改善粉末體的成形性 包套粉末熱軋 canned powder hot rolling 活性粉末和高致密度的坯帶 2 粉末軋制原理 特征區(qū) Ⅰ 區(qū) 自由流動區(qū) 顆粒受重力和因顆粒下移而產(chǎn)生顆粒間的摩擦力作用 Ⅱ 區(qū) 喂料區(qū) 輥表面施予粉末一定的摩擦力，帶動粉末顆粒進入輥之間，導致粉末被咬入 Ⅲ 區(qū) 壓軋區(qū) 粉末質(zhì)量不變，體積縮小，密度增加 特征區(qū) 粉末軋制示意圖 ? Hα =D(1COS α)+δ R ? δ R 帶坯厚度 α –咬入角 ? 質(zhì)量不變 ? Hα . o=δ ? →ρ= （ Hα . o） /（ δ out） 令軋延系數(shù) η= V out / Vin ? 壓實系數(shù) Z=ρ/ρ o ,則 ρ=ρ o[1+D(1COSα)/δ R]/η 或 δ R = D(1COS α)/(ηZ 1) 3 軋制過程的影響因素 ? 粉末性能 ? 粉末可軋制性 :可塑性、成形性和流動性 ? 流動性 ? 粉末具有足夠成形性的同時，愈高愈好 ? 粉末硬度 ? 低的粉末硬度便于變形和形成高的機械嚙合， ↑ 成形性 ? 軋輥直徑 ? ↑ D,ρ （ δ R固定）、 Hα ↑ ? 給料方式 ? 水平與垂直 m↑ ， ρ 、 δ R↑ ? 軋制速度 ? ↑ ω,ρ 、 δ R↓ （ m不變） ? 輥縫 t ? ↑t ，軋制壓力降低， ρ↓ ， δ R↑ ?4 粉末軋制的應用 ? 多孔板材，如過濾板、催化劑板材 ? 層狀復合材料帶、板材 ? 纖維增強復合材料 167。 8 粉漿澆注 slurry casting ? 大尺寸、形狀復雜陶瓷坯件成形的常用方法 ? 1 料漿的制備 ? 由金屬粉末或纖維與分散劑等組成的混合物 ? 具有一定的流動性、粘度和相對穩(wěn)定性 ? 分散劑 ：水或酒精 ? 添加劑 ? 粘結(jié)劑 ? 賦予澆注件以足夠強度 ? PVA， PEG，藻酸鈉， 3% ? 穩(wěn)定劑 ? 阻止粉末顆粒間的聚集，加入弱酸、堿，在顆粒表面上吸附 H+或 OH離子 ? 靜電吸附，同性相斥 → 分離 ? 除氣劑 ? 表面活性劑，減小氣 固界面能，使顆粒表面吸附的氣體脫附，有利于防止顆粒聚集和消除坯間氣孔 正丁醇 ? 調(diào)節(jié)劑 ? 調(diào)節(jié)料漿粘度，改善流動性 ? NaOH,HCl稀溶液，氨水溶液 2 石膏模制作 ? 石膏粉末粒度細，吸水能力強 ? 制作過程 ? 石膏粉末 +水（ 1： ） → 外加 1%尿素 ? → 混勻 → 注入型箱 → 干燥 → 取出型芯 ? → 干燥（ 4050℃ ） → 石膏模 3 澆注 ? 離型劑 ? 硅油或肥皂水 ? 隔絕粉末顆粒與石膏顆粒間的接觸和控制吸水速度 ? 但會降低后續(xù)使用時吸水速度 4 影響因素 粉末粒度 細粉末利于澆注 液固比 影響粉漿粘度和粉末沉降速度 粉漿的 PH值 影響粉漿粘度和粉末沉降速度 分散劑與粘結(jié)劑 粉漿的粘度和沉降速度和坯體強度 石膏模的吸水能力 5 顆粒的偏析效應 ? 漿料在石膏模形腔的固化受控于 ? 顆粒隨分散劑流向模壁的運動 ? 重力場中沉降作用 ? 顆粒偏析效應示意圖 ? 顆粒的堵塞效應示意圖 ? 研究發(fā)現(xiàn) ,偏析現(xiàn)象 ? 細顆?；蜉p質(zhì)顆粒的重力沉降作用較小 ,顆粒堵塞效應明顯 ? 粗顆?；蛑刭|(zhì)顆粒隨分散劑的運動較小 ,重力沉降效應顯著 ? 料漿的固液比 ,顆粒尺寸差異 ,顆粒比重差異 ,石膏模的吸水速度 ? 利用這一現(xiàn)象可制備梯度復合材料 ? FeCu/WC復合材料的硬度在澆注方向上的變化 0 2 4 6 8 10 12 14 16455055606570758085c a sting dire c ti o nd istan c e /m mHRB（ 3 ）167。 9 爆炸成形 1 原理 粉末在瞬間承受巨大沖擊波作用，粉末呈現(xiàn)非 彈塑性行為，在接觸處出現(xiàn)復雜的應力狀態(tài)， 硬化過程不能進行，獲得相對密度 ≥ ?2 構(gòu)成 ? 粉末包套和炸藥引爆裝置 ?3 應用 ? 硬質(zhì)粉末或形狀復雜的大型粉末部件的成形 ? 超大型金屬板材的焊接