【正文】 液相燒結(jié)過程及機(jī)構(gòu) ? 顆粒重排機(jī)構(gòu) :液相流動(dòng)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(jī)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(shí)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(huì)殘留一部分不被液相填充的小孔 . γsgγsl=γlg 影響合金均勻化因素 ? 燒結(jié)溫度 :因原子互擴(kuò)散系數(shù)隨溫度升高顯著增大 . ? 燒結(jié)時(shí)間 :時(shí)間越長 ,擴(kuò)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(kuò)散界面增大 ,加快合金化進(jìn)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(huì)使擴(kuò)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(huì)阻礙合金化 . 167。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(kuò)散過來的原子數(shù)目大于 Cu向右側(cè)擴(kuò)散過來的原子數(shù)目。 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(shí)在不同 組分的顆粒間發(fā)生擴(kuò)散與合金均勻化的過程 . ★ 顆粒間擴(kuò)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(shí)間 \粉末粒度 \壓坯密度 \原料 \雜質(zhì)等 擴(kuò)散規(guī)律 ? 原子半徑相差越大 ,或在元素周期表中相距越遠(yuǎn)的元素 ,互擴(kuò)散速度越大 . ? 間隙式固溶的原子比替換式固溶的擴(kuò)散速度大 . ? 溫度相同或濃度差別不大時(shí) ,在體心立方點(diǎn)陣相中的原子比在面心立方點(diǎn)陣相中擴(kuò)散速度快 . ? 在金屬中溶解度最小組元 ,具有最大的擴(kuò)散速度 . ? 添加第三組元可顯著改變二組元的相互擴(kuò)散速度 . ? 由于組元的互擴(kuò)散系數(shù)不相等 ,產(chǎn)生柯肯德爾效應(yīng) . 柯肯達(dá)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(kuò)散現(xiàn)象的描述。 （ 6）塑性流動(dòng) 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。 （ 5）晶界擴(kuò)散 晶界對(duì)燒結(jié)的重要性有：燒結(jié)時(shí)，在顆粒接觸面上容易形成穩(wěn)定的晶界，特別是細(xì)粉末燒結(jié)后形成許多網(wǎng)狀晶界與孔隙互相交錯(cuò)，使燒結(jié)頸邊緣和細(xì)孔隙表面的過?？瘴蝗菀淄ㄟ^鄰接的晶界進(jìn)行擴(kuò)散或被吸收。 對(duì)金屬粉末，其顆粒表面更是凹凸不平。 （ 4）表面擴(kuò)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。在接觸頸部的空位濃度高于平衡濃度，遠(yuǎn)離接觸頸部的空位濃度低于平衡濃度。作為擴(kuò)散空位“源”的有燒結(jié)表面，小孔隙表面，凹面及位錯(cuò)。這樣物質(zhì)就可能由接觸 點(diǎn)以外的表面蒸發(fā)在接觸點(diǎn)處凝聚遷移。顆粒 中心距離減小，而且發(fā)生收縮。這種多余的能量，就是燒結(jié)過程的原動(dòng)力。特別是細(xì)粉，只要不氧化甚至在室溫長時(shí)間的放置都會(huì)有粘結(jié)或結(jié)塊的傾向。 167。在這個(gè)階段，整個(gè)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(shí)現(xiàn)。 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(dá)到 90%以后，多數(shù)孔隙被完全分隔。 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(kuò)大，顆粒間距離縮小，形成連續(xù)的孔隙網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)由于晶粒長大，晶界越過孔隙移動(dòng)，而被晶界掃過的地方，孔隙大量消失。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(gè)燒結(jié)體不發(fā)生收縮，密度增加也極微。 ? 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)。 ? 7． 1949年庫欽基用實(shí)驗(yàn)證實(shí)燒結(jié)時(shí)對(duì)物質(zhì)遷移機(jī)構(gòu)主要是以空位為媒介的體積擴(kuò)散。 ? 5． 1942年許提格利用物理化學(xué)的研究手段測(cè)定了燒結(jié)溫度對(duì)電動(dòng)勢(shì)、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。 ? 3． 1937瓊斯認(rèn)為：物質(zhì)本身的凝聚力是粉末燒結(jié)的動(dòng)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(jìn)行的效果。 ? 2．巴爾申和特吉畢亞托斯基認(rèn)為壓制時(shí)發(fā)生的加工硬化所引起的再結(jié)晶可以促進(jìn)燒結(jié)。 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 。 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(diǎn)的溫度下的加熱處理，借顆粒間的聯(lián)結(jié)以提高強(qiáng)度。 57 燒結(jié)方法 ★ 167。 55 燒結(jié)工藝 ★ 167。 53 液相燒結(jié) ★ 167。 51 燒結(jié)機(jī)構(gòu) 熱力學(xué) :為什么能粘結(jié)到一塊 動(dòng)力學(xué) :物質(zhì)的遷移 ★ 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。 (9) 陰模內(nèi)徑 ： 陰模臺(tái)階上部?jī)?nèi)徑 =(%+%)= 陰模臺(tái)階下部?jī)?nèi)徑 =(%+%)= (10) 上下模沖外徑 ：分別按 H8/f7和 H7/g6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。 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。 H臺(tái)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(tái)階深度減去壓坯發(fā)蘭的高度，即 H下 =H臺(tái)階 h發(fā)蘭 =H臺(tái)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(dòng)的距離 )。 壓縮比 K=d坯 /d松 =(取壓坯密度為 ) 為了彌補(bǔ)成型主體時(shí)少量粉末的側(cè)向移動(dòng)，主體粉末要稍多裝一點(diǎn)粉末 ，故取主體部分的 裝填系數(shù)（或壓縮比）為 。 46典型模具結(jié)構(gòu)及壓模零件尺寸計(jì)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(jī)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。 ? 2．模具主要零件的加工 機(jī)械切削加工，電加工和熱處理 (見圖 )。 （ 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。 （ 3）對(duì)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(duì)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。 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(shí)，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(jià)的碳素工具鋼（ T10A， T12A）。 e 求出裝配時(shí)的單邊過盈量 △ r中 f 求出熱裝時(shí)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(shí)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。 7． 陰模外徑的計(jì)算 ：粉末冶金壓模在壓制時(shí)，陰模承受較大的側(cè)向壓強(qiáng)（ P側(cè)=εθP），這樣就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。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。 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。 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(dòng)的距離等因素。 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(diǎn)。 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 。以便復(fù)壓時(shí)壓坯能順利放入模腔。一般車削加工取 1~，磨削加工取 ~。 5．機(jī)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(jī)械加工的加工余量。 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。 44 模具零件的尺寸計(jì)算 壓模尺寸計(jì)算涉及的 幾個(gè)基本參數(shù) ： 1．壓縮比（ K）：指粉末壓縮前與壓縮后的體積比?；蛘呃梅峭瑫r(shí)雙向壓制方式，在壓坯等高端進(jìn)行后壓，由于后壓時(shí)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。 不等高壓坯模具設(shè)計(jì)的 基本原則 是沿不等高分界線將沖頭分型和在壓制時(shí)采用壓制速率相等的壓制法。 不等高制品的模沖應(yīng)設(shè)計(jì)成組合模沖。 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(jì) 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(dòng)和幾乎不產(chǎn)生橫向流動(dòng)的特點(diǎn) 實(shí)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。 ? 設(shè)計(jì)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。 167。不同用途的模具以及模腔形狀不同的模具，其強(qiáng)度計(jì)算方法也不同。 當(dāng) H/D≤1或 H/δ≤3時(shí)，采用單向壓制和單向壓模 當(dāng) H/D1或 H/δ3時(shí)，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(shí)的膨脹量、燒結(jié)時(shí)的收縮量、整形量、復(fù)壓復(fù)燒量等，計(jì)算壓坯的幾何尺寸，然后再計(jì)算模具各零件的設(shè)計(jì)尺寸。 、選擇壓機(jī)和壓制方式 對(duì)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。 ?對(duì)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。 ?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(huì)不同。 41 粉末冶金模具分類 167。 47模具零件的尺寸計(jì)算及制備 ? 167。 45等高制品成型模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 ? 167。 43粉末冶金零件 壓坯類型 ? 167。 41模具概述 ? 167。成形以后排除粘結(jié)劑，再對(duì)脫脂坯進(jìn)行燒結(jié)。它是先將所選粉末與粘結(jié)劑進(jìn)行混合，然后將混合料進(jìn)行制粒再注射成形所需要的形狀。 ?粉末熱鍛技術(shù) :是把金屬粉末壓制成一預(yù)成型坯，并在保護(hù)氣氛中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，使其具有一定的強(qiáng)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(jìn)行鍛打。 ?粉漿澆注法 :先將細(xì)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(qiáng)的例如用石膏制成的模具里并澆注成一定形狀。 ?三向壓制成型技術(shù) :用像干袋等靜壓一樣的工具，借助活塞把比側(cè)限壓力更大的壓力加載到上下頂蓋，這一總的壓力狀態(tài)在成型坯內(nèi)產(chǎn)生了剪切應(yīng)力，從而使成型坯得到更高的密度和強(qiáng)度。 ?擠壓成型 :把金屬粉末與一定量的有機(jī)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(jìn)行擠壓，經(jīng)過干燥、固化和燒結(jié)便可制成產(chǎn)品。 壓制廢品圖示 ? 裂紋 ? 分層 ? 拉毛 ? 掉邊 ? 掉角 ? 密度分布不均 ? 單重不準(zhǔn) 167。 ? 掉邊掉角 ：主要是壓坯強(qiáng)度和密度不