【正文】 燒結(jié) ↓ 溫壓零部件 3 溫壓的技術(shù)特點(diǎn) 1)低成本制造高性能 P/M零部件 若 WP=，則 1P1S= 2P2S= Copper Infiltration (CI)= Powder fing (PF)= 源 于 加工工序少，模具壽命長，零件形狀復(fù)雜程度提高 2)壓坯密度高 相對密度提高 ，即孔隙度降低 26% 3)便于制造形狀復(fù)雜的零部件 低的脫模壓力， ↓ 30% 彈性后效小， ↓ 50% 高的壓坯強(qiáng)度， ↑ 25100% 高壓坯密度 密度分布均勻，密度差 ↓ ? 4)零件強(qiáng)度高 (同質(zhì)、同密度 ) ? 極限抗拉強(qiáng)度 ↑ 10%，燒結(jié)態(tài)達(dá) 1200MPa ? 疲勞強(qiáng)度 ↑ 10% ? 若經(jīng)適度復(fù)壓，與粉末鍛件相當(dāng) ? 5)零件表面質(zhì)量高 ? 精度提高 2個 IT級 ? 模具壽命長 (模具磨損少 ) ? 6)壓制壓力降低 ? 同壓坯密度時，壓力降低 140Mpa ? 提高壓機(jī)容量 4 溫壓加熱系統(tǒng) 陰模的加熱：電阻加熱 粉末加熱方式 熱油循環(huán) 溫控穩(wěn)定性好，不易過熱 微波 加熱速度快，但存在過熱和微波外泄（安全）問題 感應(yīng)： 與微波相似 電阻加熱 加熱速度較快，也存在過熱問題 熱油循環(huán)粉末加熱系統(tǒng) 5 溫壓過程的實質(zhì) ? 塑性變形得以充分進(jìn)行： 加工硬化速度和程度降低 ? ↑ 壓坯密度 ? 有效地減小粉末與模壁間的摩擦 :增大有效外壓力 ? 降低粉末顆粒間的內(nèi)摩擦： 便于顆粒間的相互填充 ? ↑ 壓坯密度 ? 顆粒重排 為主導(dǎo)機(jī)理 ? 顆粒的塑性變形為前者提高協(xié)調(diào)性變形 ? 成為后期的主導(dǎo)致密化機(jī)理 塑性變形與顆粒重排對溫壓致密化的相對貢獻(xiàn) 0 100 200 300 400 500 600 7000 .0 00 .0 50 .1 00 .1 50 .2 00 .2 50 .3 00 .3 50 .4 00 .4 50 .5 00 .5 50 .6 0Pre ssu re / M Pac(p)Plas t ic def orm at ion, C2(P)Par ti c l e re a rra n g e m e n t, C1(P)顆粒重排貢獻(xiàn) C1/(C1+C2) ? 壓力（ MPa） C1/(C1+C2) ? 100 ? 200 ? 600 ? 676 ? %New Lub.+100℃/120℃ ? 潤滑劑的作用 ? 降低粉末顆粒的內(nèi)外摩擦， ↑ 有效外壓 → 密度 ↑ ? ↑ 溫度，摩擦系數(shù) μ↓ ，利于塑性變形和粉末顆粒間的相互填充，彈性后效 ↓ ，脫模壓力 ↓ ? 技術(shù)核心 ? 專用粉末設(shè)計 ? 基粉 base materials ? 高效潤滑劑 (潤滑劑膜包覆每個顆粒，膜具有耐壓性能 ) ? 加熱系統(tǒng) 167。 ? 變形嚴(yán)重， 3days ? （ Ⅱ ）法：惰性氣體環(huán)境，熱脫脂 ? 粘結(jié)劑的蒸汽壓稍高于氣氛壓力 ,1 day ? （ Ⅲ ）法：虹吸脫脂除去大部分粘結(jié)劑（ 200℃ ， 3hrs），常壓氫中熱脫脂 ,10 hrs Injectamax法 ? 適于多組元粘結(jié)劑體系（高熔點(diǎn)和低熔點(diǎn)組份） 1988年發(fā)明 ? 在室溫處于液態(tài)或半固態(tài)低熔點(diǎn)組份 → 液態(tài)溶劑脫除低熔點(diǎn)組元 → 高熔點(diǎn)組元熱脫脂 6 hrs Metamold法（ BSAF） —催化脫脂法 （九十年代初） 適于聚醛樹脂粘結(jié)劑體系，在酸性氣氛下脫脂 低于粘結(jié)劑的熔點(diǎn)，借助于氣 固反應(yīng)脫脂 脫脂過程由表及里 減小形成缺陷的可能性 精度高，速度快， 4mm/h 但對設(shè)備具有一定程度的腐蝕 燒結(jié) ? PIM坯體經(jīng)脫脂后為多孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱系數(shù)很小 ? 過快的升溫速度造成坯件表面層優(yōu)先燒結(jié)，形成硬殼 ? 阻止內(nèi)部粉末收縮 ? 熱應(yīng)力 → 坯體變形和空洞 4 待解決的技術(shù)問題 粉末成本：解決粗粉的注射成形問題 粘結(jié)劑的回收 脫脂時間長，生產(chǎn)效率低 鐵基材料、硬質(zhì)合金中碳量控制 精度控制 缺陷消除 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(jī)發(fā)動機(jī)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(diǎn) ? 幾乎能消除粉末坯體中的所有孔隙，相對密度達(dá) ? 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(jī)的分類 ? 螺紋式和框架式 ? 螺紋式 ? 螺紋承受軸向壓力 ? 缺點(diǎn)： 工作壓力難以均勻地由各個螺紋承擔(dān) → 巨大應(yīng)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(yīng)力均勻分布，安全系數(shù)高 框架式 HIP 4 HIP壓機(jī)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(jī) ? 真空系統(tǒng) ? 油壓機(jī)構(gòu) ? 控制上下活塞開閉和框架移動 ?5 包套材料 ? 選擇準(zhǔn)則 ? 可塑性和強(qiáng)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(yīng)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(jī)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(jī)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(yù)熱爐加熱，轉(zhuǎn)入 HIP壓機(jī) ? ↑ 生產(chǎn)效率 ?8 HIP的應(yīng)用 ? HIP成形 ? 鑄件處理 ? 擴(kuò)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(jī)加壓 設(shè)備投資少 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(qiáng)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(yīng)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(jìn)入輥之間，導(dǎo)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(jī)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(yīng)用 ? 多孔板材，如過濾板、催化劑板材 ? 層狀復(fù)合材料帶、板材 ? 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 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(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)， 硬化過程不能進(jìn)行，獲得相對密度 ≥ ?2 構(gòu)成 ? 粉末包套和炸藥引爆裝置 ?3 應(yīng)用 ? 硬質(zhì)粉末或形狀復(fù)雜的大型粉末部件的成形 ? 超大型金屬板材的焊接