粉末冶金成形技术综述
粉末冶金成形技术综述 *** (***大学,材料科学与工程学院,***, ***) 摘要:粉末冶金成形技术包括温压技术、流动温压技术、模壁润滑技术、高速 压制技术等新技术。认为粉末冶金新技术、新工艺的不断出现,必将促进高技术 产业的快速发展。 关键词:粉末冶金;成形;新技术 Overview of the ation Technology of Powder Metallurgy *** (School of Materials Science and Engineering, ***, *** ,***, China) Abstract: The ation technology of powder metallurgy includes the warm compaction technology, the warm flow compaction technology, the mold wall lubrication technology and the high velocity compaction technology. The unceasing appearance of the new technology for powder metallurgy will certainly promote the rapid development of the high - tech industry. Key words: powder metallurgy; ation; new technology 引言 粉末冶金为冶金学的一个分支,其领域包括:①制取金属粉末;②金属粉末 或金属粉末和非金属粉末的混合物,经成形和烧结,制成各种金属和金属-非金属 的材料和制品。制造和利用金属粉末,经历了很长的时间。早期是用机械粉碎法 制得金、银、铜和青铜的粉末,多用作陶器等器具的装饰涂料。18世纪下半叶和 19世纪上半叶,俄、英、西班牙等国曾以工场规模制取海绵伯粒,经过热压、锻 和模压、烧结等工艺制造钱币和贵重器物。1909年美国库利吉(W. D. Coolidge) 发明用粉末冶金方法制造灯泡用钙丝,奠定了现代粉末冶金的基础。此后20年间, 用粉末冶金方法制造了钙、钥制品,硬质合金,青铜含油轴承,多孔过滤器,集 电刷等,逐步形成了整套粉末冶金技术。30年代旋涡研磨铁粉和碳还原铁粉问世 以后,用粉末冶金法制造铁基机械零件获得了很快的发展。第二次世界大战后粉 末冶金技术发展迅速,新的生产工艺和技术装备、新的材料和制品不断出现,开 拓出一些能制造特殊材料的领域,成为现代工业中重要的组成部分。 粉末冶金是一项集材料制备与零件成形于一体,节能、节材、高效、最终成 形、少污染的先进制造技术,在材料和零件制造业中具有不可替代的地位和作用, 已经进入当代材料科学的发展前沿。目前粉末冶金技术正向着高致密化、高性能 化、低成本方向发展。 1粉末冶金的制备方法 1.1热压 是一种将模压与烧结相结合的成形方法。因为金属和合金粉末在高温下塑性 好,容易变形,所以热压制品通常比冷压烧结制品更致密,强度也较高。热压可在 大气、保护气氛或真实条件下进行。加热方式主要有三种:传导、感应和电阻加 热。制品的密度与热压温度、压力和时间有关。但是,当热压温度高到材料中出 现液相时,压力就不能太大了。否则液相组分会被挤出,这不仅能引起材料成分的 改变,而且会严重地损坏模具。热压只要配备有加热系统的压机和耐高温的模具 即可。常用的模具材料为石墨。由于热压所需要的压力较小,产品致密,尺寸精 确,因此常用于生产硬质合金轧辐、顶锤等大型零部件。热压还适用于生产烧结 性很差的金属陶瓷等材料。热压的缺点是生产率低,成本较模压成形高。 1. 2等静压 通过液体或气体传递压力使粉末体各向均匀受压而实现致密化的方法,称为 等静压制,简称等静压。等静压可分为冷等静压和热等静压两种。 (1) 冷等静压:通常是将粉末密封在软包套内,然后放到高压容器内的液 体介质中,通过对液体施加压力使粉末体各向均匀受压,从而获得所需要的压坯。 液体介质可以是油、水或甘油。包套材料为橡胶之类的弹塑性材料。金属粉末可 直接装套或模压后装套。由于粉末在包套内各向均匀受压,所以可获得密度较均 匀的压坯,因而烧结时不易变形和开裂。其缺点是压坯尺寸精度差,还要进行机 械加工。冷等静压已广泛用于硬质合金、难熔金属及其他各种粉末材料的成形。 (2) 热等静压:将金属粉末装入高温下易于变形的包套内,然后置于可密 闭的缸体中(内壁配有加热体的高压容器),关严缸体后用压缩机打入气体并通 电加热。随着温度升高,缸内气体压力增大。粉末在这种各向均匀的压力和温度 的作用下成为具有一定形状的制品。加压介质一般用氧气。常用的包套材料为金 属(低碳钢、不锈钢、钛),还可用玻璃和陶瓷。由于温度和等静压力的同时作 用,可使许多种难以成形的材料达到或接近理论密度,并且晶粒细小,结构均匀, 各向同性和具有优异的性能。热等静压法最适宜于生产硬质合金、粉末高温合金、 粉末高速钢和金属被等材料和制品;也可对熔铸制品进行二次处理,消除气孔和 微裂纹;还可用来制造不同材质紧密粘接的多层或复合材料与制品。全球大约有 20台先进的具有快速循环使用性能的热等静压机,主要用于航空器件、医疗植A 器件、耐磨件,工业气动涡轮和喷射靶材的制备见图1。e 图1 浅海石油钻探用14tHip部件 1. 3粉末锻造 将金属粉末压制成预成形坯,烧结后再加热进行锻造,以减少甚至完全消除 其中的残余孔隙的方法,称为粉末锻造。其锻造方式有三种(1)热复压。预成形坯 的形状接近成品形状,外径略小于锻模模腔内径。因为锻造时材料不发生横向流 动,锻件有0〜2%的残余孔隙度。(2)无飞边锻造。这种锻造在限模中进行,材 料有横向流动,锻件不产生飞边。(3)闭模锻造。预成形坯的形状较简单,且外 径比锻模内径小得多,锻造时产生飞边,是一种与常规锻造相类似的方法。无飞 边锻造和闭模锻造常用于生产要求致密度很高的零件。预成形坯的设计和制造是 粉末锻造的关键步骤之一。此外,对于热锻预成形坯必须加以保护,以免氧化和 脱落的氧化皮陷入锻件中造成锻造废品。粉末锻件的密度可达理论密度的98% 以上。与常规锻造相比,粉末锻造的压力小,温度低,材料利用率高,工艺简单, 尺寸精确;锻件的性能可接近普通锻件,而且方向性小。粉末锻件广泛应用于汽 车工业、运输机械等方面。 1.4粉末挤压 粉末挤压的优点在于挤压件长度尺寸不受限制,产品密度均匀,生产可连续 进行、效率高、灵活性大,设备简单、操作方便。粉末挤压又分为金属粉末直接 挤压和装包套后热挤压两种。 (1)直接挤压:将塑性良好的有机物和金属粉末混合后,置入挤压模具内, 在外力作用下使增塑粉末通过一定几何形状的挤压嘴挤出,成为各种管材、棒材 及其他异形的半成品。影响挤压过程的主要因素是增塑剂的含量、预压压力、挤 压温度和挤压速度。 (2)包套挤压:热挤压能把热压和热塑性加工结合在一起,从而获得全致 密的优质材料;但为了防止粉末或压坯氧化,需要将它们装