粉末冶金原理_考研复习纲要

v1.0 可编辑可修改 温压压坯 ↓ 烧结 ↓ 温压零部件

3温压的技术特点

.低成本制造高性能P/M零部件:若WP=,则 1P1S= 2P2S= CI(浸铜)= PF=

源于:加工工序少,模具寿命长,零件形状复杂程度提高。 .密度高:相对密度提高,即孔隙度降低2-6%。 .便于制造形状复杂的零部件 源于:

.低的脱模压力,↓30%; .高的压坯强度,↑25-100%; .弹性后效小,↓50% ; .密度分布均匀,密度差↓-0.2gcm3; 而根据我们的研究结果,回弹与烧结收缩降低一个数量级。 .零件强度高:(同质、同密度)

极限抗拉强度↑10%,烧结态达1200MPa;

疲劳强度↑10%,若经适度复压,与粉末锻件相当; .零件表面质量高,精度提高2个IT级,模具寿命长(模具磨损少) .压制压力降低:同压坯密度时,压力降低140Mpa,提高压机容量

温压既保持了传统模压的高效、高精度优势,又提高了铁基零部件的性能,被誉为“导致粉末冶金技术革命的新技术”。 4温压工艺的关键技术

.温压粉末原料的制造技术:基粉(base material powder)制造技术和新型聚合物润滑剂的设计 基粉:

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v1.0 可编辑可修改 .部分预合金化铁粉partially alloyed iron powder(高压缩性,便于烧结合金化);

塑性改善机理:未合金化区域中的间隙元素的原子O、C、N发生了向合金化区域的定向迁移,导致铁的纯化和软化,压缩性提高。

如:在900℃进行部分预合金化处理时,碳含量(ppm)变化(原始值为320ppm): 扩散时间,min 30 Fe-Ni Fe-Cu .颗粒形状为近球形,水或气雾化铁粉;

.石墨的添加:普通石墨的加入导致温压密度大幅度降低,↓-0.4gcm3; a、压缩模量高 b 降低材料的无孔隙密度

聚合物润滑剂:润滑颗粒与模壁,降低外、内摩擦力 不适当的润滑剂导致:

. 流动性降低,不能实现自压和产品单重不一致; . 劣化润滑效果; . 降低烧结密度。 技术要求: .熔点>温压温度; .低的摩擦系数;

.具有明显的温度效应:T升高,摩擦系数下降 .较宽的分解温度范围,分解产物为单分子化合物; .无残留物; .无环保问题 .模具设计与制造

.硬质合金阴模衬与模套间的热配合间隙↓,即过盈量↑; .硬质合金阴模与冲头间的配合间隙,↑;

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40 213 205 60 192 195 75 180 186 90 160 178 230 215 v1.0 可编辑可修改 .提高模具的加工精度。

.温压加热系统:粉末与阴模的加热 加热方式:

热油循环:温控稳定性好,不易过热; 微波:加热速度快,但存在过热问题; 感应:同上

电阻加热:加热速度较快,也存在过热问题。 5温压过程的实质

.塑性变形得以充分进行:加工硬化速度和程度降低 .有效地减小粉末与模壁间的摩擦

.有效地降低粉末颗粒间的内摩擦,便于颗粒间的相互填充

颗粒重排为主导机理,颗粒的塑性变形为前者提高协调性变形,并成为后期的主导致密化机理。

利于颗粒重排的因素:球形粉末;易获得最大堆积密度的粒度组成;润滑剂薄层均匀地覆盖粉末颗粒表面;适当的塑性变形能力。 .润滑剂的作用:

.降低粉末颗粒的内外摩擦,↑有效外压→密度↑;

.↑温度,摩擦系数μ↓,利于塑性变形和粉末颗粒间的相互 填充,弹性后效↓,脱模压力↓

§3 注射成形(Injection moulding)技术

1技术背景

IM是塑料制品的一种通用成形技术,原理是利用熔融塑料的流动行为,借助于外压经注射嘴注入特定的形腔。由于单纯的塑料的强度和耐磨性低,应用范围受到很大限制。一般作法是在熔融塑料中加入诸如金属或陶瓷粒子作填充剂。 七十年代,从事P/M的工程技术人员由此得到启发,能否最大限度地提高塑料中填充剂的体积分数,而又可以保持塑料的良好流动性能呢这就是后来发展起来的

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v1.0 可编辑可修改 PIM,用以制造形状复杂程度很高的P/M小型零部件。

美国AMAX Met. Injet. Moulding ,德国BASF公司是开发PIM的先驱。八十年代初,PIM就实现了产业化。 2 PIM工艺概述

Metallic or ceramic powders + Binder

↓ Premixing ↓

Compounding(mixing and pelletizing) ↓

Feedstock

Injection moulding ↓

Debinding(solvent and or thermal debinding/Presintering) ↓ Sintering ↓ PIM parts

3 PIM(MIM)工艺的主要控制因素 粉末原料

.particle size:一般小于30μm,常用2-8μm。提高粉末烧结驱动力和脱脂后坯体的强度,便于混练;

.particle shape:球形颗粒有利于脱脂后获得最大的颗粒填充密度和混练均匀的喂料。颗粒外形比(particle aspect ratio)λ最好在之间,脱指后能获得最佳的坯件形状保持性(shape retention),相互间钩连。

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v1.0 可编辑可修改 .particle size distribution:相当宽或窄的粒度分布易于获得稳定流变性能的喂料,便于混练和注射成形。

Wider:↑packing density,↓binder content,→提高注射坯件在烧结过程中的尺寸稳定性和利于烧结致密化。 粘结剂

一般要求粘结剂必须满足:

.较低的粘度:<,但过低易引起两相分离现象。

.与粉末颗粒润湿性好:加入表面活性剂,阻止在混练和注射过程中发生两相分离和粉末聚集现象

.冷却后粘结剂具有足够的强度和韧性 .脱脂过程中易于排除,且不易形成脱脂缺陷

为满足混练、注射和脱脂的要求,一般采用多组元体系的粘结剂。 混练Compouding

借助于热和剪切应力的联合作用,使PIM喂料均匀且高度一致性。

.混练温度:过高→可能导致粘结剂分解和因粘度太低而发生两相分离现象;过低→粉末聚集,喂料不均匀性。

.剪切力:太高→混练设备磨损和引入机械夹杂;太低→粉末聚集 喂料的不一致性导致注射坯件单重变化和降低烧结坯收缩不一致 注射成形

注射压力和温度是关键工艺参数。 注射缺陷及成因:

.void: shrinkage,entrapped gas; .sink marks: shrinkage,segregation; .weld lines: jetting,flow around cores; .surface patterns: cold flow,segregation;

.deformation: residual stress,ejection of weak green parts; .inconsistent shot weight: inconsistent feedstock,machine control.

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