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第七章 块体材料及其制备 7.1 粉体的成型与烧结 金属粉末冶金材料应用实例 粉末铝合金：飞机结构、家用电器等 粉末铜合金：电阻焊机的电极、X射线管、微波管、开关部件等 粉末高速钢：主要用于大型刀具，切削寿命远远高于熔炼钢 粉末高温合金：飞机发动机的涡轮盘 7.2.1 粉末的成型 成型是将松散的粉体加工成具有一定尺寸、形状以及一定密度和强度的坯体的过程。 一、粉末的堆积与排列 将大小均匀的球形颗粒粉末倒入容器中，其堆积密度理论上肯定不会大于 74%。 一般情况下，经过振动致密处理后，最高的振实密度只能达到 62.8％ 为了提高堆积密度，常在较大的均一颗粒之间加入较小的颗粒。 粉末的堆积密度 颗粒尺寸越小，松装密度就越小，这是因为颗粒之间的摩擦力增加了 颗粒形状越不规则或球形度越低，松装密度就越低 球形颗粒的流动性最好，因此可以获得较高的松装密度，也利于后续的成型 粉末在压力下的运动行为 对粉末施加外力进行成型的工艺可能是最传统的工艺。通过对具有一定松装密度的粉末施加压力，可以进一步提高粉末的堆积密度。 在压力作用下，粉末发生的变化可以近似分为三个阶段 第一阶段：颗粒发生重排，颗粒间的架桥现象被部分消除，颗粒间的接触面积增大； 第二阶段：颗粒发生塑性变形；变形的程度因粉末的材种及压力的大小有关 第三阶段：颗粒断裂形成较小的碎块，从而提高密度 在压制过程中，随着压力的增加，粉体的密度增加，气孔率下降。 学者们对压力与密度、气孔率之间的关系进行了大量的研究，试图在压力与相对密度之间推导出定量的数学公式，但是失败者居多。 理论预测结果与试验结果相去甚远 压制理论仍有一定的研究空间 工业生产 二、压力成型 压力成型指的是用外部的压力使粉体致密化 根据成型方式的不同，压力成型可以分为干压成型和等静压成型 干压成型 将粉料填充到模具中，通过单向或者双向加压，将粉料压制成所需形状 传统的干压成型步骤 原料准备 (退火还原、球磨混合、造粒、成型剂的添加) 装 模、加 压、保 压 (单向加压与双向加压、加压速率、保压) 脱 模 (分层) 单向加压与双向加压的比较 加压速率的影响 加压速度不仅影响到粉末颗粒间的摩擦状态和金属粉末的加工硬化，而且影响到空气从粉末颗粒孔隙中的逸出情况 干压成型通常以静压 (缓慢加压) 状态进行 例外是冲击成型 (加压速率达每秒几米甚至200 m)：压制铁基、铜基以及混合金属粉末的零件。 得到的压坯密度更均匀，相对密度达到90%以上，原因在于速度抑制了加工硬化，同时高能导致高温，粉末易于变形 等静压成型 借助于高压泵把流体介质 (气体或者液体) 压入耐高压的钢体密封容器内，高压流体的等静压力直接作用于弹性套模内的粉末上，使粉体各个方向同时均衡受压，从而获得密度分布均匀以及强度较高的压坯。 湿法等静压 湿法等静压 干法等静压 准等静压 三、增塑成型 挤压成型 轧膜成型 注射成型 车坯成型 挤压成型 又称为挤制成型或挤出成型：利用压力将具有塑性的粉料通过模具挤出来成型，模具的形状就是成型坯体的形状 一般柱状、纤维状、空心管状以及厚板状坯体等沿挤出方向外形平直的制品均可采用此法 生产效率高、产量大、操作简便，挤压制品的尺寸不受设备限制，能挤出壁很薄、直径很细的小管 粘土质陶瓷材料很适合这种方法成型 下水道用排水管 对非粘土质陶瓷粉体和金属粉体可以通过引入各种有机增塑剂而获得可挤压性 陶瓷管 轧膜成型 滚 (辊) 压成型，在粉末冶金行业也称为粉末轧制 金属粉末的轧制：直接将金属粉末通过特制的漏斗喂入转动的轧辊缝隙中，即可轧出具有一定厚度、长度连续、强度适宜的板带坯料，这些坯料经预烧、烧结、，再经轧制加工以及热处理等工序，就可以制得又一定孔隙度的或者致密的粉末冶金板带材。 金属粉末轧制中，轧辊间缝隙大小对轧制带材的密度有重要影响。增大辊间缝隙便减小了轧辊对板材的压力，而当辊间缝隙很大时，粉末便不受轧制。为改进粉末轧制中不能轧制较厚板材的不足，可以采用楔形压制。 注射成型 从塑料的注射成型工艺借鉴而来，先用于陶瓷粉末，近年来也成为金属粉末成型的热点研究内容 将粉料和热塑性树脂等有机物混练后得到的混合料，在注射机上于一定温度和压力下高速注入模具，迅速冷却后脱模取出坯体。 注射成型的主要优点是： 适合大批量生产，生产成本低 成品的最终尺寸可以控制，一般不必再修整 易于经济地制作具有不规则表面、孔道等复杂形状的制品 脱脂时间长是注射成型的最大缺点 物料的有机添加剂的选择是一个关键 我国在七五、八五期间注射成型取得了一定的进展 车坯成型 车坯成型是粘土质陶瓷成型的一种古老工艺。利用粘土的可塑性，采用真空练泥机挤出的泥段或注浆成形注出的粗泥坯，在车床上加工成型。 泥坯需要经过烘干，使含水量适合于车坯的要求 在