粉末冶金

主讲：李赫亮绪论1粉末的制取2粉末的性能及其测定3成形4烧结5粉末冶金材料和制品6粉末冶金中的安全知识1、定义粉末冶金是一种制取金属粉末，以及采用成形和烧结工艺将金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）制成制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此也叫金属陶瓷法。定义粉末冶金是将粉末状的金属、合金或某些非金属按一定比例混合后装入模腔内压制成形，再经过烧结和精整成为机械零件的一种少无切削加工方法。粉末冶金是用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。金属粉末硬质合金粉末二氧化钛纳米粉末粉末冶金制品粉末冶金制品粉末冶金制品粉末冶金制品2、粉末冶金工艺2、粉末制品生产示意图粉末冶金的生产流程流程1：制粉、混粉、压制/成型压机、烧结/烧结炉、精整、后处理流程2：制粉、混粉、压制/成型压机、烧结/烧结炉、精整、再烧结、精整、后处理流程1是通常人们所采用的方法。流程2是针对零件密度、尺寸等条件要求高的产品。1、原料粉末的制取和准备。2、将金属粉末制成所需形状的坯块。3、坯块的烧结。4、产品的后处理。一般情况下，烧结好的制件可直接使用。对于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件还要进行烧结后处理。后处理包括精压、滚压、挤压、淬火、表面淬火、浸油、及熔渗等。粉末冶金工艺3、发展简史粉末冶金方法起源于公元前三千多年。埃及人已经使用铁粉。制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉末冶金方法。公元300年，印度的德里柱是用大约6.5吨还原铁粉制成的。德里柱又被称为阿育王柱，位于印度德里奎瓦吐勒清真寺中庭，是印度极富盛名的古迹。德里铁柱的地面高度为7.2米、直径1.12米，地下部分长2米，总重量估计约10吨。材质为纯度高达98.72％的熟铁，以锻焊技术铸成。标志了印度古代铸铁工艺的高度水平。德里柱表面上刻的碑文德里柱最早是耆那教神庙建筑群，27座神庙之中某间房屋的一根柱子。十三世纪初，神庙全部被毁，并将拆毁后的材料，拿来兴建宫殿与清真寺。德里铁柱是剩余的建材，因此被移到现址。在印度的达哈、辛哈勒斯、克那拉克都发现竖有相同技术的古铁柱德里铁柱少有锈蚀的原因其一：材质为纯度高达百分之98.72，现代技术能以铁合金的方法来达到99.997％以上；其二：铁柱有磷成分，可以很好的与空气形成致密氧化层，所以只有少许铁锈。其三：当地人定期涂油保养；其四：当地天气干燥。近代粉末冶金技术的发展第一个重要的标志克服了难熔金属（如钨、钼等）熔铸过程中产生的困难。在18世纪，粉末冶金技术才开始得到了真正的有价值的应用。在俄、英等国曾以工场规模制取海绵铂粒，经过热压、锻和模压、烧结等工艺制造钱币和贵重器物。1909年，库利奇发明用粉末冶金方法制造灯泡用钨丝，奠定了现代粉末冶金的基础。1923年硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命。第二个重要的标志本世纪30年代用粉末冶金方法制取多孔含油轴承取得成功。多孔含油轴承在汽车、纺织、航空等工业上得到了广泛的应用。旋涡研磨铁粉和碳还原铁粉问世后，用粉末冶金法制造铁基机械零件获得了很快的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削的优点。多孔含油轴承(PorousBearing)利用烧结体的多孔性,使之含浸10%~40%(体积分数)润滑油，于自行供油状态下使用。运转时，轴承温度升高，由于油的膨胀系数比金属大，因而自动进入滑动表面以润滑轴承，停止工作时油又随温度下降被吸回孔隙。分为铜基、铁基、铜铁基等。第三个重要的标志向更高等级的新材料新工艺发展。四十年代，出现金属陶瓷、弥散强化等材料；六十年代末至七十年代初，粉末高速钢、粉末高温合金相继出现；利用粉末冶金锻造及热等静压已能制造高强度的零件。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，成为现代工业中的重要组成部分。我国粉末冶金法发展现状我国粉末冶金制品行业上世纪50年代中期起步，后随着汽车工业的发展，加上自身具有的节材性，日益受到重视；1991~2004年，我国粉末冶金零件产量在14年内增长了7.3倍，目前已进入高速发展期目前，粉末冶金技术正向着高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向发展。黄培云黄培云，男，汉族，1917年8月出生，福建省福州市人，中共党员。是中国粉末冶金学科奠基人，中南矿冶学院(现为“中南大学”)创始人之一他的研究成果，被国际上称为“黄氏粉末压制理论”。1994年5月当选为中国工程院首批院士；1998年起为中国工程院资深院士。2012年2月6日于长沙病逝，享年95岁。4粉末冶金特点材料成型方法铸造(pour-casting,die-casting)塑性成形(plasticforming)挤压(extrusion)、轧制(rolling)、拉拔(drawing)、冲压(punching)、锻造(forging)焊接（welding)切削(cutting)粉末成型(powderforming)复合成型（铸轧、铸挤、锻轧、挤轧等）铸造粉末冶金冷成形锻造机械加工90958580501007550250（%）材料利用率3828.54149820255075100（MJ）每kg零件的能耗各种方法材料利用率与能耗平均粗糙度加工工艺平均粗糙度锻造冲压高精度锻造机械加工磨加工粉末冶金63040025016010063402516106.304.002.501.601.000.630.400.250.160.100.06各种方法可达到的径向尺寸公差径向可达到的ISO公差标准级加工工艺5678910111213141516精密锻造****锻造（冲裁）******高精度锻造****冷压*****粉末冶金****拉拔成型****磨加工****粉末冶金与铸造技术比较粉末冶金优势：①粉末冶金制件表面光洁度高；②制造的尺寸公差很窄，尺寸精确；③合金化与制取复合材料的可能性大④组织均一（无偏聚、砂眼、缩孔）、力学性能可靠；⑤在经济上，粉末冶金工艺能耗小。铸造优势：①形状不受限制；②适于制造大型零件；③零件生产批量小时，经济；④一般说来，工、模具费用低粉末冶金与热模锻技术比较粉末冶金优势：①粉末冶金制件精度比精锻高；②粉末锻造节省材料、重量控制精确、可无非边锻造，也能制造形状较复杂制件；③粉末锻造只需一副成形模具和一副锻模；热锻需两副以上锻模、一副修边模。热模锻优势：①可制造大型零件；②锻件力学性能比烧结粉末冶金零件高，但与粉末锻造件相当；③可制造形状复杂程度较高的制品。4.粉末冶金的优点（1）粉末冶金方法生产的某些材料，与普通熔炼法相比，性能优越。粉末冶金技术通常粉末冶金零件表面光洁、尺寸精确，与铸造相比，可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。生产难熔金属材料或制品，一般要依靠粉末冶金法。例如：钨、钼等。（2）粉末冶金法制造机械零件是一种少切削、无切削的新工艺，可以大量减少机加工量而节省机床，节约金属材料，提高劳动生产率。4.粉末冶金的优点（3）粉末冶金能生产用普通熔炼法无法生产的具有特殊性能的材料。a、能控制制品的孔隙度。例如：多孔含油轴承等b、能利用金属和金属、金属和非金属的组合效果，生产各种特殊性能的材料。c、能生产各种复合材料。例如：金属陶瓷、硬质合金、弥散强化材料等绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。4.粉末冶金的优点（4）粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性。（5）有可能制取高纯度的材料。由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质，而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化，也不会给材料任何污染。（1）粉末成本高。（2）模具费用大，制作加工比较困难。（3）结构复杂的零件和零件的薄壁、锐角等成型困难。烧结零件的韧性较差。（4）粉末冶金制品的大小和形状受到一定的限制。（5）某些较细的金属粉末有爆炸和起火的危险，贮存有困难。粉末冶金的缺点5、应用及展望粉末冶金材料和制品种类及应用类别材料和制品的名称机械零件和结构零件减磨材料多孔含油轴承铁基含油轴承铜基含油轴承铝基含油轴承金属塑料减磨材料致密减磨材料机械零件铁基机械零件有色金属机械零件摩擦材料铁基摩擦材料铜基摩擦材料多孔材料过滤器流体分布元件多孔电极发散发汗材料吸音材料密封材料工具材料硬质合金含钨硬质合金WC-CoWC-Ti-Co无钨硬质合金碳化钛基硬质合金碳化铬基硬质合金钢结硬质合金超硬材料立方氮化硼金刚石工具陶瓷工具材料粉末高速钢磁性材料和电工材料磁性材料软磁材料硬磁材料高温磁性材料矩磁铁氧体旋磁铁氧体电接触材料电触头材料金属-金属金属-石墨金属-金属化合物电热材料金属电热材料难熔金属化合物耐热材料粉末超合金粉末镍基超合金粉末钴基超合金难熔金属及其合金金属陶瓷高温金属陶瓷氧化物基碳化钛基高温涂层弥散强化材料氧化物弥散碳化物硼化物氮化物纤维强化材料原子能工程材料核燃料元件铀合金化合物弥散强化其他原子能工程材料粉末冶金技术的主要应用汽车工业是粉末冶金零件的最大应用市场汽车工业PMConnectingrodusedinBMWenginesVVT链轮凸轮轴链轮平衡轴机构平衡轴链轮双联曲轴链轮机油泵总成EA888发动机真空泵总成水泵总成空调总成进排气座圈凸轮轴护圈摇臂支架气门导管凸轮轴组件曲轴轴承盖凸轮轴轴承盖曲轴连杆杆导承MPIF确认VVT为PM里程碑技术真空泵燃油泵齿轮泵转子泵内外齿泵铸物产品带轮系列Pulley链轮系列SprocketGears轴承盖系列BearingCap同步器齿毂系列SynchronicHub转子齿轮系列Rotor轮毂系列Flange滑块拨叉系列TransmissionParts转向管柱系列SteeringColumnParts空调压缩机系列AirCompressorParts粉末冶金材料和制品的发展方向（1）与其他技术交叉产生新技术（2）向计算机控制集成自动化方向发展（3）粉末冶金近净成形技术发展（4）粉末冶金快速成形技术发展（5）用于各种新材料及其成形加工（1）《粉末冶金原理和应用》冶金工业出版社,美,莱内尔著,1989;（2）《粉末冶金原理》冶金工业出版社中南工业大学,黄培云主编,1982;绪论1定义2粉末冶金工艺3发展简史4粉末冶金的特点5应用及展望掌握粉末冶金的定义；掌握粉末冶金的特点；熟悉粉末冶金工艺；了解粉末冶金的发展史及应用；举例说明两种粉末冶金材料特点及其应用？在固态下制取粉末的方法包括（1）从固态金属与合金制取金属与合金粉末的有机械粉碎法和电化腐蚀法；（2）从固态金属氧化物及盐类制取金属与合金粉末的有还原法；（3）从金属和非金属粉末、金属氧化物和非金属粉末制取金属化合物粉末的有还原-化合法在气态制备粉末的方法包括（1）从金属蒸气冷凝制取金属粉末的蒸气冷凝法；（2）从气态金属羟基物离解制取金属、合金以及包覆粉末的羰基物热离解法;（3）从气态金属卤化物气相还原制取金属、合金粉末以及金属、合金涂层的气相氢还原法；从气态金属卤化物沉积制取金属化合物粉末以及涂层的化学气相沉积法。在液态下制备粉末的方法包括（1）从液态金属与合金制备金属与合金粉末的雾化法；（2）从金属盐溶液置换和还原金属、合金以及包覆粉末的置换法、溶液氢还原法；（3）从金属盐溶液电解制金属与合金粉末的水溶液电解法；从金属熔盐电解制金属和金属化合物粉末的熔盐电解法。分类：机械法、物化法机械法：是将原材料机械地粉碎，而化学成分基本上不发生变化的工艺过程。物化法：是借助化学或物理的作用，改变原材料的化学成分或聚集状态而获得粉末的工艺过程。1粉末的制取生产方法原材料粉末产品金属粉末合金、化合物粉末物理化学法还原碳还原气体还原金属