第四章 成形技术 材料制备技术 教学课件.pptVIP

第四章 成形技术 目录 发展概况 工艺过程及特点 基本原理 应用与实例 发展概况 1994年赫格纳斯公司在巴黎世界粉末冶金大会上出现第一篇报道，披露ANCORDENSETM工艺，到95，96年后整个粉末冶金行业，特别是汽车粉末冶金零部件生产商给予了高度关注 前身是ANCORBONDTM工艺, 即在铁粉中添加粘结剂，使石墨粉末颗粒粘附在粉末表面，防止比重偏析和轻质粉末组元的尘扬； 随后赫格纳斯公司开展了粉末在加热条件下的压制行为研究，发现普通粘结剂熔化后使得粉末流动性变差，随后开发了新型聚合物润滑剂体系 1996年FORD公司开发了1.2kg的温压涡轮轮毂 2000年法国Federal Mogul公司开发了温压粉末冶金连杆 1995年北京科技大学与武汉钢铁集团开展了该技术研究 1997年扬州Porite引进温压生产线 1998年中南大学、华南理工在国家重点投入下开展了研究与开发工作 工艺过程 主要针对铁基粉末，采用特别设计与配置（粉末+粘结剂~0.6%）的原料 原料和模具分别加热到130C、150C 一次压制烧结，制造密度在7.25~7.45g/cm3之间 技术特点 低成本制造铁基零件 零部件密度高 相同压力下，比一次压制烧结密度提高0.15~0.3g/cm3，相同密度，压制压力降低140MPa; 压坯强度高 是传统粉末冶金压坯的1.25~3倍 脱模压力低 比传统粉末冶金脱模压力低30%以上 零件尺寸稳定性高 弹性后效 0.03%，烧结收缩0.025% 零部件力学性能高 抗拉强度提高10%，疲劳强度提高10~40% 基本原理 粉末颗粒冷压致密化原理 颗粒重排：需要压力很小，密度提高10~20%; 塑性变形初始阶段：压力较小，~40MPa，密度提高30~40%； 塑性变形扩展阶段：压力较高，颗粒发生变形，并充填孔隙，密度提高30~40%； 加工硬化和强烈冷焊阶段：压力很高，颗粒严重变形，充填能力很高，密度可提高100~300% 冷压过程径向压力变化 径向压力和轴向压力的关系 压制过程塑性屈服条件 ?：泊松比； ?、S0：常数 冷压过程径向压力变化 将冷压过程分为弹性变形和塑性变形两阶段 压制初期为弹性变形阶段，径向压力变化遵循（a）式，如图上OA； 达到塑性屈服后，变化遵循AB，此时Pr/Pa1；OP为Pr=Pa 压制完后，上模冲离开压坯，轴向压力逐渐减为0；压坯首先经历弹性变形，遵循（a）式，如BC； 当轴向压力足够大时，在压力松弛过程，径向压力可能在C点与轴向压力达到屈服条件；压坯发生二次径向屈服变形，此时径向压力变化遵循（c）式，如图上CE 残余径向应力OE即为脱模压力 温压过程径向压力变化 温压过程中由于粉末的塑性变形能力增加（?减小），屈服点A前移，因此塑性线AB上移，导致径向压力增加； 压力松弛过程，同样由于二次塑性屈服点提前(?增加)，塑性线CE下移，导致 OE降低，即脱模压力减少 粉末强度随温度变化 对于铁基粉末，随着温度升高，强度下降，塑性变形能力增加，在150 C左右趋于稳定，因而温压温度多定于该温度； 在150C，作为通用润滑剂的硬脂酸锌或石蜡已发生熔化，失去作用，因此必须寻求新型润滑剂 粉末在150C压制，可以明显提高致密度 温压提高压坯密度的机理总结 粉末压坯屈服强度的下降是压坯密度改善的主要原因 在颗粒之间的滑动摩擦力作用下的颗粒之间的形状充填能力增加 润滑剂导致的颗粒之间以及压坯与模壁的摩擦力降低，压力损耗减少 温压工艺的设计原则 温压粉末原料 粒度组成：合适的粒度组成，提供足够的颗粒重排空间和高的充填密度 低氢损：氧含量低，夹杂含量低（0.1%)，夹杂物的尺寸小 碳含量低：碳含量过高，降低烧结密度 粉末颗粒形状：多为球形，颗粒间摩擦力小 塑性变形能力：多采用部分预合金化铁粉，其压缩性能高于纯铁粉，可能归因于内应力的消除和加工硬化能力下降 润滑剂 多采用聚合物 聚合物的熔点高于温压温度 聚合物的摩擦系数低：有助于减少颗粒之间的摩擦 明显的温度效应：聚合物的摩擦系数随温度升高而降低 添加方式：在粉末颗粒表面均匀包覆一薄层润滑剂 较宽的分解温度：最大限度抑制预烧阶段聚合物快速分解导致的烧结坯膨胀 无环保问题：含氟润滑剂分解后环保问题严重 模具的考虑 由于温压的径向压力大大高于普通模压，因而对模具的强度要求高，多需要碳化物内衬； 温压温度下模具各组件的热膨胀系数的不匹配可能导致的模具精度和寿命问题； 模具的加热装置问题 烧结过程中的碳化和还原问题 由于温压坯的致密度很高，因而会导致压坯表面与心部的成分差异 碳化和还原结果都表明，表面一定厚度内的碳含量高和氧含量低，但心部碳含量低和氧含量高 因此在设计零部件尺寸时，必须考虑碳化深度和还原深度问题 氢在压坯中扩散能力最强，因而高浓度氢气氛最适