粉末冶金原理热压.pptxVIP

热压是粉末冶金中发展和应用较早的 一种热成形技术。1912年德国和1917年美国 发表了用钨和碳化钨粉热压制造致密件的专 利；1926～1927年用于制造硬币合金；从 1930年年起，热压更快地发展了，主要用 WC-Co于合金大型制品以及难熔化合物、陶 瓷、复合纤维材料等方面。目前，又发展了 真空热压、振动热压、均衡热压和等静热压 等新技术。 一、工艺特点 热压方法的最大优点是可以大大降低成形压 第1页/共28页 力和缩短烧结时间，另外可以制得密度高和晶粒极细的材料，其应用主要有：（1）制造硬质合金拉丝模、压制模、精密轧辊及其它耐磨零件；（2）热压压力仅为冷压成形的1/10，可以压制大型制件；（3）热压时，粉末热塑性好，可以压成薄壁管、薄片及带螺纹等异型制品；（4）粉末粒度、硬度对热压过程影响不明显，因此可压制一些硬而脆的粉末。然而，热压法也有明显的缺点：（1）对压膜材料要求高，难以选择，而且压模寿命短、耗费大；（2）单件生产、效率低；（3）电能和压膜小好多，效率低，制品成本高；（4） 制品表面较粗糙，精度低，一般需要清理和机加工。 第2页/共28页 热压模可选用高速钢及其它耐热合金，但使用温 度应在800℃以下。当温度更高（1500～2000℃） 时，应采用石墨材料，但承压能力又降低到70MPa 一下。故一般对于低温、高压的操作，可选择金属 或硬质合金模；高温、低压操作则选择石墨模。 热压加热的方式分为电阻直热式、电阻间热式和 感应加热式三种。采用第一种方式时，由于电流主 要通过压模材料发热，使得与上下模冲和模腔接触 的部位比其它部位温度高。采用感应加热时，由于 粉末坯块中的涡流大小与坯块密度有关，在热压后 期密度升高，电阻降低，涡流发热也减少，使温度 不好控制。因此，热压模的设计，除保证温度外， 要特别注意温度分布的均匀性。 第3页/共28页 热压采用保护气氛较困难。对于不渗碳材料（各种碳化物与硬质合金）石墨模可以适用，对渗碳金属及活性金属则不适合。为了减少空气中氧的危害，可以采用如下措施：（1）加热前先将保护加热前先将粉末压实；（2）模具配合严密，防止空气大量进入模腔；（3）将保护气氛经过专门的管道引入模腔内；（4）采用间接加热或感应加热方式，便于采用有保护气氛或真空室的热压炉；（5）在粉末中加进一些高温下能产生还原性气氛的物质，如碳、金属氢化物、酒精等。 第4页/共28页 二、热压致密化理论 热压理论的研究较工艺的应用要晚得多，较完整的理论直到50 年代中期才形成，60年代才有较大的发展。热压理论的核心在于研究致密化的规律和机构。热压致密化理论是在粘性或塑性流动烧结理论的基础上建立起来的，并主要沿着两个方向发展：（1）热压的动力 学即致密化方程式，分为理论的个经验的两类，前者由塑性流动理论和扩散蠕变理论导出；（2）热压的致密化机构，包括颗粒相互滑过、颗粒的破碎、塑性变形以及体积扩散等。 第5页/共28页 1、塑性流动理论 1949年，麦肯齐和舒特耳沃思发表了塑性流动烧结理论，奠定了热压塑性流动理论的基础。他们根据烧结后期形成闭孔的特点，提出图5-72所示模型，即一个闭孔（半径r1）和包围闭孔的不可压缩的致密球壳。孔隙的表面应力(-2γ/r1）使孔隙周围的材料产生压应力而变形，迫使孔隙缩小。根据塑性体（又称宾厄姆体）的流动方程 当剪应力 超过材料的屈服极限时，，就发生塑性流动，而且变形速率与应力成正比，比例系数 第6页/共28页 为材料的粘度。由于塑性流动，空隙缩小。由空隙表面能的减小等于变形功，可以导出致密化的速度方程式 式中 对应于致密材料球壳的单位体积内的孔隙数； 相对密度，即孔隙加致密材料球壳的平均密度与材料 理论密度之比； 材料的表面张力。 由图5-72模型 移项并且用4π/3同乘以分子分母后得到 第7页/共28页 或 或 即 第8页/共28页 因为在包括球壳致密材料在内的体积中只有一个 孔隙，故上式左边实际上代表单位体积内 的孔隙数，即 将（5-53 ）式代入） 式，化简后得到 该式为无外力作用（P=0）时烧结速度方程式，描 述了相当于烧结后期(孔隙度10%),靠表面张力使闭 孔收缩的致密化过程。 1954年默瑞、罗杰斯和威廉斯从塑性流动的烧结 理论出发，认为热压过程与烧结后期闭孔缩小的致密化阶段相似，所不同的是除受孔隙表面应力 第9页/共28页 作用外，还有外加应力P ，因此，