粉末冶金成型技術(shù)指的是粉末壓制后,壓坯保持既定形狀的能力,用粉末能夠成形的最小單位壓制壓力表示,或用壓坯的強(qiáng)度來衡量。成形性受顆粒形狀和結(jié)構(gòu)的影響。
1、壓制的機(jī)理壓制
就是在外力作用下,將模具或其它容器中的粉末緊密壓實(shí)成預(yù)定形狀和尺寸壓坯的工藝過程。粉末裝入陰模,通過上下模沖對其施壓。在壓縮過程中,隨著粉末的移動(dòng)和變形,較大的空隙被填充,顆粒表面的氧化膜破碎,顆粒間接觸面積增大,使原子間產(chǎn)生吸引力且顆粒間的機(jī)械楔合作用增強(qiáng),從而形成具有一定密度和強(qiáng)度的壓坯。2.等靜壓制壓力直接作用在粉末體或彈性模套上,使粉末體在同一時(shí)間內(nèi)各個(gè)方向上均衡受壓而獲得密度分布均勻和強(qiáng)度較高的壓坯的過程。按其特性分為冷等靜壓制和熱等靜壓制兩大類。
2、冷等靜壓制
即在室溫下等靜壓制,液體為壓力傳遞媒介。將粉末體裝入彈性模具內(nèi),置于鋼體密封容器內(nèi),用高壓泵將液體壓入容器,利用液體均勻傳遞壓力的特性,使彈性模具內(nèi)的粉末體均勻受壓。因此,冷等靜壓制壓坯密度高,較均勻,力學(xué)性能較好,尺寸大且形狀復(fù)雜,已用于棒材、管材和大型制品的生產(chǎn)。
3、熱等靜壓制
把粉末壓坯或裝入特制容器內(nèi)的粉末體置入熱等靜壓機(jī)高壓容器中,施以高溫和高壓,使這些粉末體被壓制和燒結(jié)成致密的零件或材料的過程。在高溫下的等靜壓制,可以激活擴(kuò)散和蠕變現(xiàn)象的發(fā)生,促進(jìn)粉末的原子擴(kuò)散和再結(jié)晶及以極緩慢的速率進(jìn)行塑性變形,氣體為壓力傳遞媒介。粉末體在等靜壓高壓容器內(nèi)同一時(shí)間經(jīng)受高溫和高壓的聯(lián)合作用,強(qiáng)化了壓制與燒結(jié)過程,制品的壓制壓力和燒結(jié)溫度均低于冷等靜壓制,制品的致密度和強(qiáng)度高,且均勻一致,晶粒細(xì)小,力學(xué)性能高,消除了材料內(nèi)部顆粒間的缺陷和孔隙,形狀和尺寸不受限制。但熱等靜壓機(jī)價(jià)格高,投資大。熱等靜壓制已用于粉末高速鋼、難熔金屬、高溫合金和金屬陶瓷等制品的生產(chǎn)。
4、粉末軋制
將粉末通過漏斗喂入一對旋轉(zhuǎn)軋輥之間使其壓實(shí)成連續(xù)帶坯的方法。將金屬粉末通過一個(gè)特制的漏斗喂入轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥縫中,可軋出具有一定厚度、長度連續(xù)、強(qiáng)度適宜的板帶坯料。這些坯體經(jīng)預(yù)燒結(jié)、燒結(jié),再軋制加工及熱處理等工序,就可制成具有一定孔隙度的、致密的粉末冶金板帶材。粉末軋制制品的密度比較高,制品的長度原則上不受限制,軋制制品的厚度和寬度會(huì)受到軋輥的限制;成材率高為80%~90%,熔鑄軋制的僅為60%或更低。粉末軋制適用于生產(chǎn)多孔材料、摩擦材料、復(fù)合材料和硬質(zhì)合金等的板材及帶材。
5、粉漿澆注
是金屬粉末在不施加外力的情況下成形的,即將粉末加水或其它液體及懸浮劑調(diào)制成粉漿,再注入石膏模內(nèi),利用石膏模吸取水分使之干燥后成形。常用的懸浮劑有聚乙烯醇、甘油、藻骯酸鈉等,作用是防止成形顆粒聚集,改善潤濕條件。為保證形成穩(wěn)定的膠態(tài)懸浮液,顆粒尺寸不大于5μm~10μm,粉末在懸浮液中的質(zhì)量含量為40%~70%。
6、擠壓成形
將置于擠壓筒內(nèi)的粉末、壓坯或燒結(jié)體通過規(guī)定的模孔壓出。按照擠壓條件不同,分為冷擠壓和熱擠壓。冷擠壓是把金屬粉末與一定量的有機(jī)粘結(jié)劑混合在較低溫度下(40℃~200℃)擠壓成坯塊;粉末熱擠壓是指金屬粉末壓坯或粉末裝入包套內(nèi)加熱到較高溫度下壓擠,熱擠壓法能夠制取形狀復(fù)雜、性能優(yōu)良的制品和材料。擠壓成形設(shè)備簡單,生產(chǎn)率高,可獲得長度方向密度均勻的制品。擠壓成形能擠壓出壁很薄直經(jīng)很小的微形小管,如厚度僅0.01mm,直徑1mm的粉末冶金制品;可擠壓形狀復(fù)雜、物理力學(xué)性能優(yōu)良的致密粉末材料,如燒結(jié)鋁合金及高溫合金。擠壓制品的橫向密度均勻,生產(chǎn)連續(xù)性高,因此,多用于截面較簡單的條、棒和螺旋形條、棒(如麻花鉆等)。
7、松裝燒結(jié)成形
粉末未經(jīng)壓制而直接進(jìn)行燒結(jié),如將粉末裝入模具中振實(shí),再連同模具一起入爐燒結(jié)成形,用于多孔材料的生產(chǎn);或?qū)⒎勰┚鶆蛩裳b于芯板上,再連同芯板一起入爐燒結(jié)成形,再經(jīng)復(fù)壓或軋制達(dá)到所需密度,用于制動(dòng)摩擦片及雙金屬材料的生產(chǎn)。將置于擠壓筒內(nèi)的粉末、壓坯或燒結(jié)體通過規(guī)定的??讐撼?。按照擠壓條件不同,分為冷擠壓和熱擠壓。冷擠壓是把金屬粉末與一定量的有機(jī)粘結(jié)劑混合在較低溫度下(40℃~200℃)擠壓成坯塊;粉末熱擠壓是指金屬粉末壓坯或粉末裝入包套內(nèi)加熱到較高溫度下壓擠,熱擠壓法能夠制取形狀復(fù)雜、性能優(yōu)良的制品和材料。擠壓成形設(shè)備簡單,生產(chǎn)率高,可獲得長度方向密度均勻的制品。
8、爆炸成形
借助于爆炸波的高能量使粉末固結(jié)的成形方法。爆炸成形的特點(diǎn)是爆炸時(shí)產(chǎn)生壓力很高,施于粉末體上的壓力速度極快。如炸藥爆炸后,在幾微秒時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的沖擊壓力可達(dá)106MPa(相當(dāng)于107個(gè)大氣壓),比壓力機(jī)上壓制粉末的單位壓力要高幾百倍至幾千倍。爆炸成形壓制壓坯的相對密度極高,強(qiáng)度極佳。如用炸藥爆炸壓制電解鐵粉,壓坯的密度接近純鐵體的理論密度值。
爆炸成形可加工普通壓制和燒結(jié)工藝難以成形的材料,如難熔金屬、高合金材料等,還可壓制普通壓力無法壓制的大型壓坯。除上述方法外,還有注射成形及熱等靜壓制新技術(shù)等新的成形方法。
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