粉末冶金新工藝1

1、材料是現代文明的支柱材料是現代文明的支柱v材料是人類生存的基礎（材料是人類生存的基礎（Basis)v材料是人類發(fā)展的標志材料是人類發(fā)展的標志 (Mark)v材料是科技創(chuàng)新的先導材料是科技創(chuàng)新的先導 (Lead)IM(Ingot Metallurgy) 熔鑄法熔鑄法 熔熔(melting)、煉煉(refining)、鑄鑄(casting) 鑄件鑄件(castings) 機加工機加工(machining)零件零件 鑄坯鑄坯(ingots)塑性成形塑性成形(plastic forming) 熱處理熱處理(heat treatment)機加工機加工零件零件PM(Powder Metallurgy) 粉

2、末冶金法粉末冶金法 制粉制粉(powder making)壓壓型型(pressing)燒結燒結(sintering)SF(Spray Forming) 噴射成型法噴射成型法 鑄造鑄造(pour-casting, die-casting) 例如：汽車輪轂（例如：汽車輪轂（Al、Zn）、）、活塞（活塞（Al）、）、手機手機外殼（外殼（Mg）等等塑性成形塑性成形 (plastic forming) 擠壓擠壓(extrusion)、軋制軋制(rolling)、拉拔拉拔(drawing)、 沖壓沖壓(punching)、鍛造鍛造(forging)焊接焊接（welding)切削切削 (cutting)粉末

3、成型粉末成型 (powder forming)復合成型復合成型（鑄軋、鑄擠、鍛軋、擠軋等）（鑄軋、鑄擠、鍛軋、擠軋等）軋制軋制連鑄連軋連鑄連軋拉拔拉拔擠壓擠壓連續(xù)擠壓連續(xù)擠壓conform噴射沉積噴射沉積約約3000年前，埃及人就制得海綿鐵，并鍛打成鐵器；年前，埃及人就制得海綿鐵，并鍛打成鐵器； 3世紀，印度人用同樣方法制得世紀，印度人用同樣方法制得“德里柱德里柱”，重達，重達6.5噸；噸； 19世紀出現世紀出現Pt粉的冷壓、燒結、熱鍛工藝；粉的冷壓、燒結、熱鍛工藝； 現代粉末冶金從現代粉末冶金從1909年，年，W.D. Coolidge 的電燈鎢絲的電燈鎢絲問世開始。問世開始。 1909年制

4、造電燈鎢絲的技術成功（年制造電燈鎢絲的技術成功（W粉成形、燒結、鍛打、粉成形、燒結、鍛打、拉絲）；拉絲）；1923年硬質合金研制成功。年硬質合金研制成功。 20世紀世紀30年代，多孔含油軸承成功；相繼發(fā)展鐵基機械零件年代，多孔含油軸承成功；相繼發(fā)展鐵基機械零件 向新材料、新工藝發(fā)展：向新材料、新工藝發(fā)展：20世紀世紀40年代，金屬陶瓷、彌散強年代，金屬陶瓷、彌散強化材料（如燒結鋁）；化材料（如燒結鋁）；60年代末年代末70年代初，粉末高速鋼、粉年代初，粉末高速鋼、粉末高溫合金，粉末鍛造技術已能生產高強度零件。末高溫合金，粉末鍛造技術已能生產高強度零件。粉末冶金材料和制品粉末冶金材料和制品出現年

5、代出現年代鎢鎢1909難熔碳化物難熔碳化物19001914電觸頭材料電觸頭材料19171920WC-Co硬質合金硬質合金19231925燒結摩擦材料燒結摩擦材料1929多孔青銅軸承多孔青銅軸承19211930WC-TiC-Co硬質合金硬質合金19291932燒結磁鐵燒結磁鐵1936多孔鐵軸承多孔鐵軸承1936機械零件、合金鋼機械零件機械零件、合金鋼機械零件19361946燒結鋁燒結鋁1946金屬陶瓷（金屬陶瓷（TiC-Ni）1949鋼結硬質合金鋼結硬質合金1957粉末高速鋼粉末高速鋼1968（一）一般特點（一）一般特點1優(yōu)點優(yōu)點（1）可生產普通熔鑄法難于生產的材料）可生產普通熔鑄法難于生產的材

6、料 多孔材料（孔隙度可控）；多孔材料（孔隙度可控）； 假合金（如假合金（如Cu-W）；）； 復合材料，如硬質合金和金屬陶瓷、彌散強化材料、纖復合材料，如硬質合金和金屬陶瓷、彌散強化材料、纖維強化材料；維強化材料； 特種陶瓷（結構陶瓷、功能陶瓷）；特種陶瓷（結構陶瓷、功能陶瓷）；某些某些P/M材料與熔鑄材料相比，性能更優(yōu)越材料與熔鑄材料相比，性能更優(yōu)越 避免成分偏析、晶粒細，組織均勻，性能大幅提高。如避免成分偏析、晶粒細，組織均勻，性能大幅提高。如，粉末高速鋼、粉末高溫合金。，粉末高速鋼、粉末高溫合金。 鎢、鉬、鉭等難熔金屬采用熔鑄法晶粒粗大、純度低，鎢、鉬、鉭等難熔金屬采用熔鑄法晶粒粗大、純度

7、低，工業(yè)上一般采用粉末冶金方法生產。工業(yè)上一般采用粉末冶金方法生產。（3）對制品成型有明顯優(yōu)勢）對制品成型有明顯優(yōu)勢 是一種少切削、無切削工藝（近凈成型是一種少切削、無切削工藝（近凈成型near net-shape）；）； 可大批量生產同一零件；可大批量生產同一零件； 形狀很復雜零件（如齒輪、凸輪或多功能零件）的制造公形狀很復雜零件（如齒輪、凸輪或多功能零件）的制造公差窄；差窄； 不需或可簡化機械的精加工作業(yè)；不需或可簡化機械的精加工作業(yè)； 節(jié)能、省材；節(jié)能、省材； 可制造自潤滑材料。可制造自潤滑材料。2缺點缺點 粉末成本高；粉末成本高； 形狀、尺寸受到一定限制；形狀、尺寸受到一定限制； 成形

8、模具較貴；一般要生產量在成形模具較貴；一般要生產量在500010000個個/批，才經批，才經濟。濟。 燒結零件韌性相對差（但可通過粉模鍛造或復燒改善）。燒結零件韌性相對差（但可通過粉模鍛造或復燒改善）。1和熔鑄技術比較和熔鑄技術比較粉末冶金優(yōu)勢：粉末冶金優(yōu)勢： 粉末冶金制件表面光潔度高；粉末冶金制件表面光潔度高； 制造的尺寸公差很窄，尺寸精確；制造的尺寸公差很窄，尺寸精確； 合金化與制取復合材料的可能性大合金化與制取復合材料的可能性大 組織均一（無偏聚、砂眼、縮孔）組織均一（無偏聚、砂眼、縮孔）、力學性能可靠；、力學性能可靠； 在經濟上，粉末冶金工藝能耗小。在經濟上，粉末冶金工藝能耗小。鑄造優(yōu)

9、勢：鑄造優(yōu)勢： 形狀不受限制；（粉末形狀不受限制；（粉末冶金注射成形形狀也不受冶金注射成形形狀也不受限制，但只能生產小制件限制，但只能生產小制件） 適于制造大型零件；適于制造大型零件； 零件生產批量小時，經零件生產批量小時，經濟；濟； 一般說來，工、模具費一般說來，工、模具費用低。用低。2和熱模鍛技術比較和熱模鍛技術比較粉末冶金優(yōu)勢：粉末冶金優(yōu)勢： 粉末冶金制件精度比精鍛高；粉末冶金制件精度比精鍛高； 粉末鍛造節(jié)省材料、重量控制粉末鍛造節(jié)省材料、重量控制精確、可無非邊鍛造，也能制造精確、可無非邊鍛造，也能制造形狀較復雜制件；形狀較復雜制件； 粉末鍛造只需一副成形模具和粉末鍛造只需一副成形模具和

10、一副鍛模；熱鍛需兩副以上鍛模一副鍛模；熱鍛需兩副以上鍛模、一副修邊模。、一副修邊模。熱模鍛優(yōu)勢：熱模鍛優(yōu)勢： 可制造大型零件；可制造大型零件； 鍛件力學性能比燒結粉末鍛件力學性能比燒結粉末冶金零件高，但與粉末鍛造冶金零件高，但與粉末鍛造件相當；件相當； 可制造形狀復雜程度較高可制造形狀復雜程度較高的制品。的制品。 制取金屬及化合物粉末，采用成形和燒結工藝制制取金屬及化合物粉末，采用成形和燒結工藝制成金屬材料、復合材料、陶瓷材料及其它們的制品成金屬材料、復合材料、陶瓷材料及其它們的制品的技術科學。的技術科學。 多學科交叉的綜合性技術。涉及到化工、冶金、多學科交叉的綜合性技術。涉及到化工、冶金、材

11、料制備、壓力加工、熱工、機械、自動控制等學材料制備、壓力加工、熱工、機械、自動控制等學科技術?？萍夹g。最大可制造：最大可制造：3噸的制件（熱等靜壓）；噸的制件（熱等靜壓）；最小：零點零幾克（最?。毫泓c零幾克（0.01克）；克）；制品最小厚度：可達制品最小厚度：可達1520ml 粉末冶金一般工粉末冶金一般工藝藝（1）制粉）制粉（2）物料準備）物料準備（3）成形）成形（4）燒結）燒結 單元系燒結單元系燒結 多元系燒結多元系燒結 固相燒結固相燒結 液相燒結液相燒結 熱壓（熱等靜壓熱壓（熱等靜壓）、熔浸等。）、熔浸等。（5）燒結后處理）燒結后處理粉末冶金生產工藝粉末冶金生產工藝零件生產批量對模具與壓制

12、設備的投資是否合算？零件生產批量對模具與壓制設備的投資是否合算？粉末冶金工藝能否滿足對零件的功能與形狀提出的技術要粉末冶金工藝能否滿足對零件的功能與形狀提出的技術要求？求？采用的粉末冶金材料能否達到所要求的物理采用的粉末冶金材料能否達到所要求的物理-力學性能？力學性能？與可采用的其他成形工藝相比，生產成本是不是最經濟？與可采用的其他成形工藝相比，生產成本是不是最經濟？工業(yè)部門工業(yè)部門金屬粉末和粉末冶金材料、制品應用舉例金屬粉末和粉末冶金材料、制品應用舉例地質、采礦工具地質、采礦工具硬質合金，金剛石硬質合金，金剛石-金屬材料金屬材料機械加工機械加工硬質合金，陶瓷刀具，粉末高速鋼硬質合金，陶瓷刀具

13、，粉末高速鋼汽車、拖拉機制造汽車、拖拉機制造機械零件，摩擦材料，多孔含油軸承，過濾器機械零件，摩擦材料，多孔含油軸承，過濾器機床制造、紡織機械機床制造、紡織機械機械零件，多孔含油軸承機械零件，多孔含油軸承 等等機車制造機車制造多孔含油軸承，摩擦材料多孔含油軸承，摩擦材料 等等造船造船多孔含油軸承，摩擦材料，油漆用鋁粉多孔含油軸承，摩擦材料，油漆用鋁粉 等等冶金礦山機械冶金礦山機械多孔含油軸承，機械零件，等多孔含油軸承，機械零件，等電機制造電機制造多孔含油軸承，銅多孔含油軸承，銅-石墨電刷，硬磁材料石墨電刷，硬磁材料精密儀器、儀表零件精密儀器、儀表零件硬磁材料，軟磁材料，功能陶瓷硬磁材料，軟磁材

14、料，功能陶瓷 等等工業(yè)爐工業(yè)爐電熱材料，電真空材料電熱材料，電真空材料電氣和電子工業(yè)電氣和電子工業(yè)電接觸材料，電真空材料，磁性材料，功能陶瓷電接觸材料，電真空材料，磁性材料，功能陶瓷無線電和電視無線電和電視磁性材料，功能陶瓷磁性材料，功能陶瓷 等等五金和辦公用具五金和辦公用具機械零件機械零件 等等醫(yī)療器械醫(yī)療器械機械零件，特殊器械機械零件，特殊器械 等等化學、石油工業(yè)化學、石油工業(yè)過濾器，防腐零件，催化劑載體過濾器，防腐零件，催化劑載體 等等軍事工業(yè)軍事工業(yè)穿甲彈頭，炮彈箍，軍械零件穿甲彈頭，炮彈箍，軍械零件 等等航空航空摩擦材料，過濾器，粉末超合金摩擦材料，過濾器，粉末超合金 等等航天和火箭航天和火箭難熔金屬及合金，纖維強化材料，發(fā)汗材料難熔金屬及合金，纖維強化材料，發(fā)汗材料 等等原子能工業(yè)原子能工業(yè)核燃料元件，反應堆結構材料，控制材料核燃料元件，反應堆結構材料，控制材料 等等（1）與其他技術交叉產生新技術）與其他技術交叉產生新技術 注射成形，粉末擠壓，流延成形，注射成形，粉末擠壓，流延成形， 直接凝固注模，粉末軋制，爆炸直接凝固注模，粉末軋制，爆炸成型，噴射成形，燒結熱等靜壓，微波燒結，放電等離子體燒結，激光成型，噴射成形，燒結熱等靜壓，微波燒結，放電等離子體燒結，激光燒結燒結（2）向計算機控制集成自動化方向發(fā)展）向計算機控制