1/T, K-1
温度对C+1/2O2 CO反 应速度的影响
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粉末冶金原理
对于 反应物为球状的反应速度计算公式
y
r0
dy
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粉末冶金原理
二、氧化铁还原基本原理
• 1.还原热力学
• Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe • CO还原 在570℃以上
•
3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 +CO2
化反应相反； • 4.在同一温度下位置越低的氧化物生成物
越稳定。
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粉末冶金原理
2金属氧化物还原反应动力学
• 动力学研究的问题是反应进 行的速度和影响反应速度的 因素
• 1）碰撞理论 碰撞-接触-反应 是分子之间的反应的必要条 件，参加化学反应的物质浓 度越高则碰撞几率越大，则 化学反应速度越快，因此有：
0 25 50 75 100（MJ）
材料利用率
每kg零件的能耗
各种方法材料利用率与能耗
粉末冶金原理
径向可达到的ISO公差标准
级 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
加工工艺
精密锻造
****
锻造（冲裁）
******
高精度锻造
****
冷压
*****
粉末冶金
****
拉拔成型
****
金属氧化物
金属氧化物及 盐类金属氧化 物
Fe，W
Fe，W，Mo， Ni，Co，Cu
Fe-Mo，WRe Cr-Ni
碳化物 硼化物 硅化物 氮化物
气态金属卤化 物
气态金属卤化 物
W，Mo Ta，Nb，Ti， Zr
气态金属卤化 物
Co-W，W-Mo
碳化物 硼化物 硅化物 氮化物
粉末冶金原理
机机
械
械 粉
法碎
磨加工
****
各种方法可达到的径向尺寸公差
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粉末冶金原理
平均粗糙度
粉末冶金原理
630 400 250 160 100 63 40 25 16 10 6.30 4.00 2.50 1.60 1.00 0.63 0.40 0.25 0.16 0.10 0.06
加工工艺 锻造 冲压 高精度锻造 机械加工 磨加工 粉末冶金
D
e
c
60 d o
40
20
B
C
b
400 600 800 1000 1200
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粉末冶金原理
原料粉末
添加剂 混合
压制
等静压
注射
挤压
轧制
粉浆浇注
热等静压
烧结
热挤压
复压 复烧
精整 浸油
锻造
轧制
热处理
后处理
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成品 粉末冶金材料和制品生产工艺流程
粉末冶金原理
3粉末冶金特点
• （1）粉末冶金能生产普通冶炼方法无法生产的具 有特殊性能的材料；
• 1）孔隙度可控 • 2）可组成相图不成立的合金，如金属与非金属，
原料粉
润滑剂
成型
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压坯
混合 烧结
粉末制品生产示意图
产品 粉末冶金原理
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粉末冶金原理
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粉末冶金原理
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粉末冶金原理
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粉末冶金原理
2.粉末冶金生产工艺
• 粉末冶金生产工艺由三大步骤组成： • （1）粉末生产 • （2）粉末成型 • （3）成形坯烧结 • 粉末冶金材料和零件主要制造流程
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耐热材料
粉末超合金
难熔金属及其合 金
金属陶瓷
高温金属陶瓷
弥散强化材料
高温涂层
纤维强化材料 原子能工程材料 核燃料元件
其他原子能工程 材料
粉末镍基超合金 粉末钴基超合金
氧化物基 碳化钛基
氧化物弥散 碳化物 硼化物 氮化物
铀合金 化合物 弥散强化
粉末冶金原理
粉末冶金在汽车上的应用
据资料介绍：发达国家汽车制造业粉末
• v= kCACB • 一级反应速度与浓度的关系：
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粉末冶金原理
2）活化能
• 根据可逆反应达到平衡是 的平衡常数与温度的关系：
• 可得到 • 公式中的E即为反应活化能，
其含义是发生反应必须克 服的势垒大小，降低反应 的活化能是提高反应速度 的重要措施。
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粉末冶金原理
3）多相反应特点
• 2X+O2=2XO (2)
• ½[(2)-(1)] MeO+X=Me+XO
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粉末冶金原理
根据标准等压位△ZӨ= -RTlnKp 则（1）式的
△ZӨ= -RTlnKp =- RTln
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粉末冶金原理
则（2）式的
△ZӨ= -RTlnKp =- RTln 则
△ZӨ =1/2(△ZӨ (2)- △ZӨ( 1))
冶金制品的用量占其粉末冶金制品总产量
的绝大多数，如美国占90%，欧洲为80%，
而我国目前尚不足40%。欧洲平均每辆汽
车的粉末冶金制品使用量是14kg，日本为
16kg，美国已达到19.5kg以上，预计未来
可能达到22kg。而我国目前平均每辆汽车
粉末冶金制品的用量却只有4kg多点（按
2010乘用车产量1826万辆计算为4.15kg/
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粉末冶金原理
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
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还 原
还 原 化 合
气像还原
化学气相沉积
碳还原 气体还原 金属热还原
碳化或碳与金属氧 化物作用 硼化或碳化硼法 硅化或与硅与金属 氧化物作用 氮化或与氮与金属 氧化物作用
气相氢还原 气相金属热还原
Sn,Pb,Al,Cu,Fe
Cu,Fe
Cu,Fe, 难熔金属，无氧 铜
黄铜，青铜，合 金钢，不锈钢
黄铜，青铜，合 金钢
铝合金，钛合金， 不锈钢
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粉末冶金原理
第一节 还原法
• 1.还原法的特点 应用面广，原料易获得， 还原方法工艺简便，生产投资成本低，可 大规模生产；
• 2.应用范围：钨、钼、铁、铜、钴、镍 • 3.生产方法 固体碳还原，氢气还原，天然
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粉末冶金原理
齿轮的粉末生产工艺 粉末 成形 烧结 精整
高频淬火 成品
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齿轮的机加工生产工艺
冶炼
淬火
铸造
磨加工
锻打
成品
切割
退火 机加工
粉末冶金原理
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90 95
85 80 50
铸造
38
粉末冶金
28.5
冷成形
41
锻造
49
机械加工
82
100 75 50 25 0（%）
转化气还原，金属热还原，气相还原，
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粉末冶金原理
一、金属氧化物还原基本原理
• 1.还原热力学
• 用还原金属氧化物可以获得金属粉末和合 金粉末
• 一种氧化物能否被还原首先要从热力学上 进行判断
• 判断依据：
•
MeO+X=Me+XO
• 根据加和反应可写成：
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粉末冶金原理
• 2Me+O2=2MeO (1)
假合金，高合金含量等
• 3）复合材料 • （2）比普通冶炼法生产的材料性能优越； • 1）高合金材料，如超合金，高速钢等 • 2）难熔金属
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粉末冶金原理
（3）比普通熔炼法更经济
少切削、无切削和一次成形的特点
1）材料利用率高； 2）能耗低； 3）投资低，批量愈大成本愈低，粉末冶金产 品成本取决于模具和设备的一次投资； 4）可按照需要调节材料的成分； 5）可生产形状复杂的零件； 6）精度高，粗糙度低； 7）环境好，无污染、噪音；
• 自动催化
速
度
a
b
c
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时间 反应速度与时间的关系
粉末冶金原理
影响反应速度的因素 （1）反应物之间的接触面积，
3(W01/3-W1/3)=1K03t （2）化学反应速度
v=k2Acin 102 （3）扩散速度
v=D/δ A(c-ci)=k1Ac010
0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.0 1.2
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粉末冶金原理
5粉末冶金材料的种类和应用
• （1）粉末冶金材料和制品的种类 • 1）机械零件 • 2）工具材料 • 3）磁性和电工材料 • 4）耐热材料 • 5）原子能工程材料 • （2）应用领域
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粉末冶金原理
类别
机械零件 和结构零 件
材料和制品的名称
减磨材料
多孔含油轴承
年，铂； 1909年钨丝。 • 3含油轴承的发明、硬质合金的生产推动了粉末冶金在机械制造业的
发展 • 4科学技术的发展带动了粉末冶金材料和技术的的发展 • 5粉末冶金制造技术和设备的发展 • 6我国粉末冶金的发展
• 7粉末冶金的发展现状和前景 新工艺和新技术：温压成形，粉末注射， 粉末锻造，粉末喷射成形，微波烧结，放电等离子烧结
辆）。
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粉末冶金原理
VVT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
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