多余充填法
2．压制 按一定的单位压力，将装在型腔中的粉
料，集聚成达到一定强度、密度、形状和 尺寸要求的压坯工序。
单向压制
双向压制
浮动压制
三种基本压制方式
(1)压坯密度的均匀性
压坯密度的均匀性是其质量的重要标志。
• 烧结制品的强度、硬度及各部分性能的同 一性，皆取决于密度分布的均匀程度； • 压坯密度分布不均匀，在烧结时将导致收 缩不均匀，从而使制品中产生很大的应力， 出现翘曲变形、甚至裂纹等。
• 大量生产和自动化压制成形时，一 般采用容积法。
装粉方式：落入法、吸入法、多余充填法。
送粉器移送 到型腔上，粉 末自由落入型 腔中。
落入法
下模冲位于 顶出压坯的位 置，送粉器被 移送到型腔上， 下模冲下降复 位时，粉料被 吸入型腔中。
吸入法
芯棒下降到下模 冲的位置，粉末落 入型腔中，然后芯 棒升起，将多余的 粉末顶出，并被送 粉器刮回，适用于 薄壁深腔的压模。
2.立体印刷成形法(SLA法)
（stereo lithography apparatus）
SLA （stereo lithography apparatus）是基于液态光敏树脂光 固化原理工作的，其工作原理如图所示,液槽中盛满液态光敏树脂， 紫外波长的激光束在偏转镜作用下于液面上按截面轮廓信息扫描， 光点经过的地方，受辐射的液体就固化，这样一次平面扫描便加工 出一个与分层平面图形相对应的层面，并与前一层已固化部分牢固 地粘结起来。如此反复直到整个产品完成。
• 超声波雾化
利用超声波 能量来实现液 流的破碎。
超声雾化示意图
3.还原法:
用还原剂还原金属氧化物及盐类来制取金 属粉末，是一种广泛采用的制粉方法。
最简单的反应以下式表示：
MeO+X→Me+XO
式中: Me-生成氧化物MeO的金属； X-还原剂。
此外还可通 过气相沉积 法和液相沉 淀法来制取 金属粉末。
R≥0.5mm)， C=1~3mm
避免组合模冲出现脆弱的尖角
避免相切 利用模冲加工和提高其强度
2．避免模具和压坯出现局部薄壁
壁厚应不小于1.5mm
避免局部薄壁
利于装粉均匀，增强压坯，烧结收缩均匀
增大最小壁厚
利于装粉和压坯密度均匀，增强模冲及压坯
利于压坯密 度均匀，减小 烧结变形。
键槽改为平面结构
无压成形： 粉浆浇注 松装烧结
✓着重了解封闭钢模冷压成形方法。
封闭钢模冷压成形： 常温下,粉料在封闭钢模中，按规定的
单位压力,将粉料制成压坯的方法。
工序组成： 称粉 装粉 压制 保压及脱模
1．称粉与装粉
称量形成 一个压坯所 需粉料的质 量或容积。
• 采用非自动压模和小批量生产时， 多用质量法；
➢ 克服了难熔金属熔铸过程中的困难； ➢ 多孔含油轴承的研制成功及粉末冶金 机械零件的发展，发挥了粉末冶金少、 无切削的特点； ➢ 向新材料、新工艺发展。
与液态成形相比，粉末冶金主要优点：
➢ 可避免或者减少偏析、机加工量大等缺点；
➢ 材料某些独特的性能或者显微组织也只能用 粉末冶金方法来实现； ➢ 一些活性金属、高熔点金属制品用其它工艺 成形十分困难。
四、粉末冶金非模压特殊成形方法
1．粉末锻造成形
(二)粉末注射成形
将粉末与有机粘结剂均匀混合，形成具 有流变性的物质，采用注射机将其具有零 件形状的模腔，形成坯件，再脱除坯件中 粘结剂并经烧结成为制品。
(三)金属粉末轧制成形
五、几种典型粉末冶金制品与材料
(一)粉末冶金高速钢
粉末冶金高速 钢经惰性气体雾 化为粉末，经冷 等静压制成坯件， 高温、高压下热 等静压实现致密 固结。
主要功能： • 将粉末成形为所要求的形状；
• 赋予坯体以精确的几何形状与
压坯方法包括： 尺寸；
• 压制成形
• 赋予坯体要求的孔隙度和孔隙 类型；
• 无压成形
• 赋予坯体以适当的强度，以便
搬运。
压制成形： 封闭钢模冷压成形 高能率成形 流体等静压制成形 挤压成形 粉末塑性成形 轧制成形 三轴向压制成形 振动压制成形
颚式破碎机等粗碎设备。 • 主要起击碎和磨削作用的有锤碎机、棒
磨机、球磨机、振动球磨机、搅动球磨
机等细碎设备。
机械粉碎法主要有： • 机械研磨法 • 机械合金化 • 涡旋研磨 • 冷气流粉碎
机械研磨比较适用于脆性材料，涡 旋研磨和冷气流粉碎等方法多用于塑性 金属或合金粉末制取。
2.雾化法:
雾化法是将液体金属或合金直接破 碎，形成直径小于150μm的细小液滴， 冷凝而成为粉末。
雾化设备：
主要的雾化方法：
• 水雾化或气雾化，也称二流雾化 • 离心雾化 • 真空雾化 • 超声波雾化
• 水雾化或气雾化，也称二流雾化
借助高压水 流或高压气流 的冲击来破碎 液流。
水雾化
气雾化
水雾化和气雾化示意图
• 离心雾化
利用离心力 破碎液流。
离心雾化示意图
• 真空雾化
在真空中雾化。 真空(溶气)雾化示意图
金属粉末的制取和应用渊源久远：
• 古代曾用金、银、铜、青铜及其某些氧化物 粉末作涂料，用于陶器、首饰等器具的着色、 装饰；
• 20世纪初,美国人库利吉(W.D.Coolidge)用氢 还原氧化钨生产钨粉以制取钨丝，是近代金 属粉末生产的开端；
• 此后用化学还原法制取了铜、钴、镍、铁、 碳化钨等多种粉末，促进了早期粉末冶金制 品(含油多孔轴承、多孔过滤器、硬质合金等) 的发展；
3．锥面和斜面需有一小段平直带
在斜面的一 端加0.5mm 的平直带
压制时避免模具损坏
4．需要有脱模锥角或圆角
圆柱改为圆锥， 斜角>5°，或改
为圆角，R=H
简化模冲结构
5．避免垂直于压制方向的侧凹
避免侧凹 利于成形
6．适应压制方向的需要
圆柱面改成带 一段平直部分
利于成形和脱模
7．压制工艺对结构设计的要求
按转变的作用原理将粉末制取方法分为： 机械法 物理化学法
粉末冶金生产实践中，机械法和物理化学法 之间并没有明显界限，是相互补充的。
常用的粉末制取方法：还原法、雾化法、电解法。
1.机械粉碎法:
机械粉碎是靠压碎、击碎和磨削等作用，将块 状金属、合金或化合物机械地粉碎成粉末。
设备分粗碎和细碎两类。 • 主要起压碎作用的有碾碎机、辊轧机、
4.熔融沉积成形法(FDM法)
（fused deposition modeling）
FDM 也 称 丝 状 材料选择性熔覆，工 作原理如图所示：三 维喷头在计算机控制 下，根据截面轮廓的 信 息 ， 做 x-y 运 动 。 丝材（如塑料丝）由 供丝机构送至喷头， 并在喷头中加热、熔 化，然后被选择性地 涂覆在工作台上，快 速冷却后形成一层截 面。一层完成后，工 作台下降一层厚度， 再进行后一层的覆涂， 如此循环，形成三维 产品。
退火一般用还原性气氛，有时也可 用惰性气氛或者真空。
2．筛分
把颗粒大小不匀的原始粉末进行分级，使粉末 能够按照粒度分成大小范围更窄的若干等级。
3．制粒
将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工 序，常用来改善粉末的流动性。
4．混合
将两种或两种以上不同成分粉末均匀混合的过程。
混合包括：机械法和化学法。
(三) 压坯
垂直于压制方向的孔
不当设计
修改后形状 螺纹
不当设计
倒锥
修改后形状
粉末冶金成形件缺陷分析
1．局部密度(中间密度过低)
侧面积过大：模壁粗糙；模壁润 滑差；粉料压制性差。
改进措施： 改用双
向摩擦压制； 减小模壁粗 糙度；在模 壁上或粉料 中加润滑剂。
2．超差
一端密度过低
密度高或低
薄壁处密度低
3．裂纹
• 70年代出现了多种气相和液相物理化学反应 方法，制取重要用途的包覆粉末和超细粉末。
➢ 将金属粉末及各种添加剂均匀混合后 制成所需形状的坯块；
➢ 坯块烧结，使制品具有最终的物理、 化学和力学性能。
粉末冶金工艺过程：
原料粉末 添加剂
混合
压制成形
烧结
粉末冶金工艺过程示意图
零件成品
近代粉末冶金技术发展的三个重要标志：
拐角处裂纹重皮)
内台拐角皱纹 外球面皱纹
过压皱纹
5．缺角掉边
掉棱角
侧面局部剥落
6．表面划伤
模腔表面粗糙度大或硬度低；模壁产 生模瘤；模腔表面局部被啃或划伤。 改进措施：提高模壁的硬度、减小 粗糙度；消除模瘤，加强润滑。
此外，还有尺寸超差及不同心 度超差等缺陷。
金属粉末和粉末冶金制品、材料的应 用举例见P214表5-2。
大批量生产时，粉末冶金法生产效率 高、能耗低、材料省，价格低廉。其经 济效益对比见P214表5-1。
§5.1 粉末冶金成形
(一) 粉末制备
制取粉末：主要取决于该材料的性能及制 取方法的成本。粉末的形成是将能量传递 到材料，从而制造新生表面的过程。
表面积:8r2 6.35r2 不可逆的表面能减小过程。
r R
r
颗粒聚结过程示意图
(五) 后处理
后处理：金属粉末压坯烧
结后的进一步处理。
常用的后处理方法：
• 浸渍
• 表面冷挤压
• 切削加工
• 热处理
• 表面保护处理
三、模压成形粉末冶金制品结构工艺
1．避免 模具出现 脆弱的尖 角。
尖角改倒角 C×45°(或圆角，
3.选择性激光烧结法(SLS法)
（selected laser sintering）
SLS与SLA工艺在材 料、激光器和材料进给 方式上有较大差别。工 作原理如图所示：成形 时先在工作台上铺上一 层粉末材料，激光束在 计算机的控制下，按照 截面轮廓的信息，对制 件的实心部分所在的粉 末进行烧结。一层完成 后，工作台下降一个层 厚，再进行后一层的铺 粉烧结。如此循环，最 终形成三维产品。