▪ 润滑剂 ▪↓粉末颗粒与模壁间的摩擦 ▪改善压坯密度分布不均匀 ▪影响被压制工件的表面质量 ▪降低模具的使用寿命
▪ 粉末压制用的润滑剂 ▪硬脂酸 ▪硬脂酸锌 ▪工业润滑蜡 ▪二硫化钼、石墨粉、硫磺粉也 可起润滑作用
▪ 润滑方式：
▪粉末内润滑 ▪润滑剂直接加入粉末中 ▪铁基粉末：润滑剂含量提高0.1%，坯件的 无孔隙密度下降0.05g/cm3
▪ 颗粒间的结合强度 ▪ 颗粒表面的粗糙度 ▪ 颗粒形状 ▪ 颗粒表面洁净程度 ▪ 压制压力 ▪ 颗粒的塑性
▪ 颗粒间接触面积 ▪ 即颗粒间的邻接度 contiguity ▪ 颗粒的显微硬度 ▪ 粒度组成 ▪ 颗粒间的相互填充程度 ▪ 压制压力 ▪ 颗粒形状
▪ 外在因素：残余应力大小
▪压坯密度分布的均匀性 ▪粉末的填充均匀性 ▪粉末压坯的弹性后效 ▪模具设计的合理性 ▪过高的压制压力
挤压成型
末
燒結初期
燒結中期
燒結末期之表面
燒結後之破斷面
▪压力作用下，松散状态→拱桥效应的破坏 （位移→颗粒重排）+颗粒塑性变形→孔隙 体积收缩→致密化
▪ 拱桥效应 bridge effect ▪颗粒间由于摩擦力的作用而相互搭架形成 拱桥孔洞的现象
▪ 影响因素
▪与粉末松装密度、流动性存在一定联系 ▪颗粒形状 ▪粒度及其组成 ▪颗粒表面粗糙度 ▪颗粒比重（含致密程度）
▪与坯件的弹性模量，残留应 变量即弹性后效及其与模壁 之间的摩擦系数直接相关
润滑（摩擦系数）对脱模力的影响
2 压坯密度分布均匀性及控制
▪ 压坯密度分布不均匀的后果
▪不能正常实现成形，如出现分层，断裂，掉边角 等 ▪烧结收缩不均匀，导致变形
▪ 因素
▪高径比H/D ▪↑H/D，ρ↓,dρ/dX ↑ ▪当H/D→∞，压坯的下部粉末无法成形
▪浸铜 ▪密度大于95%，但表面较粗糙，形状、成 分设计有限，成本高
▪ 液相烧结 ▪密度可达93%，变形较大，零件精度低， 尺寸控制困难，成分设计有限
▪ 粉末锻造 ▪全致密，但尺寸精度低，形状受限，成本 昂贵
成型方式
▪ 非模压成形 ▪ 模压成形
▪冷、热等静压 ▪注射成形 ▪粉末挤压 ▪粉末轧制 ▪粉浆浇注 ▪喷射成形 ▪爆炸成形
轿车部件
电动工具与汽车部件
齿轮保持架(Ford)
汽车发动机用粉末烧结钢零件
汽车变速器系统用粉末烧结钢件
P/F连杆
不锈钢注射成形件
▪ 成形和烧结过程
▪ 控制粉末冶金材料及其部件的微观结构 ▪ 主宰着粉末材料及其部件的应用
粉末成形
powder shaping or forming
▪ 成形：成型是将松散的粉体加工成具有一定 尺寸、形状以及一定密度和强度的坯块。 ▪粉末颗粒间的结合力为机械啮合力或范德 华力
压坯密分布
Z
X
结论
在没有润滑剂的情况下，模壁摩擦 力的压力损失很大，可达60~90%。 由于压力沿压模轴向分布不均，造 成压坯的密度不均匀现象。加入润 滑剂能够改善这一现象。
3 复杂形状部件的成形
▪ 密度分布的控制 ▪多台阶零件：恒压缩比
4 压制缺陷的控制
▪ 主要缺陷类型、成因 ▪分层 ▪沿坯件棱边向内部发展的裂纹， 与压制面形成大约45度的界面 ▪弹性后效
▪ 混合方式 ▪干混法：铁基及其它粉末冶金零件的生产
▪湿磨法：硬质合金或含易氧化组份合金的 生产
▪WC与Co粉之间除产生一般的混合均匀 效果，还发生显著的细化效果
▪一般采用工业酒精作为研磨介质
▪ 湿磨的主要优点 ▪有利于环境保护 ▪无粉尘飞扬和减轻噪音 ▪提高破碎效率，有利于粉末 颗粒的细化
▪保护粉末不氧化
▪ 控制方法 ▪适当降低压制压力 ▪复杂件应提高密度分布均匀性
孔隙的消极贡献
▪ 造成应力集中，降低零部件的强度和 韧性
▪ 孔隙降低材料的热导性能，抑制热处 理潜力对
▪ 力学性能改善的贡献：降低缺口敏感 性
▪ 提高铁基P/M零部件密度的技术途径 ▪复压-复烧工艺 ▪密度达92%左右，形状复杂程度有限，成 本较高
§2 压制现象
1 颗粒的位移与变形 1.1 粉末颗粒位移
▪ 位移方式：
▪滑动与转动 ▪颗粒重排列 Particle rearrangement or repacking(restacking)
▪ 影响因素
▪粉末颗粒间内摩擦 ▪表面粗糙度 ▪润滑条件 ▪颗粒的显微硬度 ▪颗粒形状 ▪颗粒间可用于相互填充的空间（孔隙 度） ▪加压速度
②流动性差的粉末：细粉或轻质粉末
▪ 成形剂作用
▪适当增大粉末粒度，减小颗粒间的 摩擦力
▪改善粉末流动性,提高压制性能
▪成形剂材料：橡胶、硬脂酸、石蜡、 SBS 、PEG、PVA等
▪ 选择准则 ▪能赋予待成形坯体以足够的强度 ▪易于排除 ▪成形剂及其分解产物不与粉末发生 反应
▪分解温度范围较宽 ▪分解产物不污染环境
1.2 粉末的变形
▪弹性变形
▪颗粒间的接触应力≤材料弹性极限
▪塑性变形
▪颗粒接触应力≥金属的屈服强度 ▪点接触处局部→面接触处局部→整 体
▪断裂
▪ 受力过程的三个阶段
▪ 第一阶段：粉末颗粒重排，颗粒间的架桥现
象被部分消除且颗粒间的接触程度增加；
▪ 第二阶段：颗粒弹塑性变形，塑性变形的大
小取决于粉末材料的延性。但是，同样的延 性材料在一样的压力下，并不一定得到相同 的坯体密度，还与粉末的压缩性能有关；
▪ 混合均匀程度和效率取决于 ▪粉末颗粒的尺寸及其组成 ▪颗粒形状 ▪待处理粉末组元间比重差异 ▪混合设备的类型 ▪混合工艺
3) 成形剂和润滑剂
成形剂应用于：
①硬质粉末：如硬质合金,陶瓷等 ▪粉末变形抗力很高 ▪难以通过压制所产生的变形而赋予粉末 坯体足够的强度 ▪添加成形剂的方法以提高生坯强度，利 于成形
▪颗粒表面粘附作用（颗粒的磁性、陶瓷 颗粒的静电、液膜存在）
P/M Tungsten Lightbulb Filament: 500 hrs at 2500C
▪ 塑性变形阻力的影响因素
▪颗粒的显微硬度 ▪合金化 ▪酸不溶物 ▪氧化物 ▪原子间作用力 ▪加工硬化速度（晶体结构） ▪颗粒形状 ▪粉末粒度 ▪压制速度
▪ Cold compaction with 100 – 900 MPa to produce a “Green body”.
1 压制前粉末料准备 1) 还原退火 reducing and annealing ▪ 作用:
▪降低氧碳含量，提高纯度 ▪消除加工硬化，改善粉末压制性能 ▪粉末钝化 ▪使细粉末适度变粗，或形成氧化薄膜，防止 粉末自燃
侧压系数
▪ 在距上冲为X处的有效外压Px Px=Poexp(-4ξμX/D)
▪ D为模腔内径
▪ 模壁作用在粉末体上的侧压力
和摩擦力也呈现相似的分布
润滑剂对压制的影响
1--用硬脂酸润滑模壁 2、3--用二硫化钼润滑模壁 4--无润滑剂
2 脱模压力（ejection force）
▪ 静脱模力（striping force） ▪ 滑动脱模力(sliding force)
▪模壁润滑 ▪静电喷涂 ▪溶液涂敷
4） 制粒 pelletizing or granulating ▪ 为细小颗粒或硬质粉末而设计 ▪ 应用于：
▪进行自动压制或压制形状较复杂的大 型P/M制品 ▪ 原理
▪借助于聚合物的粘结作用将若干细小 颗粒形成团粒
▪ 好处：
▪减小团粒间的摩擦力 ▪大幅度降低颗粒运动时的摩擦面积
▪ 第三阶段：颗粒断裂。不论是原本脆性的粉
体如陶瓷粉末、还是在压制过程中产生加工 硬化的脆化粉体，都将随着施加压力的增加 发生脆性断裂形成较小的碎块。
▪ 脆性粉末 ▪点接触应力>断裂强度 ▪→断裂
▪ 塑性粉末 ▪点接触应力>屈服强度 ▪→塑性变形 ▪→加工硬化 ▪→脆化→断裂
2 致密化现象
2.1 致密化
2.2 弹性后效 Springback ▪反致密化现象 ▪压坯脱出模腔后尺寸胀大的现象 ▪残留内应力释放的结果
▪ 弹性后效与残留应力相关 ▪压制压力 ▪粉末颗粒的弹性模量
3 压坯强度Green strength
▪ 表征压坯抵抗破坏的能力，即颗粒间 的粘结强度
▪ 影响因素 ▪本征因素 ▪颗粒间的结合强度（机械啮合 mechanical interlocking）和接触 面积
▪ 表征方法
▪抗弯强度或转鼓试验的压坯 重量损失
§3 压坯密度与压制压力间的关系
1 压制过程力的分析
P施加在模腔中的粉末体 ▪ 粉末向周围膨胀→侧压力
Fn(Pn) ▪ 粉末与模壁之间出现相对
运动→摩擦力Ff(Pf) ▪ 下冲头的压力Pb
开始压制
压制结束
P侧 P总 P摩 P总
摩擦系数
▪ 退火温度 ▪高于回复-再结晶温度（0.5-0.6）Tm
▪ 退火气氛 ▪还原性气氛（CO,H2） ▪惰性气氛（N2,Ar） ▪真空
▪ 2) 合批与混合 blending and mixing ▪ 混合
▪将不同成分的粉末混合均匀的过程 ▪ 合批
▪同类粉末(或粉末混合物)混合均匀的过 程
▪ 目的： ▪消除因粉末在运输过程中产生的偏析或 在粉末生产过程中不同批号粉末之间的性 能差异，获得性能均匀的粉末料