p侧

1
p p
p侧 — 单位侧压力（MPa）；p — 单位压制压力（MPa）； ξ = γ /（1-γ ）—侧压系数；γ—泊桑比
（二）侧压系数
● 定义： ξ = γ /（1-γ ）= p侧 /p ：单位侧压力与单位正压力之比 ● 影响因素
☻ 泊桑比γ—材料本性（下表）
☻ 压制压力（压坯密度）
（二）压力损失
● 定义：用于克服外摩擦力而消耗的压制（正）压力。
● 与压制压力的关系（推导）
p P exp( 4 H ) D
式中，p/ —模底受到的压力（N）；H为压坯高度（mm）；D为压坯直径（mm）
考虑到消耗在弹性变形上的应力，则：
p1 P exp( 8 H ) D
School of Materials Science and Engineering
● 成形方法的一般分类
粉末压制成形（钢模压制）compacting，briquetting，pressing ————普通成形 等静压成形 isostatic（hydrostatic） pressing 热法（热压注法）：钢模 注浆成形法 冷法
● 净压力（有效压力）：p，，P1
● 压力损失：∆p，P2—克服内外摩擦力，
单向压制各种力的示意图
P = P1 + P2
∆p = p-p，
School of Materials Science and Engineering

压力分布
School of Materials Science and Engineering
本章内容
§2.1 概述 §2.2 压制过程中力的分析 §2.3 压制压力与压坯密度的关系 §2.4 粉末压坯密度的分布 §2.5 粉末压坯的强度
School of Materials Science and Engineering
第一节 概述
一、基本概念
● 成形（Forming）的定义： 将粉末密实（densify）成具有一定形状、尺
School of Materials Science and Engineering
粉末混合料
钢模 压制 粉末 的 基本 过程
Powder mix Weighting，filling
称量、装模
压制
卸压 脱模 粉末压坯
Compacting
compacts
School of Materials Science and Engineering
粉末压制过程中发生的现象：
1. 压制后粉末体的孔隙度降低，压坯相对密度明显高于 粉末体的相对密度。 压制使粉末体堆积高度降低，一般压缩量超过50% 2. 轴向压力（正压力）施加于粉末体，粉末体在某种程 度上表现出类似流体的行为，向阴模模壁施加作用力， 其反作用力—侧压力产生。 但是粉末体非流体，侧压力小于正压力！
拱桥效应产生的孔隙尺寸可能远大于粉末颗粒尺寸。
实例：Fe 理论密度 7.8 g/cm3 ，松装密度一般为2-3g/cm3； W 理论密度 19.3 g/cm3 ，中颗粒W粉松装密度3-4g/cm3 ， 细颗粒W粉松装密度∠3g/cm3。
？估算其孔隙率。
School of Materials Science and Engineering
School of Materials Science and Engineering
3. 随粉末体密实，压坯密度增加，压坯强度也增加。 压坯强度是如何形成的 4. 由于粉末颗粒之间摩擦，压力传递不均匀，压坯中不同部位 密度存在不均匀。
压坯密度不均匀对压坯乃至产品性能有十分重要的影响。
5. 卸压脱模后，压坯尺寸发生膨胀—产生弹性后效
颗粒间可用于相互填充的空间（孔隙） 粉末颗粒间摩擦
颗粒表面粗糙度
润滑条件 颗粒的显微硬度
颗粒形状
加压速度
School of Materials Science and Engineering
2. 粉末颗粒的变形
● 弹性变形 颗粒所受实际应力超过其弹性极限，发生弹性变形。 ● 塑性变形
弹性后效是压坯发生变形、开裂的最主要原因之一。
School of Materials Science and Engineering
三、 粉末体在压制过程中的变形
（一） 粉末体受压力后的变形特点（与致密材料受力变形 比较） 1. 致密材料受力变形遵从质量不变和体积不变，粉末体压制 变形仅服从质量不变。
a）

b）
c）
d）
e）
压制过程中粉末运动示意图
a）松装粉末； b）拱桥破坏颗粒位移； c）、d）颗粒变形； e）压制成形后
School of Materials Science and Engineering
第二节 压制过程中力的分析
一、正压力、净压力、压力损失
( 压制压力的分配）
● 正压力: p，P（单位压制压力、总压力）
模压成形PM产品实例—汽车发动机用粉末烧结钢零件
School of Materials Science and Engineering
二、金属粉末压制过程中发生的现象
图12-4 粉末压制示意图
1— 阴模 Die 2—上模冲 Top（upper） punch 3—下模冲 Bottom（lower）punch 4— 粉末 Powder
二、模压成形时的侧压力
● 定义：压制过程中由垂直压力所引起的模壁施加于压坯 的侧面压力称为侧压力
（一）侧压力与压制压力的关系
z
园柱型压模中取小立方体压坯为 分析对象（径向受力均匀）， 假定：
● 阴模不发生变形 ● 不考虑粉末体的塑性变形
x
P
y
推导
压坯受力示意图
School of Materials Science and Engineering
粉末体高的孔隙率使其受力后易于发生重排
School of Materials Science and Engineering
2.
粉末颗粒良好的弹塑性 制粉过程中，粉末一般都经过专门处理 还原、退火→ 消除加工硬化、表面杂质等
3. 粉末体较高的比表面积 主要作为烧结动力，对压制也有影响。 实例：几种商品粉末的比表面积（cm2/g）：
寸、孔隙度和强度的坯体（green compacts）的工
艺过程。
School of Materials Science and Engineering
● 成形的重要性
1）是重要性仅次于烧结的一个基本的粉末冶金工艺过程。
2）比其他工序更限制和决定粉末冶金整个生产过程。
a）成形方法的合理与否直接决定其能否顺利进行。 b）影响随后各工序（包括辅助工序）及最终产品质量。 c）影响生产的自动化、生产率和生产成本。
School of Materials Science and Engineering
（二） 粉末体在压制过程中的变形动力（变形内因） 1. 粉末体的多孔性 粉末体中的孔隙包括：
一次孔隙（颗粒内部孔隙） 二次孔隙（颗粒之间孔隙） 拱桥效应产生的孔隙
拱桥效应现象（图）：粉末在松装堆集时，由于表面不规 则，彼此之间有摩擦，颗粒相互搭架而形成拱桥孔
还原Fe粉（79%-325目）：5160 还原Fe粉（1%-325目）： 516 电解Fe粉（-200目）：400 羰基Fe粉（7µ m）：3460 还原W粉（0.6µ m）：5000
School of Materials Science and Engineering
（三） 粉末体在压制过程中的（位移）变形规律
p1 —考虑弹性变形后模底受到的压力
School of Materials Science and Engineering
● 压力损失
∆ P = P2 = P-P1
1. 较低压力下首先发生位移，位移形式多样
（b） （c） （d） （e） 压制时粉末位移的形式 （a）颗粒接近；（b）颗粒分离；（c）颗粒相对滑动； （d）颗粒相对转动；（e）颗粒因粉碎产生移动
School of Materials Science and Engineering
（a）
影响压制时粉末位移的因素
赋予压坯以精确的几何尺寸；
赋予压坯所要求的孔隙度和孔隙模型；
赋予压坯以适当的强度以便于搬运。
School of Materials Science and Engineering
模压成形PM产品实例—电动工具零件
School of Materials Science and Engineering
上模冲 粉末 阴模
下模冲 成形压模的基本结构
School of Materials Science and Engineering
模压成形 是将金属粉末或粉末混合料装入
钢制压模（阴模）中，通过模冲对粉末加压，卸
压后，压坯从阴模内脱出，完成成形过程。
模压成形的主要功用是：
将粉末成形成所要求的形状；
不同粉末位移、变形规律不同 ● 粉末受力后，首先发生颗粒位移，位移方式多种多样； ● 粉末颗粒位移至一定程度，发生颗粒变形，变形方式多样； ● 位移和变形不能截然分开，有重叠； 位移总是伴随着变形而发生 ● 粉末变形必然产生加工硬化 模压成形不能得到完全致密压坯
School of Materials Science and Engineering
颗粒所受实际应力超过其屈服极限，发生塑性变形。
● 脆性断裂 颗粒所受实际应力超过其强度极限，发生脆性断裂。
粉末的位移和变形，促使了压坯密度和强度的增高
School of Materials Science and Engineering
3. 实际粉末位移变形的复杂性