粉末壓制和常用復(fù)合材料成形過(guò)程-材料成型技術(shù)基礎(chǔ).ppt

Page 1 材料成形技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 粉末壓制和常用 復(fù)合材料成形過(guò)程 Page 2 第 1節(jié) 粉末壓制成形過(guò)程 第 2節(jié) 粉末壓制產(chǎn)品及應(yīng)用 第 3節(jié) 粉末壓制零件或制品的結(jié)構(gòu)特征 第 4節(jié) 陶瓷制品成形過(guò)程簡(jiǎn)介 第 5節(jié) 常用復(fù)合材料成形過(guò)程簡(jiǎn)介 主要內(nèi)容 Page 3 4.1粉末壓制成形過(guò)程 粉末壓制 （ 這里主要指粉末冶金 ） 是 用金屬粉 末 （ 或者金屬和非金屬粉末的混合物 ） 做原料 ， 經(jīng) 壓制成形后燒結(jié)而制造各種類(lèi)型的零件和產(chǎn)品的方 法 。 顆粒狀材料兼有液體和固體的雙重特性 ， 即整 體具有一定的流動(dòng)性和每個(gè)顆粒本身的塑性 ， 人們 正是利用這特性來(lái)實(shí)現(xiàn)粉末的成形 ， 以獲得所需的 產(chǎn)品 。 Page 4 粉末壓制的特點(diǎn) 能夠生產(chǎn)出其他方法不能或很難制造的制品 。 可制取難熔 、 極 硬和特殊性能的材料 ， 例如：鎢絲 、 硬質(zhì)合金 、 磁性材料 、 高溫 耐熱材料等；又能生產(chǎn)凈形和近似凈形加工的優(yōu)質(zhì)機(jī)械零件 ， 如： 多孔含油軸承 、 精密齒輪 、 擺線泵內(nèi)外轉(zhuǎn)子 、 活塞環(huán)等 。 材料的利用率很高 ， 接近 100%。 雖然用其他方法也可以制造 ， 但用 粉末冶金法更為經(jīng)濟(jì) 。 一般說(shuō)來(lái) ， 金屬粉末的價(jià)格較高 ， 粉末冶金的設(shè)備和模具投資 較大 ， 零件幾何形狀受一定限制 ， 因此粉末冶金 適宜于大批量生 產(chǎn)的零件 。 Page 5 4.1粉末壓制成形過(guò)程 Page 6 Page 7 粉末壓制生產(chǎn)技術(shù)流程 原材料粉末添加劑 配混 壓制成形 燒結(jié) 制品 /其他處理加工 制品 Page 8 4.1.1金屬粉末的制取及其特性 一、金屬粉末的制取 1) 礦物還原法 礦物還原法是 金屬礦石在一定冶金條件下被還 原后 ， 得到一定形狀和大小的金屬料 ， 然后將金屬 料經(jīng)粉碎等處理以獲得粉末 。 金屬粉末的生產(chǎn)有多種方法 ， 其中主要有： 礦物 還原法 ， 霧化法 ， 機(jī)械粉碎法 等 。 Page 9 4.1.1金屬粉末的制取及其特性 2) 電解法 電解法是 采用金屬鹽的水溶 液電解析出或熔鹽電解析出金屬 顆?；蚝＞d狀金屬塊 ， 再用機(jī)械 法進(jìn)行粉碎 。 Page 10 3)霧化法： 霧化法 是使熔化的液 態(tài)金屬?gòu)撵F化塔上部的小孔 中流出 ， 同時(shí)噴入高壓氣體 ， 在氣流的機(jī)械力和急冷作用 下 ， 液態(tài)金屬被霧化 ， 冷凝 成細(xì)小粒狀的金屬粉末 ， 落 入霧化塔下的盛粉桶中 。 Page 11 4.1.1金屬粉末的制取及其特性 機(jī)械破碎法中最常用 的是鋼球或硬質(zhì)合金球?qū)?金屬塊或粒原料進(jìn)行球磨， 適宜于制備一些脆性的金 屬粉末，或者經(jīng)過(guò)脆性化 處理的金屬粉末（如經(jīng)過(guò) 氫化處理變脆的鈦粉）。 4) 機(jī)械粉碎法 Page 12 金屬粉末的特性 金屬粉末的特性對(duì) 粉末的壓制、燒結(jié)過(guò)程 、 燒結(jié)前強(qiáng)度 及 最終產(chǎn)品的性能 都有重大影響。 （ 1）成分 粉末的成分通常指主要 金屬或組分、雜質(zhì)及氣體的含 量 。金屬粉末中主要金屬的含量大都不低于 98% 99%，完 全可以滿(mǎn)足燒結(jié)機(jī)械零件等的要求。但在制造高性能粉末 冶金材料時(shí)，需要使用純度更高的粉末。 影響金屬粉末的基本性能的因素包括： 成分、 粒徑分布、顆粒形狀和大小及技術(shù)特征 等。 Page 13 一些重要的金屬粉末生產(chǎn)方法 金屬粉末 生產(chǎn)方法 金屬粉末 生產(chǎn)方法 鐵 還原法、水霧化法、 空氣霧化法、研磨法 鈹 研磨法、還原法、電 解法 銅、鎳 電解法、霧化法、 還原法 銀 電解法、沉淀法 鎢、鉬、釩、 鈷 還原法 硅 研磨法 鈦、鋯、鉭 還原法、電解法 鋁 霧化法、研磨法 鈮、釷、鉻、 錳 電解法、還原法 鋅、錫、鉛 霧化法 Page 14 （ 2）顆粒形狀和大小 顆粒形狀 是影響粉末技術(shù)特征 （ 如松裝密度 、 流動(dòng) 性等 ） 的因素之一 。 通常 ， 粉粒以球狀或粒狀為好 。 顆粒大小常用 粒度 表示 。 粉末粒度通常在 0.150 0 m， 150 m以上的定為 粗粉 ， 40150 m定為 中等 粉 ， 1040 m的定為 細(xì)粉 ， 0.510 m為 極細(xì)粉 ， 0.5 m以下的為超細(xì)粉 。 粉末顆粒大小通常用 篩號(hào) 表示 其范圍 ， 各種篩號(hào)表示每平方英寸 （ 1 in2=6.45 10- 4 m2） 篩網(wǎng)上的網(wǎng)孔數(shù) 。 Page 15 篩號(hào)與網(wǎng)孔大小的對(duì)應(yīng)關(guān)系 篩號(hào) /目 32 42 60 80 100 150 200 250 325 400 網(wǎng)孔大小 /m 495 351 246 175 147 104 74 61 44 37 Page 16 （ 3）粒度分布 粒度分布 是指大小不同的粉粒級(jí) 別的相對(duì)含量 ， 也稱(chēng)為 粒度組成 。 粉 末粒度組成的范圍廣 ， 則制品的密度 高 ， 性能也好 ， 尤其對(duì)制品邊角的強(qiáng) 度尤為有利 。 Page 17 （ 4）技術(shù)特征 粉末的成形技術(shù)特征 主要有： 松裝密度：又稱(chēng)松裝比 ， 指單位容積自由松裝粉末 的質(zhì)量 。 受粉末粒度 、 粒形 、 粒度組成及粒間孔隙大 小決定 。 松裝比的大小影響壓制與燒結(jié)性能 ， 同時(shí)對(duì) 壓模設(shè)計(jì)是一個(gè)十分重要的參數(shù) 。 流動(dòng)性 ： 指 50g粉末在粉末流動(dòng)儀中自由下降至流 完后所需的時(shí)間 。 時(shí)間愈短 ， 流動(dòng)性愈好 。 流動(dòng)性好 的粉末有利于快速連續(xù)裝粉及復(fù)雜零件的均勻裝粉 。 Page 18 （ 4）技術(shù)特征 壓制性： 包括壓縮性與成形性 。 壓縮性的好壞決定 壓坯的強(qiáng)度與密度 ， 通常用壓制前后粉末體的壓縮比 表示 。 粉末壓縮性主要受粉末硬度 、 塑性變形能力與 加工硬化性決定 。 經(jīng)退火后的粉末壓縮性較好 。 為保 證壓坯品質(zhì) ， 使其具有一定的強(qiáng)度 ， 且便于生產(chǎn)過(guò)程 中的運(yùn)輸 ， 粉末需有良好的成形性 。 Page 19 4.1.2 粉末配混 粉末配混 是根據(jù) 產(chǎn)品配料計(jì)算并按特定的粒度分布把各種金屬 粉末及添加物（如潤(rùn)滑劑等）進(jìn)行充分地混合，此工序通過(guò)混 粉機(jī)完成。 為改善粉末的成形 性和可塑性，在粉 料中添加 增塑劑 （如汽油、橡膠溶 液、石臘等） 。 Page 20 1） 目的： 2） 成形機(jī)理： 將松散的粉料通過(guò)壓制或其它方法制成具有一定形狀，尺寸的壓坯 。 裝入模具型腔內(nèi)的金屬粉料在 150 1600MN/m2成形壓 力作用下 ,粉粒之間的原子通過(guò)固相擴(kuò)散互相滲透促進(jìn)粉粒的 結(jié)合 。 另一方面因粉粒表面凹凸不平，受壓后互相合，致使壓 坯密度提高，強(qiáng)度增大 。 4.1.3 壓制成形 Page 21 Page 22 Page 23 壓制成形方法 壓制成形的方法有很多 ， 如 鋼模壓制 、 流體等靜 壓制 、 三向壓制 、 粉末鍛造 、 擠壓 、 振動(dòng)壓制 、 高能 率成形 等 。 常用的有： 1） 鋼模壓制 指在常溫下 ， 用機(jī)械式壓力機(jī)或液壓機(jī) ， 以一定 的比壓 （ 壓力常在 150160 MPa） 將鋼模內(nèi)的松裝粉末 成形為壓坯的方法 。 這種成形技術(shù)方法應(yīng)用最多且最 廣泛 。 Page 24 Page 25 1） 鋼模壓制 Page 26 2）流體等靜壓制 它是利用 高壓流體 （ 液體或氣體 ） 同時(shí)從各 個(gè)方向?qū)Ψ勰┎牧鲜┘訅毫Χ尚蔚姆椒?。 1 工件； 2 橡膠或塑料模； 3 高壓容器； 4 高壓泵 Page 27 3）三向壓制 1 側(cè)向壓力； 2 軸向沖頭； 3 放氣孔 綜合了單 向鋼模壓 制與等靜 壓制的特 點(diǎn) 這種方法得到的 壓坯密度和強(qiáng)度超過(guò) 用其他成形方法得到 的壓坯。但它適用于 成形形狀規(guī)則的零件， 如圓柱形、正方形、 長(zhǎng)方形、套筒等。 Page 28 另外 ， 可利用 擠壓與軋制直接從粉末狀態(tài)生產(chǎn)擠壓制 品或軋制產(chǎn)品 ， 如桿件 、 棒料 、 薄板 、 構(gòu)件等 。 根據(jù)材料和 性能要求的不同 ， 可選擇不同的加熱及加工順序 。 目前 ， 這 個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)展較快 。 通常一個(gè)理想的零件 ， 其各個(gè)部位都必須具有均勻的密 度分配 。 在粉末冶金中 ， 粉末壓制成形的主要問(wèn)題是如何使 成形的壓坯密度均勻 ， 它不僅標(biāo)志著壓制對(duì)粉末密實(shí)的有效 程度 ， 且可決定隨后燒結(jié)時(shí)材料的形狀 。 3）三向壓制 Page 29 軟、硬兩種粉末在壓制中壓力與密度的關(guān)系 壓力與密度之間的關(guān)系 1 軟質(zhì)材料粉末； 2 硬質(zhì)材料粉末 Page 30 壓坯的強(qiáng)度 是一個(gè)比較重要的品質(zhì)指標(biāo) 。 壓制 過(guò)程中 ， 隨著壓力增大 ， 壓坯強(qiáng)度也提高 ， 這主 要是因?yàn)?一方面粉末接觸表面的塑性變形導(dǎo)致的 原子間作用力增大 ， 另一方面是粉粒表面凹凸不 平而產(chǎn)生的機(jī)械嚙合力的結(jié)果 。 4.1.3 壓制成形 Page 31 壓坯的密度和強(qiáng)度大小 對(duì)燒結(jié)體的品質(zhì)有直接的 影響，密度大，強(qiáng)度高，燒結(jié)體的品質(zhì)也好。另 外，堅(jiān)固的壓坯便于生產(chǎn)過(guò)程中的運(yùn)輸和半成品 加工。對(duì)于某些硬質(zhì)材料的粉粒，因塑性變形能 力差，壓制中即使增大壓力也產(chǎn)生不了很大效果 。故生產(chǎn)中常靠加入 潤(rùn)滑劑（又叫成形劑）來(lái)增 加壓制時(shí)粉末間的黏結(jié)與壓坯的強(qiáng)度 。凡影響成 形性的因素都將影響壓坯的密度和強(qiáng)度。 4.1.3 壓制成形 Page 32 4.1.4 壓坯燒結(jié) 1） 目的 壓制的型坯強(qiáng)度很低 ， 必須進(jìn)行燒結(jié) 。 燒結(jié)是將型坯按一 定的規(guī)范加熱到規(guī)定溫度并保溫一段時(shí)間 ， 使型坯獲得一定的 物理與機(jī)械性能 （ 機(jī)械強(qiáng)度 ） 的工序 。 2） 燒結(jié)機(jī)理 粉末壓坯的 表面積大 ， 表面能高 ， 表面與內(nèi)部的各種缺陷 多 ， 處于不穩(wěn)定狀態(tài) 。 在燒結(jié)過(guò)程中 ， 高溫坯料顆粒之間易于 發(fā)生擴(kuò)散 、 熔焊 、 化合 、 溶解和再結(jié)晶等物理化學(xué)過(guò)程 。 使分 散的坯料顆粒結(jié)合成為一個(gè)穩(wěn)定 、 堅(jiān)實(shí)的結(jié)晶體 、 即燒結(jié)體 。 最終獲得所需要的性能 。 Page 33 3）燒結(jié)方法 通常在 保護(hù)性氣氛的高溫爐或真空爐內(nèi) 進(jìn)行燒結(jié)。 A 燒結(jié)規(guī)范 燒結(jié)溫度： 一般為基體熔點(diǎn)的 2/3 3/4。即 燒 =(2/3 3/4)T熔 。 B 燒結(jié)分類(lèi) 保溫時(shí)間： 時(shí)間太短 ， 不利于原子擴(kuò)散和遷移 ， 不利于成分 ， 組分均勻化；保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng) ， 易造成晶粒粗大 ， 生產(chǎn)率低 ， 成本升高等缺點(diǎn) 。 保護(hù)氣氛： 為防止粉料氧化 ， 燒結(jié)過(guò)程一般在還原性或中性氣 氛下進(jìn)行 （ 如煤氣 ， 氫氣等 ） ， 要求高的應(yīng)在真空爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié) 。 固相燒結(jié) ： 燒結(jié)過(guò)程中各組元均不形成液相。 液相燒結(jié)： 燒結(jié)時(shí)部分組元形成液相。在液相表面張力的作用 下，粉粒相互靠緊，故燒結(jié)速度快，制品強(qiáng)度高。 Page 34 4.1.4 壓坯燒結(jié) 粉末壓坯一般因 孔隙度大，表面積大，在燒結(jié) 中高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱下，粉粒表面容易發(fā)生氧化，造 成廢品。因此，燒結(jié)必須在真空或保護(hù)氣氛中進(jìn)行， 若采用還原性氣體作保護(hù)氣氛則更為有利。 （ 1）翹曲 （ 2）過(guò)燒 （ 3）分解反應(yīng)及多晶轉(zhuǎn)變 （ 4）黏結(jié)劑燒掉 Page 35 Page 36 4.1.5燒結(jié)后的其他處理或加工 1)滲透（又稱(chēng)為熔滲） 把 低熔點(diǎn)金屬或合金滲入到多孔 燒結(jié)制品的孔隙中 去的方法稱(chēng)為熔滲。 2）復(fù)壓 將燒結(jié)后的粉末壓制件再放到 壓形模中壓一 次 ，叫做復(fù)壓 。 3)粉末金屬鍛造 以金屬粉末為原料，先用粉末冶金 法制成具有一定形狀和尺寸的預(yù)成形坯，然后將 預(yù)成形 坯加熱后置于鍛模中鍛成所需零件 的方法。 Page 37 4.1.5燒結(jié)后的其他處理或加工 4）精壓 將零件放入模具中并加以高壓的工序。 目的是進(jìn)一步提高制 品的密度、強(qiáng)度。 粉末冶金制品有一些后續(xù)工序 ， 如含油軸承的浸油處理 ， 以及機(jī)械加工 、 噴砂處理 ， 有時(shí)還須進(jìn)行一些必要的熱處理等 。 5）其他后續(xù)處理 Page 38 根據(jù)技術(shù)要求，生產(chǎn)粉末金屬可選擇下屬過(guò)程 壓制 +燒結(jié)； 壓制 +燒結(jié) +復(fù)壓； 壓制 +預(yù)燒結(jié) +精壓 +燒結(jié)； 壓制 +預(yù)燒結(jié) +精壓 +燒結(jié) +復(fù)壓。 通常情況下：類(lèi)過(guò)程的應(yīng)用約占 80%；但類(lèi)過(guò)程的應(yīng) 用也不少。而較復(fù)雜的類(lèi)和類(lèi)過(guò)程僅用于某些特 殊零件。近年來(lái)，由于可壓實(shí)性粉末材料及高耐磨模 具材料的開(kāi)發(fā)，經(jīng)一次壓制就可獲得較高強(qiáng)度的零件。 4.1.5燒結(jié)后的其他處理或加工 Page 39 Page 40 4.2 粉末壓制產(chǎn)品及應(yīng)用 現(xiàn)代汽車(chē) 、 飛機(jī) 、 工程機(jī)械 、 儀器儀表 、 航空航天 、 軍工 、 核 能 、 計(jì)算機(jī)等工業(yè)中 ， 需要許多具有特殊性能的材料或在特殊工作 條件下的零部件 ， 粉末壓制在很大程度上促進(jìn)解決這些與科技發(fā)展 密切相關(guān)的任務(wù) 。 Page 41 4.2.1粉末壓制機(jī)械結(jié)構(gòu)零件 粉末壓制機(jī)械結(jié)構(gòu)零件 又稱(chēng) 燒結(jié)結(jié)構(gòu)件 ， 這類(lèi)制品 在粉末冶金工業(yè)中產(chǎn)量最大 、 應(yīng)用面最廣 。 在現(xiàn)今汽車(chē)工業(yè)中廣泛采用粉末壓制制造零件 。 燒 結(jié)結(jié)構(gòu)件總產(chǎn)量的 60%70%用于汽車(chē)工業(yè) ， 如發(fā)動(dòng) 機(jī) 、 變速箱 、 轉(zhuǎn)向器 、 啟動(dòng)馬達(dá) 、 刮雨器 、 減震 器 、 車(chē)門(mén)鎖中都使用有燒結(jié)零件 。 Page 42 汽車(chē)變速箱中粉末壓制件 零件名稱(chēng) 材料及處理 零件名稱(chēng) 材料及處理 離合器導(dǎo)向軸 承 Fe-C-Pb， Fe- Cu-C 變速器鍵 Fe-Ni，滲碳、 淬火 離合器分離軸 承 Fe-Cu， 滲碳、淬火 止推墊圈 Fe-Cu-C 離合器踏板襯 套 Fe-Cu-C 換擋操縱零件 Fe-Cu-C 離合器齒輪， 同步器轂 Fe-Cu-Ni-C 萬(wàn)向接頭的 中心球 Fe-Cu，滲碳、 淬火 Page 43 4.2.2粉末壓制軸承材料 1） 多孔含油軸承材料 這是一種利用粉末壓制材料制作的多孔性浸滲潤(rùn)滑油的 減磨材料 ， 用作軸承 、 襯套等 。 常用的有 鐵 -石墨和青銅 -石 墨含油軸承材料 。 含油軸承工作時(shí) ， 由于摩擦發(fā)熱 ， 使?jié)櫥团蛎洀暮辖?孔隙中壓到工作表面 ， 起到潤(rùn)滑作用 。 運(yùn)轉(zhuǎn)停止后 ， 軸承冷 卻 ， 表面上潤(rùn)滑油由于毛細(xì)管現(xiàn)象的作用 ， 大部分被吸回孔 隙 ， 少部分仍留在摩擦表面 ， 使軸承再運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)避免發(fā)生干摩 擦 。 這樣就可保證軸承能在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi) ， 不需加油而能 有效地工作 。 Page 44 含油軸承材料的 孔隙度通常是 18%25%。 孔隙度高則含油多 ， 潤(rùn)滑性好 ， 但強(qiáng)度較 低 ， 故適宜在低負(fù)荷 、 中速條件下工作； 孔隙度低則含油少 ， 強(qiáng)度較高 ， 適宜于中 、 高負(fù)荷 ， 低速條件下工作 ， 有時(shí)還需補(bǔ)加 潤(rùn)滑油 。 目前 ， 這類(lèi)材料廣泛用于汽車(chē) 、 拖拉機(jī) 、 紡織機(jī)械和電動(dòng)機(jī)等軸承上 。 Page 45 2）金屬塑料減摩材料 這 是一種 具有良好綜合性能的無(wú)油潤(rùn)滑減摩材料 。 由 粉末壓制多孔制品和聚四氟乙烯 、 二硫化鉬或二硫化鎢等 固體潤(rùn)滑劑復(fù)合制成 。 這種材料的特點(diǎn)是工作時(shí)不需潤(rùn)滑 油 ， 有較寬的工作溫度范圍 （ -200+280 ） ， 能適應(yīng)高空 、 高溫 、 低溫 、 振動(dòng) 、 沖擊等工作條件 ， 還能在真空 、 水或 其他液體中工作 ， 故在電器 、 儀器儀表軸承等方面廣泛使 用 。 使用這兩類(lèi)軸承可大大簡(jiǎn)化機(jī)器 、 儀器儀表等的結(jié)構(gòu) 或機(jī)構(gòu) ， 減小其體積 。 Page 46 Page 47 4.2.3 多孔性材料及摩擦材料 1）多孔性材料 粉末壓制多孔性材料制品有 過(guò)濾器、熱交換器、觸媒 以 及一些 滅火裝置 等。過(guò)濾器是最典型的多孔性材料制品 ，主要用來(lái)過(guò)濾燃料油、凈化空氣，以及化學(xué)工業(yè)上過(guò) 濾液體與氣體等，所使用的主要粉料有 青銅、鎳、不銹 鋼 等，通常在性能上既要求 有效孔隙度高，又要求一定 的力學(xué)性能與耐蝕性和熱強(qiáng)性 。 多孔性材料的生產(chǎn)過(guò)程與多孔含油軸承材料相類(lèi)似，由 于性能的要求較高，因此在生產(chǎn)技術(shù)上有一定的難度， 特別難以達(dá)到孔隙度的控制，故一般要求采用球形的霧 化粉。 多孔性材料還可采用纖維壓制法進(jìn)行制造，首先制成金 屬纖維，再壓制、燒結(jié)。其強(qiáng)度與耐熱性都較好。 Page 48 2）摩擦材料 摩擦材料 用來(lái)制作剎車(chē)片、離合器片等，用于制 動(dòng)與傳遞扭矩。因此，對(duì)材料性能的要求是摩擦 系數(shù)要大，耐磨性、耐熱性與熱傳導(dǎo)性要好。燒 結(jié)材料結(jié)構(gòu)上的多孔性特點(diǎn)，用其作摩擦材料制 品特別有利于在高溫條件下工作。 粉末摩擦材料主要分為 銅基與鐵基 兩大類(lèi)。 通常， 燒結(jié)摩擦材料的強(qiáng)度較低，可采用鋼制或 鐵制襯背解決。 Page 49 Page 50 4.2.4 硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金 是將一些難熔的金屬碳化物 （ 如碳化鎢 、 碳化 鈦等 ） 和金屬黏結(jié)劑 （ 如鈷 、 鎳等 ） 粉末混合 ， 壓制成 形 ， 并經(jīng)燒結(jié)而成的一類(lèi)粉末壓制制品 。 由于高硬度的 金屬碳化物作為基體 ， 軟而韌的鈷或鎳起粘接作用 ， 使 硬質(zhì)合金既有 高的硬度和耐磨性 ， 又有 一定的強(qiáng)度和韌 度 。 硬質(zhì)合金硬度高 （ 6981HRC)， 熱硬性好 (可達(dá) 9001000 )， 耐磨性好 ， 用硬質(zhì)合金制作刀具 ， 壽命可提高 58 倍 ， 切削速度比高速鋼高十幾倍 。 Page 51 硬質(zhì)合金 分 類(lèi) （ 1） 鎢鈷類(lèi) （ YG） 鎢鈷類(lèi)主要成分為碳化鎢 （ WC） 和鈷 （ Co)。 常用牌號(hào)有 YG3， YG6， YG8等 。 YG是 “ 硬鈷 ” 兩字 的漢語(yǔ)拼音字首 ， 后面數(shù)字表示鈷的含量 ， 如 YG6 表示含鈷 6%， 含碳化鎢 94%的鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金 。 鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金有 較好的強(qiáng)度和韌度 ， 適宜 制作切削脆性材料的刀具 ， 如切削鑄鐵 、 脆性有 色合金 、 電木等 。 含鈷愈高 ， 強(qiáng)度和韌度愈好 ， 而硬度 、 耐磨性降低 。 因此 ， 含鈷量較多的牌號(hào) 一般多用作粗加工 ， 而含鈷量較少的牌號(hào)多用于 作精加工 。 Page 52 （ 2） 鎢鈷鈦類(lèi) （ YT） 鎢鈷鈦類(lèi)主要成分為 碳化物 、 碳化鈦 （ TiC） 和鈷 。 常用 牌號(hào)有 YT5， YT10， YT15等 。 YT是 “ 硬鈦 ” 兩字的漢語(yǔ)拼音字 首 ， 后面數(shù)字表示碳化鈦的含量 ， 如 TY10表示含碳化鈦 10%， 其余為碳化鎢和鈷的鎢鈷鈦類(lèi)硬質(zhì)合金 。 鎢鈷鈦類(lèi)硬質(zhì)合金含有比碳化鎢更硬的碳化鈦 ， 因而 硬度 高 ， 熱硬性也較好 ， 加工鋼材時(shí)刀具表面會(huì)形成一層氧化鈦薄 膜 ， 使切屑不易黏附 ， 故適宜制作切削高韌度鋼材的刀具 。 同 樣 ， 含鈷量較高 （ 如 YT5， 含鈷 9%） 的牌號(hào)用作粗加工 。 Page 53 （ 3） 鎢鉭類(lèi) （ YW） 鎢鉭類(lèi)主要成分為碳化鎢 、 碳化鈦 、 碳化鉭 （ TaC)和鈷 。 其特點(diǎn)是 抗彎強(qiáng)度高 。 牌號(hào)主要有 YW1（ 84%WC， 6%TiC， 4%TaC， 6%Co)和 YW2(82%WC， 6%TiC ， 4%TaC， 8%Co)兩種 。 這類(lèi)硬質(zhì)合金制作的刀具用 于加工 不銹鋼 、 耐熱鋼 、 高錳鋼 等難加工的材料 。 Page 54 Page 55 4.2.5粉末壓制鋼結(jié)硬質(zhì)合金及高速鋼 1）鋼結(jié)硬質(zhì)合金 鋼結(jié)硬質(zhì)合金具備下面幾個(gè)主要特點(diǎn)： 合金的基本組成是碳化物加合金鋼 。從結(jié)構(gòu)上看是通過(guò) 鋼來(lái)膠結(jié)碳化物，或者是大量的一次碳化物分布在鋼基 體上的金屬基復(fù)合材料。 由于鋼的組成物在顯微組織中占有一定的比例，因此 鋼 結(jié)硬質(zhì)合金具有一定的鍛造、焊接、熱處理及機(jī)械加工 等技術(shù)性能 ， 尤其是通過(guò)不同的熱處理可使同一成分的 合金在一定范圍內(nèi)表現(xiàn)出不同的力學(xué)性能。 在力學(xué)性能上不僅保持了合金鋼和硬質(zhì)合金的基本特性 ，且還有不同程度的發(fā)展。 Page 56 2）粉末壓制高速鋼 高速鋼 是一種用量較大的工具鋼 。 高速鋼的含碳量尤其 是合金元素含量較高 ， 屬于萊氏體鋼 ， 在鑄態(tài)的顯微組 織中出現(xiàn) 大量骨骼狀碳化物 ， 其分布 極不均勻且粗大 。 即使經(jīng)過(guò)熱軋或鍛造后 ， 碳化物的偏析及不均勻度仍然 較嚴(yán)重 ， 這對(duì)高速鋼的使用性能與技術(shù)性能帶來(lái)不良影 響 。 如熱變形塑性差 ， 熱處理變形較大 ， 淬火開(kāi)裂的敏 感性強(qiáng) ， 磨削性能差 ， 切削刃抗彎強(qiáng)度低及易于剝落崩 裂等 ， 故影響刀具的品質(zhì)和使用壽命 。 Page 57 2）粉末壓制高速鋼 目前 ， 國(guó)內(nèi)外所生產(chǎn)的粉末高速鋼牌號(hào)主要有 兩種： W6Mo5Cr4V2和 W18Cr4V。 通過(guò)粉末壓制過(guò)程 生產(chǎn)的粉末高速鋼坯料可進(jìn)行鍛造 ， 以改變外形 尺寸并適當(dāng)?shù)靥岣呙芏?。 其熱處理技術(shù)參數(shù)與成 分相同的普通高速鋼基本上相同 ， 只是粉末壓制 高速鋼組織中的碳化物分布比較均勻和細(xì)致 ， 在 加熱過(guò)程中容易固溶于奧氏體 ， 淬火加熱溫度可 稍低些 。 Page 58 4.2.6 耐熱材料及其他材料 1） 難熔金屬耐熱材料 難熔金屬是指熔點(diǎn)超過(guò) 2000 以上的金屬 ， 如鎢 （ 熔點(diǎn) 為 3380 )， 鉬 （ 2600 )， 鉭 （ 2980 )， 鈮 (2468 ) 等 。 這些金屬常用 還原法或從其他冶金方法 得到金屬粉 末 ， 并與合金通過(guò)粉末冶金制成的耐熱材料廣泛應(yīng)用導(dǎo) 彈和宇宙飛行器的結(jié)構(gòu)件 ， 以及燃燒室構(gòu)件 、 加熱元件 、 熱電偶絲等 。 Page 59 2） 耐熱合金材料 以鈷鎳鐵等為基的耐熱合金材料由于機(jī)加工比較困難 ， 金屬消耗量大 ， 也常采用粉末冶金法制造 。 粉末冶 金得到的耐熱合金材料的組織細(xì)致均勻 ， 尤其高溫蠕 變強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度比鑄造材料要高得多 。 通過(guò)粉末冶金還能獲得在 特殊條件或核能工業(yè)中所使 用的材料 ， 如彌散強(qiáng)化型材料 （ 有金屬陶瓷材料 、 彌 散型合金材料等 ） 、 原子能工程材料等 。 4.2.6 耐熱材料及其他材料 Page 60 4.3粉末壓制零件或制品的結(jié)構(gòu)特征 （ 1）壓制件的形狀 （ 2）壓制件的密度 長(zhǎng)徑比 L/D 6.4 0.12 0.07 0.035 0.07 0.14 0.084 0.045 0.08 4 0.17 0.10 0.05 0.10 0.20 0.12 0.06 0.12 鐵碳 5.6 6. 5 6.5 0.12 0.07 0.14 0.084 0.17 0.10 0.20 0.12 鐵銅碳 5.8 6. 4 6.4 0.07 0.035 0.07 0.081 0.051 0.08 4 0.010 0.05 0.10 0.12 0.06 0.12 銅 6.5 8 0.07 0.12 0.084 0.14 0.10 0.17 0.12 0.20 6 - 6 - 3 青銅 6.3 7. 5 0.24 0.43 0.28 0.52 0.34 0.62 0.40 0.74 壓制件的徑向尺寸精度一般容易達(dá)到，而軸向尺寸精度的 控制比較困難。 燒結(jié)壓制件的徑向尺寸精度 Page 65 整形后壓制件的徑向尺寸精度 整形方式 公 差 ( m m ) 10 18 18 30 30 50 50 80 只整外徑 只整內(nèi)徑 整內(nèi)外徑 全整形 ( 1 ) 0.027 0.0 35 0.027 0.0 35 0.019 0.0 27 0.01 1 0.0 19 0.033 0.0 45 0.033 0.0 45 0.023 0.0 33 0.013 0.0 23 0.039 0.0 50 0.039 0.0 50 0.27 0.03 9 0.015 0.0 27 0.046 0.0 60 0.046 0.0 60 0.030 0.0 16 0.018 0.0 3 0 壓制件側(cè)面的平行度公差 公稱(chēng)尺寸 10 10 16 16 25 25 40 40 63 63 100 公 差 0.0 12 0.0 20 0.0 15 0.0 25 0.0 20 0.0 30 0.0 25 0.0 40 0.0 30 0.0 50 0.0 40 0.0 60 Page 66 壓制件端面的平行度公差 壓制件垂直度公差 公稱(chēng)尺寸 10 10 16 16 25 25 40 40 63 63 100 公 差 0. 30 0.0 5 0.0 4 0.0 6 0.0 5 0.0 8 0.0 6 0. 1 0 0.0 8 0. 12 0. 10 0. 15 公稱(chēng)尺寸 10 10 16 16 25 25 40 40 63 63 100 公 差 0. 30 0.0 5 0.0 4 0.0 6 0.0 5 0.0 8 0.0 6 0. 1 0 0.0 8 0. 12 0. 10 0. 15 Page 67 壓制件的表面粗糙度 壓制件的表面粗糙度主要 取決于 模具相應(yīng)表面的模壁粗糙度，模具 型面的粗糙度取決于加工方法 ，如 研磨后可達(dá) Ra 0.1 0.05m 。 壓制件的表面粗糙度 Ra一般為 1.6 0.4 m ， 不應(yīng)低于 Ra3.2 m。 Page 68 4.4 陶瓷制品成形過(guò)程簡(jiǎn)介 陶瓷制品是人類(lèi)最早使用的制品，它的生產(chǎn)已經(jīng)有許多個(gè)世紀(jì) 了。早期的陶瓷器是由黏土、長(zhǎng)石、石英等天然原料制成的。 當(dāng)時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)了黏土加水后具有相當(dāng)?shù)目伤苄?，而且能模?成形，成形后的器件在太陽(yáng)下曬干，再置于爐中煅燒便硬固。 這些制品通常稱(chēng)為 傳統(tǒng)陶瓷（又稱(chēng)普通陶瓷）， 現(xiàn)在一般也把 其歸屬為硅酸鹽產(chǎn)品。 20世紀(jì)初期，科學(xué)家和工程師已進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了陶瓷材料及其生 產(chǎn)技術(shù)，并且發(fā)現(xiàn)了天然礦物能夠提純或人工合成新組成的原 料，可以獲得極好的性能。這些 精制陶瓷或新型陶瓷通常稱(chēng)為 現(xiàn)代陶瓷（又稱(chēng)工業(yè)陶瓷）， 它們是制造業(yè)人員最愿意了解的， 故此主要介紹現(xiàn)代陶瓷及其生產(chǎn)技術(shù)。 Page 69 4.5 常用復(fù)合材料成形過(guò)程簡(jiǎn)介 熔體抽絲法： 將所制取材料（如玻璃）熔化成液體，然后從 液體中以極快的速度抽出細(xì)絲 。此法主要應(yīng)用于制取玻璃、 氧化鋁等纖維。 熱分解法 ： 將人造或天然纖維在 200300 的空氣中預(yù)氧化， 然后在 10002 000 的氮?dú)庵刑蓟?，可制得碳纖維 。若將 碳纖維在 2 5003 000 氬氣中石墨化后可得到石墨纖維。 此法主要用于獲得碳或石墨纖維。 拔絲法： 將冶煉或粉末壓制生產(chǎn)的金屬坯料，在高溫且有保 護(hù)氣氛中反復(fù)拉拔成細(xì)絲 。此法主要應(yīng)用于獲得金屬細(xì)絲。 氣相沉積法： 主要應(yīng)用于制取硼、碳化硼、碳化硅等纖維 。 例如，將三氯化硼氣體與氫氣按一定比例混合，加熱到 2 00 0 以上，使硼沉積在極細(xì)的鎢絲上，得到硼纖維。 4.5.1纖維制取方法 Page 70 4.5.2 纖維復(fù)合材料成形方法 1）固態(tài)法 固態(tài)法即為 纖維復(fù)合材料中的基體與 增強(qiáng)物（如短纖維、晶須、顆粒等）在成形過(guò)程中均處 于固體狀態(tài) 。此法是將 基體材料或箔與增強(qiáng)物按設(shè)計(jì)要 求以一定的含量、分布、方向混合排布在一起，置于模 具中，再經(jīng)加熱加壓使基體與增強(qiáng)物復(fù)合粘接而制成 （纖維）復(fù)合材料零件或制品 。固體法中，基體材料主 要是塑性好的 Al， Cu， Ti，以及它們的合金等。當(dāng)增強(qiáng) 物為短纖維、晶須或顆粒時(shí)，其成形過(guò)程與粉末壓制 （冶金）成形相似 Page 71 4.5.2 纖維復(fù)合材料成形方法 2）液態(tài)法 液態(tài)法即為 基體材料在成形時(shí)處于熔融狀態(tài)， 與固體增強(qiáng)物復(fù)合后，通過(guò)基體材料的固化或凝固而獲得復(fù) 合材料零件或制品的方法。 此法中，因基體在熔融態(tài)時(shí)流動(dòng) 性好，在一定的外界條件（可以是單獨(dú)的熱作用，也可以是 熱和壓力復(fù)合作用）下容易進(jìn)入增強(qiáng)物間隙中，故液態(tài)法在 纖維復(fù)合材料成形過(guò)程中應(yīng)用較多。液態(tài)法中的基體材料采 用最多的是樹(shù)脂，也有金屬材料。液態(tài)法可用來(lái)直接制造纖 維復(fù)合材料零件，也廣泛用來(lái)制造纖維復(fù)合絲、復(fù)合帶、復(fù) 合板、錠坯等作為二次加工成零件的原材（料）。 Page 72 噴射成形法 把切成小段的（玻璃）纖維和樹(shù)脂一起噴涂到模具 表面，然后固化成形 1 樹(shù)脂混合物； 2 纖維絲； 3 切斷裝置； 4 噴槍?zhuān)?5 壓縮空氣 Page 73 壓制成形法 在模具上鋪好（玻璃）纖維制品，然后澆上 配好的室溫固化樹(shù)脂加壓固化成形 。 1 下模； 2 上模； 3 加熱通道； 4 制品 Page 74 纖維纏繞成形法 把連續(xù)纖維一邊浸以樹(shù)脂（通過(guò)樹(shù)脂浴槽）， 一邊纏繞在芯軸上，然后固化成形 。 1 纖維； 2 型模（芯軸）； 3 樹(shù)脂浴槽 Page 75 連續(xù)成形法 把連續(xù)纖維不斷地浸以樹(shù)脂，并通過(guò)模口和固化 爐，固化成形板、棒或其他型材 1 纖維； 2 樹(shù)脂浴槽； 3 成形模； 4 固化爐； 5 牽引裝置 Page 76 層壓成形法 把纖維制品（板或片狀）或者紙板、織物（如棉布）、石 棉、木材等經(jīng)浸漬或涂敷樹(shù)脂后疊堆，在 加熱加壓下固化成各 種夾層結(jié)構(gòu) ，以獲得復(fù)合纖維板、棒、管和其他特殊形狀 。 1 纖維； 2 樹(shù)脂浴槽； 3 牽引裝置； 4 切割； 5 層壓固化； 6 制品 Page 77 其他方法 除上述所介紹的方法外，還有 復(fù)合涂（鍍）法 即將增強(qiáng)物（主要是細(xì)顆?；蚨汤w維）懸浮于 鍍液中，通過(guò)電鍍或化學(xué)鍍將金屬與顆粒同時(shí) 沉積在基板或零件表面，形成復(fù)合材料層；也 可用等離子等熱噴鍍法將金屬和增強(qiáng)物同時(shí)噴 鍍?cè)诘装迳闲纬蓮?fù)合材料層 。復(fù)合涂（鍍）法 一般用來(lái)在零件表面形成一層復(fù)合涂層，起到 提高耐磨、耐熱等作用。對(duì)于金屬基復(fù)合材料， 還有擠壓鑄造法、真空壓力浸漬法等。