粉末冶金原理(新)——刘永.doc

课程名称: 粉末冶金学
Powder Metallurgy Science
导论
粉末冶金技术的发展史History of powder metallurgy
粉末冶金是采用金属粉末(或非金属粉末混合物)为原料,经成形和烧结操作制造金属材料、复合材料及其零部件的加工方法。
粉末冶金既是一项新型材料加工技术,又是一项古老的技术。
.早在五千年前就出现了粉末冶金技术雏形,古埃及人用此法制造铁器件;
.1700年前,“DELI 柱”(含硅Fe合金,耐蚀性好)。
.19世纪初,由于化学实验用铂(如坩埚)的需要,俄罗斯人、英国人采用粉末压制、烧结和热锻的方法制造致密铂,成为现代粉末冶金技术的基础。
.20世纪初,现代粉末冶金的发展起因于爱迪生的长寿命白炽灯丝的需要。钨灯丝的生产标志着粉末冶金技术的迅速发展。
.1923年硬质合金的出现导致机加工的革命。
.20世纪30年代铜基含油轴承的制造成功,并在汽车、纺织、航空、食品等工业部门的广泛应用。随后,铁基粉末冶金零部件的生产,发挥了粉末冶金以低的制造成本生产高性能零部件的技术优点。
.20世纪40年代,二战期间,促使人们开发研制高级的新材料(高温材料),如金属陶瓷、弥散强化合金作为飞机发动机的关键零部件。
.战后,迫使人们开发研制更高性能的新材料,如粉末高速钢、粉末超合金、高强度铁基粉末冶金零部件(热锻)。大大扩大了粉末冶金零部件及其材料的应用领域。
.粉末冶金在新材料的研制开发过程中发挥其独特的技术优势。
粉末冶金工艺
粉末冶金技术的大致工艺过程如下:
原料粉末+添加剂(合金元素粉末、润滑剂、成形剂)
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成形(模压、CIP、粉浆浇注、轧制、挤压、温压、注射成形等)
↓
烧结(加压烧结、热压、HIP等)
↓
粉末冶金材料或粉末冶金零部件—后续处理
-1 Typical Processing flowchart for Powder Metallurgy Technique
粉末冶金技术的特点
.低的生产成本:
能耗小, 生产率高, 材料利用率高,设备投资少。
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工艺流程短和加工温度低加工工序少少切削、无切削
.材料成分设计灵活、微观结构可控(由工艺特征决定):
能制造普通熔练法不可能生产的材料,如W-Cu、SnO2-Ag、WC-Co、Cu-石墨、金属陶瓷(TiC-NiCr,Al2O3-Ni或Cu,TiB2-Cu等)、弥散强化材料(Al2O3-Cu Al2O3-Al,Y2O3-Fe基合金)、粉末超合金(非相图成分)、难熔金属及其合金如钨钼、含油轴承、过滤材料等。
.高的性能:
粉末高速钢、粉末超合金因无成分偏析和稳定的组织(细的晶粒)而性能优于熔炼法制备的合金;纳米材料,金属-陶瓷梯度复合材料(梯度硬质合金)。
主要不足之处:
.由于受设备容量的限制,传统粉末冶金工艺制造的粉末冶金零部件的尺寸较其它加工方法(铸造,机加工等)小;
.材料韧性不高;
.零部件的形状复杂程度和综合力学性能有限等。
正被新型成形技术(如无模成形技术,温压成形,注射成形)逐步克服。
粉末冶金材料及其零部件的应用
由于粉末冶金材料及其零部件较其它加工方法制造的零部件的成本低,以及其性能能满足特种要求,因而粉末冶金零部件和材料在国民经济各部门的应用十分广泛。如:
.汽车制造业的各种粉末冶金零部件;
.机加工工业中的切削用硬质合金和粉末高速钢刀具;
.电子工业用粉末冶金磁性材料和电触头;
.计算机的原器件用电子封装材料;
.机械制造业的减磨零件和结构部零件;
.航天航空业中的耐热材料及结构零部件;
.家用电器中的微型轴承;
.原子能材料;
.武器系统和作战平台(高效、低成本);
.建材工业用金刚石工具材料等。
.环保与化工用催化剂及过滤器件。
总之,粉末冶金材料与人们的生活密不可分,在国民经济和国防建设中发挥重大作用。而且,随着粉末冶金新技术和新工艺的开发与应用,粉末冶金的技术上的优越性也更加显著,应用领域不断扩大。,大大扩大了粉末冶金零部件的应用范围。
粉末冶金的未来发展
. 大量高性能铁基粉末冶金结构零部件的开发与应用。
.组织均匀的全致密、高性能难加工材料的开发与应用。
.非平衡材料(amorphous,microcrystalline,metastable alloys).
.特种新型材料的开发与应用(纳米复合材料,梯度复合材料)
. 新型成型与烧结技术的开发
. 计算机仿真技术的应用
粉末冶金技术与其他材料加工技术间的关系
粉末冶金作为