理论教育 成型和热致密化技术的优化

成型和热致密化技术的优化

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:自80年代以来,注射成形和各种热致密化技术得到了快速发展。从宏观上看,它是把雾化(制粉)和成形、致密化甚至加工合并成一个工序完成。热等静压HIP是将粉末体在高温下进行等静压制,它实质上是数成形和烧结同时完成。模的周围填满砂粒,在约1093℃大气压力下固结。将脱蜡、预烧结和热等静压合并在一个炉内完成。

成型和热致密化技术的优化

模压和冷等静压制(CIP)仍然是粉末冶金的主要成型方法。粉浆浇注(或称注浆成形),增塑毛坯(或称可塑成形)、粉末轧制也常用于粉末冶金。自80年代以来,注射成形和各种热致密化技术得到了快速发展。分述如下:

(1)注射成形 注射成形是从塑料工业引入的技术。将金属或陶瓷粉末与增塑剂(加或不加粘结剂)混合,在加热状态下注射入模腔内,冷却成形。常用的增塑剂是石蜡。这一方法的生产效率高,零件表面质量好,适于生产形状复杂、尺寸公差小的零件。虽然烧结收缩较大,但产品仍可保持符合工程标准公差(±0.08~±0.12mm)。

(2)粉末锻造 粉末锻造能直接获得最终尺寸和形状的零件,工序少,模具费低,材料浪费少。最终产品性能可与普通锻造成品媲美,特别可贵的是动力学性能(如韧性和抗疲劳性能)常常优于普通锻造成品。

粉末锻造塑性复形原理和机制类似于普通锻造,但由于孔隙的消失,锻坯体积发生变化,因此应变量更大,可以冷锻也可热锻。冷锻时,密度、加工硬化率、泊松比随变形程度而变化。加工硬化随预成形坯孔隙度增加而增加。虽然也有粉末松装锻造的报导,但通常都是用粉末预成形件(烧结坯)。根据需要,可以模锻也可以自由锻。

(3)粉末喷射成形 有些学者也把它称之为In-Siu Powder Consolidation。从宏观上看,它是把雾化(制粉)和成形、致密化甚至加工合并成一个工序完成。基本过程是,将液态金属或合金雾化,直接沉积在模具或基板上,在数秒种内,不待冷却立即进行热加工(热轧、热锻等)。喷射成形目前有两种主要方法:Osprey过程和低压等离子沉积(Low Pressur-Plasma Deposition,简称为LPPD)。Osprey过程包括:喷雾轧制、喷雾锻造、离心喷雾铸造、喷雾硬化(Spray Peening)和快冷涂层(Splat Coating)。(www.daowen.com)

(4)热等静压 HIP是将粉末体在高温下进行等静压制,它实质上是数成形和烧结同时完成。适于生产工具钢、超合金和特种陶瓷。HIP价格较贵、操作周期较长(数小时),为此,80年代向低压、高温、多种保护气体和更加实用化发展,以求更好的经济效益。主要有:①大气压力固结(CAP)。将粉末装填于玻璃模中,除气后密封,置于耐热容器中。模的周围填满砂粒,在约1093℃大气压力下固结。②低压热等静压,亦称起压烧结(Super-Pressure Sintering)。这一工艺主要用于硬质合金。将脱蜡、预烧结和热等静压合并在一个炉内完成。压力一般为10MPa。优点是生产周期短、设备价格低、产品性能好。③准热等静压(Psendo HIP)。包括快速全向成形(Rapid Omnidirectional Compaction,简称ROC),陶瓷颗粒固结(CERA-CON),STAMP和陶瓷模制过程(Ceramic Mold Process)。

(5)粉末挤压(Powder Extrusion) 粉末挤压可分为松装粉末挤压,冷压坯和热压坯挤压以及包套挤压。

(6)动力成形(Dynamic Copaction) 动力成形是相对于静力成形而言的,通常指冲击成形、爆炸成形等。爆炸成形使一冲击波在几毫秒内通过粉末,对粉末产生高压(达100GPa),引起粉末颗粒间的剪切和颗粒表面的熔化,从而导致颗粒的粘结。动力成形的优点是可以保留粉末的亚稳态。

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