固结理论

出处：按学科分类—工业技术 北京工业大学出版社《特种加工手册》第341页（2326字）

6．3．1．1 固结的力学原理

将一种金属粉末固结成为有用的产品形状时，通常是把粉末装入容器内，粉末装入容器中的密度取决于粉末的性能和装入的方式，粉末的密度是一个重要的参数，表6-20为几种粉末的松装密度和振实密度．

表6-20 铜、铁及铝粉末的松装密度和振实密度

松装粉末在刚性模中的压制或等静压制可假设为经历3个阶段(表6-21)．

表6-21 在压力作用下金属粉末的行为

随着压力的增加，粉末间孔隙度下降，即粉末体的密度增大，由于整个粉末体应力的传递是不均匀的，造成压坯密度分布的不均匀性，图6-1描绘了只从一个方向压制的圆柱体镍粉压坯中的密度分布．

图6-1 圆柱体镍粉压坯中的密度分布

粉末压坏的生坯强度是指冷压粉末压坯的力学强度．一个生坯具有足够的力学强度，才能从阴模中顶出，并且把生坯送到烧结炉而不会损坏，通常5．5MPa的生坯强度就可容许压制和安全地传送生坯零件，获得生坯强度的机理为冷焊和颗粒间的机械咬合，冷焊是在压制过程中相邻颗粒之间形成冶金结合；而机械咬合则是粉末颗粒在三维空间中相互交错，缠结在一起，一些证据表明，在低密度下相互咬合是普遍存在的，而在高密度时冷焊可能是占主要地位，表6-22列出获得高密度压坯的方法．

表6-22 获得高密度压坯的压制方法

6．3．1．2 固结的物理原理

压制后的或松装的粉末聚合体，在适当的控制气氛下，通过高的烧结温度粘结成紧密凝聚的固体，表6-23描述了粉末烧结的对象及其特点．

表6-23 烧结粉末及其特点

通常情况下，压坯的收缩率是烧结温度、烧结时间的函数，烧结温度越高，烧结时间越长，收缩率越大，提高烧结温度比延长烧结时间更容易获得高的烧结密度．

同时，粉末的颗粒尺寸和生坯密度也会影响压坯的致密化，-44μm粉末压坯的致密化速率比-75～+100目筛分粒度级粉末压坯的快得多，压制压力越高，烧结收缩率越小．

6．3．1．3 成形理论：刚性模具压制

在刚性模具压制方法中，一定量的粉末在室温下被侧限(充填)在刚性模型腔内，模具型腔有一个或多个模冲插入，它们对充填的粉末施加成形压力，通过成形压力的作用，充填粉末被压实，产生了生坯强度，并呈现出由模具型腔和模冲端面组合成的精确形状，压制周期之后，从模具型腔中顶出一个零件(脱模)，如图6-2所示．

图6-2 压制压坯的充填深度和顶出冲程长度

生产的零件可以是单台阶的，也可以是多台阶的，零件的具体尺寸是压机的吨位能力、充填深度的函数，零件尺寸的变化范围从重约1g(用35kN吨位压机压制)的零件到重约10kg(用8900kN吨位的压机压制)的零件．

粉末冶金模具包括阴模、芯棒和模冲三部分，见表6-24。

表6-24 粉末冶金模具

粉末成形压机是一类专门为压制成形粉末制品而设计、制造的专用设备，它不仅用于压制成形金属粉末，也可用于压制成形铁氧体、精密陶瓷、硬质合金等粉末材料．

随着生产技术的发展，粉末成形压机作为一种标准设备，其功能已不敷应用，遂增加了一些任选附件或附属装置，供任意选购．

粉末成形压机通常分为机械式压机及液压式压机，也有机械-液压式压机，表6-25列出机械式及液压式两种压机的特点，表6-26把这两种压机进行比较，上海江南机械厂生产的SFJ型系列机械式自动粉末成形压机的技术参数见表6-27．

表6-25 压机类型及其特点

表6-26 机械式与液压式压机的比较

表6-27 SFJ型系列机械式粉末成形压机的主要技术规格