粉末冶金课程设计.docx

北方民族大学课程设计报告院（部、中心）材料科学与工程姓名冯泽忠学号20083168专业材料科学与工程班级082同组人员杨雪梅廖恒忠刘运赵世力陆彬课程名称材料工艺与设备设计题目名称粉末冶金课程设计起止时间2011年。月7日至2011年11月20日成绩指导教师签名北方民族大学学院教务处制目录一、刖舌11.1粉末冶金技术的含义11.2粉末冶金技术的主要作用11.3粉末冶金技术的发展趋势2二、课程设计的目的和内容42.1 课程设计的目的42.2 课程设计的内容4三、课程设计的方法及步骤53.1 课程设计的方法53.2 课程设计的步骤6四、模具的设计与绘制74.1 模具的设计74.2 模具的测绘74.3 根据模具图绘制制品图8五、原料粉末的制备85.1金属粉末的制取85.2Cu.Sn,W三种金属粉末的性能参数95.3金属粉末的配比105.4机械合金化相关参数的设定115.5机械合金化的设备115.6机械合金化的过程12六、成型工艺136.1成型的目的和意义136.2粉末压制的特点146.3成型剂和润滑剂的选择及作用146.4设备及特点和参数146. 5成型过程应注意的事项16七、烧结177.1烧结温度的确定187. 2保温时间的确定197. 3烧结曲线中各段温度及时间的确定207. 4烧结气氛的选择217. 5氤气流量的确定217. 6烧结制品缺陷分析227.7烧结设备23八、制品的后处理和性能测定238.1 制品的后处理238. 2制品的特征及缺陷分析248.3性能测试25九、小结26十、参考文献28一、前言粉末冶金作为一种独特的零件制造技术，因其制品少、无切肌成本低,效率高,越来越受到设计和制造人员的重视。特别是近几十年来，汽车工业的飞速发展，带动了铁基粉末冶金行业的快速发展。同时，由于一些新技术的兴起，如机械合金化、粉末注射成形、温压成形、喷射成形、微波烧结、放电等离子烧结、自蔓延高温合成、烧结硬化等，使得粉末冶金材料和技术得到了各国的普遍重视,其应用也越来越广泛。1.1粉末冶金技术的含义粉末冶金的方法其实由来已久。人类早期采用机械粉碎法制得金、银、铜和青铜的粉末，用作陶器等的装饰涂料。18世纪下半叶和19世纪上半叶，俄、英、西班牙等国曾以工场规模制取海绵钳粒，经过热压、锻和模压、烧结等工艺制造钱币和贵重器物。1890年，美国的库利吉发明用粉末冶金方法制造灯泡用鸨丝，奠定了现代粉末冶金的基础。到1910年左右，人们已经用粉末冶金法制造了铝铝制品、硬质合金、青铜含油轴承、多孔过滤器、集电刷等，逐步形成了整套粉末冶金技术。20世纪30年代，旋涡研磨铁粉和碳还原铁粉问世后，用粉末冶金法制造铁基机械零件获得了很快的发展。第二次世界大战后，粉末冶金技术发展迅速，新的生产工艺和技术装备、新的材料和制品不断出现，开拓出一些能制造特殊材料的领域，成为现代工业中的重要组成部分。粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。1.2粉末冶金技术的主要作用由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等）具有重要的作用。可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷和功能陶瓷材料等。可以实现净近形成形和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料,是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。1.3粉末冶金技术的发展趋势随着汽车和飞机零件以及切削和成形工具的发展，粉末冶金的强度和质量都得到了改善和提高。汽车制造业是粉末冶金件的最大用户，1996年它占有美国粉末治金件的最大市场份额达69%。发展粉末冶金需要制取新技术、新工艺及其过程理论。1.3.1向全致密化发展粉末冶金的重点是超细粉末和纳米粉的制备技术，快速冷凝制备非晶、准晶和微晶粉末技术，机械合金化技术，自蔓延高温合成技术，粉末粒度、结构、形貌、成分控制技术。总的趋势是向超细、超纯、粉末特性可控方向发展。建立以“净近形成形”技术为中心的各种新型固结技术及其过程模过程理论，如粉末注射成形、挤压成形、喷射成形、温压成形、粉末锻造等。建立以“全致密化”为主要目标的新型固结技术及其过程模拟技术。1.3.2向高性能化、集成化和低成本等方向发展粉末冶金新的成形技术层出不穷，如：粉末注射成形、温压成形、流动温压成形、喷射成形、高速压制成形等新技术不断涌现。近目前，粉末冶金技术正向着高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向发展。有代表性的铁基合金，将向大体积的精密制品，高质量的结构零部件发展;制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密的高性能合金；用增强致密化过程来制造一般含有混合相组成的特殊合金；制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金；加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。1.3.3粉末冶金产业化发展由于相邻学科和相关技术的相互渗透和结合.更赋予了粉末冶金新的发展活力。粉末冶金新工艺层出不穷。粉末冶金产业化是指这些技术已比较成熟。甚至在一些国家已有生产规模，但主流还处于研究成果向产业化转化的过程之中。其工艺、设备、市场等已为产业化准备了条件，可以产业化，取得社会效益和经济效益。主要是指该技术实现产业化、集群化、模块化发展。其主要应用领域有汽车用粉末冶金零部件，汽车制造业仍是粉末冶金(PM)发展的牵引力；粉末注射成(POWderInjeCtiOnMOlding(PIM)温压成形技术(WarmComPaCtion)在众多为提高PM件密度的生产方法中。温压成形技术被认为是最为经济的一种新工艺。以下产业化技术：温压技术被誉为1990年代粉末冶金技术的一大突破，于1990年取得了第一项采用一次压制烧结工艺制备高密度铁基(P/M)零件的美国专利。该技术可使烧结钢中的孔隙度降低到6%左右(传统为10%以上),制品密度达到7.3gcm3以上，从而大大拓宽了高密度、高强度烧结钢零件在工业上应用的可能性。模壁润滑和温压是平行的两个提高铁基结构零件密度的手段。近来发展的是干模壁润滑，采用静电的方法，将干润滑剂粉末吸附到模壁上的模壁润滑，克服了湿模壁润滑制备的压坯表面易于粘粉，影响烧结件的表面质量的缺点。国外用非聚四氟乙烯干粉润滑剂以静电吸附的方式粘着在阴模内壁，铁零件的压坯密度已达7.55。注射成形金属注射成形(MetalInjectionMolding,简称MlM)是一种塑料注射成形与粉末冶金技术结合而成的近净成形技术，是国内外公认的21世纪粉末冶金的主流技术，称为“第五代加工技术二而且最适于大批量生产三维复杂形状的零件，可以完全实现自动化连续作业，生产效率高。目前，在美国、日本和德国，MIM已经成为最具竞争力的金属成形技术，而且开始大量用于不锈钢粉末冶金生产，这是由于工业规模生产的MIM不锈钢零件尺寸精度达±03%0.5%,一般不需后续机加工。力学、耐蚀、表现等性能均与熔断不锈钢相当。当前，汽车用粉末冶金材料和技术的研究开发以及产业化方面，美国仍处于世界领先地位，但最近5年来，欧洲粉末冶金业在材料的改进、先进工艺技术开发、粉末冶金新领域的开拓等方面，均处于领先地位。从工艺技术发展方面讲,成形工艺主要以传统压模为主，未来向模壁润滑、温压、注射成形方向发展。而且近5年来，压缩烧结粉末冶金的发展较快，其增长速度达10%o产品方面，采用压-烧工艺生产的高密度粉末冶金制品最具市场潜力，其应用以进入汽车、摩托车和家电行业等领域。粉末冶金总体发展趋势是，以汽车配套为主，向提高粉末冶金零件密度、强度、尺寸精度、复杂形状方向发展，同时扩大粉末冶金制品应用领域。总之，粉末冶金零部件已越来越多地用于汽车等工业，国外已达到70%80%,市场需求巨大。二、课程设计的目的和内容2.1 课程设计的目的粉末冶金课程设计是材料工艺与设备课程的最后一个教学环节，同时是在其它课程设计基础上，进行的一次较全面的工程设计训练。其基本目的：1 .综合运用材料工艺与设备课程和其它有关先修课程的理论及生产实践的知识，去分析和解决材料工艺设计中的一些基本问题，建立材料加工的基本概念和要求，同时使所学知识得到进一步的巩固和深化。2 .学习粉末冶金的基本原理，了解和掌握粉末冶金生产加工所需设备的原理及基本性能，选择设备的基本原则等，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是设备选型的能力。3 .通过计算和绘图，学会运用标准、手册和查阅相关技术资料，培养应用粉末冶金技术进行产品设计的基本能力。2.2 课程设计的内容课程设计是以实际的目标物出发，通过对所学知识的综合、概括，选择合适的材料、工艺、设备，通过实际生产过程的实践，对制品进行检验、分析，得到成功与否的结论。具体内容如下：(1)粉末冶金的基本原理；课程设计的内容课程设计的内容(2)所选目标物设计图纸；(3)工艺流程图；(4)编写设计说明书，说明材料、工艺、设备选择依据及要求。要求完成：粉末冶金的基本原理示意图1张；所选目标物设计图纸一份；生产工艺流程图1张；制品照片1份；设计说明书1份.三、课程设计的方法及步骤3.1课程设计的方法3.1.1继承中的独立思考任何设计都不可能由设计者完全凭空想象、不依靠其它资料所能完成的。设计时,要查阅和研究大量前人的资料,要借鉴其它生产设计人员的最新研究成果,但在设计中，不能全盘照抄，应根据具体的生产环境，生产条件和要求，独立思考，大胆进行改进和创新。只有如此，才能高质量地完成一个设计，也只有这样,才能通过课程设计来提高学生自身的综合素质。3. 1.2要从材料、工艺、设备的现有状况来设计任何一个产品的设计都要考虑生产条件，工艺流程都需要合理配置，并且布局要合理，对于一个连续生产的企业尤其重要。因此在设计中，应从材料、工艺、设备的现有状况来设计。4. 1.3设计方法设计产品零件图；设计产品生产工艺；按照产品要求选择原材料、各种辅料等。进行工艺计算，按照产量计算出所需的原材料、各种辅料的需求量；根据产品要求,和加工过程中的各个工序进行设备选型和模具设计、制造;对前面的设计工作进行全面校核，检查，然后送交技术负责人进行审核，审批；依据审查通过的技术文件组织生产。3.1.4标准和规范在设计、生产中应尽可能选用标准设备，一般只有在标准设备不能满足生产和产品质量要求的情况下，才自己设计设备。在自己设计所需设备时，要注意使用机械行业的设计标准和规范，一般来说，凡有标准或规范的，要尽量按照标准或规范进行设计。3.2课程设计的步骤3.2.1设计准备了解设计要求，设计任务和步骤，在设计前，应通过查阅有关资料，尽可能多地掌握设计任务的情