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1、粉末冶金材料设计粉末冶金材料设计烹饪过程口味要求口味要求原料，配菜，烹饪方式，调料，火候，加入顺序，时间。原料，配菜，烹饪方式，调料，火候，加入顺序，时间。口味要求口味要求川菜粤菜湘菜川菜粤菜湘菜粉末冶金过程定/转子齿毂齿轮定/转子齿毂齿轮原料，混合方式，成型，烧结，后处理。原料，混合方式，成型，烧结，后处理。性能要求性能要求后处理后处理原料如何影响性能原料的性能指标原料的性能指标 流动性，松比，压缩性，抗偏析，合金体系，合金化方式，混合方式，功能添加剂。原料直接制约/影响：原料直接制约/影响：成型过程，生坯密度，生坯强度，尺寸变化，力学性能，稳定性，显微组织。材料设计材料设计因此我们需要：因
2、此我们需要：产业分工赫格纳斯赫格纳斯产品制造商产品制造商模具开发组织生产工艺控制模具开发组织生产工艺控制终端用户终端用户产品设计性能要求性能测试产品设计性能要求性能测试性能分析性能分析材料设计材料设计解决方案解决方案粉末冶金材料设计 粉末冶金工业中，材料选择是一项具有综合性，专业性，创造性等特点的技能。材料科学材料科学工艺过程工艺过程显微结构显微结构性能测试性能测试总体成本总体成本PM材料选择PM材料选择 基粉(雾化粉,还原粉)添加剂(石墨,润滑剂,机加工助剂.)合金化方式(机械混合,预合金,扩散型合金)混粉方法(Premix,Starmix,Densmix)实例 PM材料的国际标准基粉的选择
3、基粉的选择雾化粉：高压制密度高强度结构件海绵粉：高生坯强度生坯搬运 机加工高孔隙率自润滑材料润滑剂选择润滑剂的首要目的是降低颗粒之间及颗粒与模壁间的摩擦力，减少压力损失，提高压制密度及密度均匀性，降低脱模力及模具磨损。不同种类的润滑剂影响：混粉的松比及流动性 混粉压缩性及脱模力 生坯强度 脱蜡质量（产品表面状况）赫格纳斯混粉润滑剂四种常用润滑剂:Zinc stearateAmides waxMetallubeKenolube性能对比，混合配方如下:Distaloy AE+0.5%C-UF4+0.8%Lubricant流动性2223242526272829303132ZincStearateAm
4、ide WaxKenolubeMetallubFlow (s/50g)松装密度2,93,03,13,23,33,43,5ZincStearateAmide WaxKenolubeMetallubAD(g/cm)生坯及烧结密度6,956,987,007,037,057,087,107,137,157,187,20ZincStearateAmide WaxKenolubeMetallubDensity(g/cm)Green DensitySintered Density生 坯 强 度0246810121416Zinc StearateAmide WaxKenolubeMetallubGS(MPa)
5、脱 模 力10152025303540456,76,86,97,07,17,27,3GD(g/cm)Ejection Energy(J/cm)Zinc StearateAmide WaxKenolubeMetallub润滑剂综合比较Zinc stearate+混粉性能好-高的脱模力Amide wax+起尘较Zn-st轻微，脱蜡彻底-松比和流动性欠佳Kenolube+粉末性能与Zn-st 相当，高压时性能优于amide wax，生坯强度高，易于脱蜡。用量可降低至0.6。Metallub+低密度时润滑性能优异，松比与流动性优异。合金化方式机械搅拌混合（Primix）完全预合金化(Astaloy)扩
6、散预合金化(Distaloy)合金化效果对比Distaloy AE0.5%CAstaloy Mo0.2%C扩散预合金扩散预合金完全预合金完全预合金合金化效果对比Distaloy AB+0,5C(1.75%Ni+1.5%Cu+0.5%Mo)ASC+2.5%Cu+2.5%Ni+0.5%C扩散预合金扩散预合金搅拌混合搅拌混合扩散空位扩散(置换扩散)间隙扩散扩散扩散速度合金元素的扩散ASC100.29+2.5%Cu+2.5%Ni+0.5%C完全预合金粉末优势优势:避免合金元素偏析合金化效果均匀劣势劣势:压缩性相对较低固定合金成分完全预合金粉末Astaloy A(1.9%Ni,0.5%Mo and 0.
7、25%Mn)烧结硬化粉末Astaloy Mo(1.5%Mo)压缩性好，硬化效果好 适于渗碳存活Astaloy 85Mo(0.85%Mo)Mo含量降低，硬化性能适中Astaloy CrM(3%Cr and 0.5%Mo)优异的硬化性能，高强度，高硬度压缩性对比扩散预合金粉末优势优势:最大限度的保证压缩性降低偏析预先合金化扩散预合金粉末粉末牌号基粉合金元素性能粉末牌号基粉合金元素性能Distaloy SASC100.261.75%Ni,1.5%Cu and 0.5%Mo生坯强度Distaloy ABASC100.29压制性Distaloy SESC100.264%Ni,1.5%Cu and 0.5
8、%Mo生坯强度Distaloy AEASC100.29压制性Distaloy DC-1(Dimensionalcontrol)Astaloy Mo2%Ni(and 1.5%Mo)尺寸变化Distaloy DH-1(Direct hardening)Astaloy Mo2%Cu(and 1.5%Mo)硬化效果Distaloy HP-1(High performance)Astaloy Mo4%Ni,2%Cu(and 1.5%Mo)综合性能压缩性对比合金化方式合金化方式分布均匀性压缩性尺寸稳定性强度完全预合金化(Astaloy)普通预混粉扩散预合金化(Distaloy)混粉方式赫格纳斯提供搅拌预混
9、粉，无偏析粘结混粉，温压混粉三种形式的混粉。搅拌预混粉（搅拌预混粉（Premix）：将配方所需的各成分秤量后直接搅拌混合。无偏析粘结混粉无偏析粘结混粉(Starmix)：备好所需的各种原料，加入粘结剂，经过混合制作而成。温压混粉（温压混粉（Densmix）：温压混粉是专门针对温压粉的专门混合技术。效果示意图PREMIX预混粉预混粉Ni CuC Fe3PLubricantSTARMIX粘结粘结粉粉有机粘结Starmix优点优点:高压缩性无小颗粒偏聚缺点缺点:主要针对轻质元素起尘分析起 尘 度ASC100.29+0,8%Amide Wax+1%C0,0020,0040,0060,0080,0010
10、0,00120,0000:0000:1000:2000:3000:4000:5001:00TIME(min:sec)DUSTING(mg/m?PremixStarmix Cumulative dust value(mg/m?gmix.min)48482滚筒起尘测试ThimbleU-tube bumperU-tubeSpringU-tubeNozzleChamber bumperAirPressure PVelocity VAir损失率ASC100.29+0.8%Amide wax+additives01020304050607080901000,45%P(Fe3P)0,5%C+2%Ni0,5%
11、C+2%Ni0,5%C+2%Cu(fine)DEGREE OF BONDING%PREMIXSTARMIX0,08%P0.40%P0.50%Ni1.70%Ni0.20%C0.49%C0.27%Cu1.53%Cu实例学习Mix no.Mix typeBase powderCuC-UF4Amide wax1PREMIXASC100.292%Cu(Distaloy ACu)0.80%0.80%2STARMIXASC100.292%Cu(Distaloy ACu)0.80%0.80%重量稳定性ASC100.29+2%Cu(Distaloy ACu)+0.80%C+0.80%Amide wax 55,6
12、55,856,056,256,456,656,857,057,201002003004005006007008009001000NUMBER OF COMPONENTSWEIGHT gPREMIXSTARMIXSTD DEV=0.19 gSTD DEV=0.11 g0,0000,0050,0100,0150,0200,025?HEIGHTDC?DC?DC Height1 IN SINTERED DIMENSION mm0,00%0,02%0,04%0,06%0,08%0,10%1 IN DIMENSIONAL CHANGE%PREMIXSTARMIX尺寸稳定性OD DCID DCH DCOD
13、STDID STDH STD机加工助剂的选择粉末冶金材料具有独特的显微结构粉末冶金材料具有独特的显微结构 不同的相不同的相/组织组织-均质与非均质均质与非均质-铁素体、奥氏体铁素体、奥氏体(软相软相)-渗碳体、马氏体渗碳体、马氏体(硬相硬相)密度和孔隙度密度和孔隙度-刀口间歇性冲击刀口间歇性冲击-孔隙度孔隙度 独特的表面独特的表面机加工性 刀具寿命车削刀具车削刀具(GC1015 MF)加工参数加工参数Vc=200 m/min,f=0.1 mm/rev,判断依据判断依据:0.3 mm flank wear(vb)010203040050100150200250300Hardness HV10To
14、ol life min010203040050100150200250300Hardness HV10Tool life min 90%Ferrite010203040050100150200250300Hardness HV10Tool life min 90%FerriteDensity(porosity)6.77.1MnS机加工助剂机加工助剂机加工助剂 用来提高烧结材料机加工性能的单质或化合物。用来提高烧结材料机加工性能的单质或化合物。金属单质金属单质铋铋(Bi),硒硒(Se),碲碲(Te)硫化物硫化物Manganese S.(MnS),Iron S.(FeS),Molybdenum S
15、.(MoS2)设计原则设计原则 机加工助剂不能影响材料的尺寸及力学性能机加工助剂不能影响材料的尺寸及力学性能刀具寿命钻孔测试钻孔测试-D.SA+0.6%C 添加前后添加前后.050100150200250300RefSSeTeMoS2MnSMnXMachinability index#holes/drill0.15%0.25%0.15%0.25%0.15%0.25%0.80%0.50%0.85%0.30%抗拉强度强度影响强度影响-D.SA+0.6%C.Reduction of TS MPa-120-100-80-60-40-200SSeTeMoS2MnSMnX0.15%0.25%0.15%0.
16、25%0.15%0.25%0.80%0.50%0.85%0.30%尺寸变化尺寸变化尺寸变化-D.SA+0.6%C 添加前后添加前后.Dimensional change%0,00,10,20,30,40,5RefSSeTeMoS2MnSMnX0.15%0.25%0.15%0.25%0.15%0.25%0.80%0.50%0.85%0.30%CASIP简介主界面标准选择对应材料及性能对应工艺对应成分PM材料选择 客户指定材料 指定材料标准 根据性能要求自行设计 与材料供应商合作开发综合考虑 力学性能（强度，硬度，延伸率，疲劳.)外形特征（台阶，壁厚，圆度，平面度)尺寸精度（尺寸变化，稳定性）现有设备（温压，高温烧结，快冷.)生产工艺（生坯加工，烧结件加工)综合成本（原料，精度，性能，工艺）材料设计 系统工程，影响因素多。专业性强，选用合适的材料材料，结合合适的工艺工艺，生产合适的产品产品。材料设计创造价值