粉末轧制

冶金工程术语

粉末轧制是用金属粉末为原料直接轧制金属成材的工艺。金属粉末先在粉末轧机上轧成带坯(或称“生带”)，再经烧结、冷轧（或热轧）、退火,即可制成致密的或多孔的成品板带材。

介绍

将粉末不断地喂入两个转动的轧辊缝隙之间，依靠轧辊的压力轧制成具有一定机械强度的板带坯料的成形方法。由此获得的坯料经过预烧结、烧结和再烧结后经过轧制加工可制成多孔和致密的粉末冶金板带材。按带材出辊方向的不同，粉末轧制可分为垂直、水平和倾斜3种形式，其中以垂直形式最为普遍。粉末轧制可生产特种板带材，如双层或多层金属带材，难熔金属化合物、磁性材料、减摩材料以及多孔材料等带材，并且材料成分易控制，密度均匀，性能各向同性，技术工艺简单，节省能源，成材率高，制品的长度不受限制。

这种工艺比传统的经过冶炼、铸锭、开坯、轧制成材等工序的工艺简单，成材率为85～90%。但由于金属粉末成本较高，生产率低，所以这种工艺主要用于生产特殊性能的材料，如多孔板材，多层金属复合材、摩擦材料和反应堆材料等。粉末轧制法发明于1902年。粉末轧机一般为二辊或四辊式。辊径根据所轧制的生带厚度设计，一般生带厚度为辊径的0.33～2%。目前轧制的宽度多在60～300mm。

简史

金属粉末轧制技术源于19世纪中叶，但在20世纪40～50年代才开始有较快的发展，在粉末轧制理论、工艺、设备和材料应用等方面取得了丰硕的成果。中国从60年代初开始研究和采用这项粉末成形技术，并取得了明显的成绩。采用粉末轧制工艺技术，可由多种金属(铁、镍、铜、银、钛和不锈钢等)粉末或其他合金粉末轧制成多孔的或致密的板材、带材、箔材、线材和管材，以及金属与金属或金属与非金属的组合材料。这些材料作为过滤和分离元件、消音、阻焰、电工和磁性材料以及耐磨和摩擦材料等，广泛用于化工、电子、石油、机械、汽车、仪表、原子能和航天等工业部门。

分类

按照轧制过程的特点，粉末轧制可分为冷轧和热轧两种。

粉末冷轧包括粉末直接轧制和粉末粘结轧制两种。前者是粉末在室温下直接喂入轧辊间，连续地轧成坯带。后者是先将粉末同一定比例的粘结剂混合制成薄的料坯，然后在轧机上轧成所需厚度的带坯。

粉末热轧是指将粉末加热到较高温度的轧制。这有利于改善粉末的塑性，降低轧制压力，并可提高轧制速度，增加坯带的密度和强度。

轧制生带有三种方法：①金属粉末直接轧制。即在室温下通过装料设备把金属粉末直接喂入旋转的轧辊间连续压实成生带。②粘结粉末轧制。即在金属粉末中加入粘结剂制成薄坯，再送入粉末轧机轧成生带。③金属粉末热轧。即在保护气氛中把粉末预先加热到一定温度再行轧制。

粉末轧制原理

粉末轧制实际上是由粉末与轧辊之间的外摩擦力以及粉末体内摩擦力的作用，使粉末连续不断地被咬入到变形区内受轧辊轧制的过程。轧制时粉末的运动过程可分为3个区域：粉末自由流动区，喂料区和变形区。在喂料区内，粉末受轧辊的摩擦被咬入辊缝内;在变形区内，粉末在轧辊压力作用下由松散的状态转变成具有一定强度和密度的带坯。要使粉末咬入辊缝必须满足下式：

tanα<μ+ξ

式中α为咬入角，ξ为侧压系数，μ为粉末体与轧辊间的摩擦系数。μ的大小取决于粉末表面状态、轧辊表面粗糙度和轧辊转速;ξ与粉末的塑性、化学成分、颗粒形态和比表面大小、轧制气氛和温度等因素有关。影响轧制过程的参数有：粉末特性，轧辊直径，缝隙大小，给料方式，轧制温度和速度以及气氛等。

轧制形式

按带材出辊方向，粉末轧制可分为垂直轧制、水平轧制和倾斜轧制3种形式，其中垂直轧制应用较为普遍，且有一定的代表性。粉末轧机有两辊的和四辊的。两辊轧机的最大辊径为900mm，轧制带材最大厚度为10mm;四辊轧机的最小工作辊径为10mm，可轧制出厚度为0.1mm左右的多孔薄带材。粉末轧制可在常温和加热两种状态下进行。前一种的主要工序包括轧制和生带材烧结，但在制取致密材料时，还须增加必要的精轧和退火。热轧是将金属粉末或多孔坯料在加热状态下进行轧制，它比较适合于制取致密材料。

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