在粉末冶金发展史中,粉末压制理论研究较重要的成果有巴尔申压制理论、川北压制方程、黄培云压制理论等。
粉末压制理论
描述粉末压制时压坯密度与压制压力之间关系的学说。
- 英文名称
- theory of powder compaction
- 所属学科
- 冶金工程
由苏联M.Yu.巴尔申于1938年提出。巴尔申基于弹性体应力-应变关系,假设粉末体为弹性体,不存在加工硬化,忽略摩擦力作用,建立的压制压力与压坯密度变化关系的巴尔申压制方程为:
lgP=lgPmax-L(β-1)
式中P为压制压力;Pmax为压制到全致密时的压制压力;L为压制模数;β为相对体积;β-1为压坯中孔隙部分的体积。巴尔申方程适合于中等硬度的粉末压制,如铁粉、铜粉等。但由于不考虑摩擦力的作用和金属粉末颗粒的加工硬化,巴尔申方程不适合硬度偏高或偏低的金属粉末压制。
由日本川北公夫于1956年以经验公式的形式提出,后又经理论推导,于1963年提出理论方程。川北公夫选择硬度较大的金属氧化物粉末作为研究对象,并假设粉末各平行层内各处压力相等;粉末各层压力是外力和粉末内固有内压力之和;考虑粉末的屈服;粉末在压力下的变形与压制压力增加保持一致;钢模中的粉末体积随压制压力减小。建立的压制压力与粉末体积之间的关系方程为:
式中C代表粉末体积;P为压制压力;a、b为压制常数,可由试验测试获得。基于粉末屈服,由川北压制方程表达的粉末体积-压制压力关系对于部分陶瓷粉末是适合的。川北压制方程一个重要的不足是上述方程并非基于理论模型的建立提出的,而是经多种粉末压制试验之后所推导出的经验公式,因此公式中的压制常数a、b没有确定的物理意义。
由中国黄培云于1964年提出,1980年又对理论进行了改进。黄培云考虑到粉末非线性、黏弹性体的特征及压制时应变(绝对压缩应变)大幅改变的现象,并基于应力弛豫和应变弛豫,建立了压制压力与压坯密度关系的数学物理模型为:
式中σ为压缩应力;τ1为应力弛豫系数;dσ/dt为应力对时间的微分;E为金属粉末体弹性模量;ε为压缩应变;τ2为应变弛豫系数;dε/dt为应变速率;n为非线性指数(表示粉末体具有非线性体性质)。通过数学推导,得到的压制方程为:
式中ρm为理论密度;ρ0为松装密度;ρ为压坯密度;M为压制模数。由于将金属粉末作为黏弹性体,考虑了粉末压制时的应力弛豫和应变弛豫,黄培云压制方程对不同硬度、不同粒度的金属粉末具有较好的适应性。
扩展阅读
- 费多尔钦科 H M.粉末冶金原理.北京:冶金工业出版社,1974.