粉末性能对压制质量的影响，主要从压坯密度、强度等方面考虑，粉末的弹塑性（即材质）、颗粒形状、大小等对会影响压坯的质量。

1.粉末颗粒材质的性质

粉末颗粒的硬度和可塑性影响着粉末胚体的密度和硬度。硬度越高，粉末的成型性越差。可塑性越好，粉末压缩性越高。不同的粉末材料，由于材质本身与杂质种类、含量的区别，在压制时与模具之间的摩擦性能也不同，摩擦系数越小，压坯成型的压力就越小，压坯的密度均匀性就越高。陶瓷粉末比金属粉末较难成形，这也是为什么，硬质合金混合料的成形剂含量较高的原因。但对于氧化的金属颗粒而言，其表面的氧化层相同于包覆了一层陶瓷，使塑性较好的金属粉末塑性降低，所以为了改善金属粉末的塑形，很多金属粉末材料在压制前要经还原退火处理。

 

2.粉末颗粒的形状

在坯体中，粉末颗粒形状对坯（pi）体密度和强度的影响是不同的。具体反映在粉末的填装性能和压制性能方面。颗粒表面复杂的粉末，容易形成拱桥现象，多以松装密度低，压坯密度差大，但颗粒间结合点多，又使压坯强度高。其就表现而言，颗粒的形状影响的是粉末的流动性。

3.粉末的粒度与粒度组成

一般来说，粉末越细，流动性越差，在填充狭窄且深长的模（mú）腔时就越困难，越容易形成拱桥现象，如下图所示。另外，细粉末的松装密度低，在模腔中的填充容积大，这样必须有较大的模腔尺寸。在压制时，由于压头移动的距离增大，压力损失增加，影响压坯密度的分布。粗颗粒粉末颗粒较大，成型时位移和变形都比较困难，对坯体的密度和强度提高同样不利。实践证明，非单一粒度的粉末组成的成型料，因可以形成较高的松装密度，所以在压制时能更好地提高压坯的密度和强度。即采用不同粒度组成的粉末，以小颗粒填充大颗粒的间隙，提高压坯密度。

在压制带台阶的复杂压坯时，除了要考虑各台阶的压缩比相同外，还要考虑到各个台阶区域的压制速度。为了防止粉末在压制过程中的不产生侧向运动，各台阶的压制速度或压制压力满足速率平衡方程或压应力变化率平衡方程，即符合：

Hi/Hi+1=vi/vi+1（1）

式中：Hi---任意高度区的装粉高度；

      Vi---任意高度区的压制速度（=dHi/dt）。

或：

dPi/dt/Si=dPi+1/dt/Si+1（2）

式中：dPi/dt---任意高度区的总压力变化速率；

      si---任意高度区的正压面积。      

 

以下图为例，若用公式表示，A区中单位时间被压缩掉的体积与原粉末体积之比（压缩速率）为：

na=(Vo-V）/Vot=(HaSa-haSa)/HaSat=(Ha-ha)/Hat（3）

同理，B区中，单位时间内被压缩的体积与原体积之比为：

nb=(Hb-hb)/Hbt（4）

式中，Vo、V---分别为粉末压缩前、后的体积；

      t---压制时间；

      Ha、Hb分别为a区、b区粉末在压缩前的高度；

      ha、hb分别为a区、b区粉末在压缩后的高度；

      Sa、Sb分别为a区、b区的截面积（在压制时为常数）；

则（3）式可一般性地改写为：

n=(H-h)/th=v/H（5）

式中，v为压制速度，

      H为粉末压制前的高度。

在任何高度区的压制速度都可表为：

vi=niHi

则：vi/vi+1=niHi/ni+1Hi+1（6）

与（1）相比可知，ni=ni+1

因此，压制速率相等原则也可以叙述为压缩速率相等。

 

带有曲面的零件的压制是粉末冶金压制领域不可回避的问题。在硬质合金等粉末冶金实际生产中，压坯常会带有曲面。比如球齿，其曲面即可以是工作面也可以是焊接面。另外如硬质合金短棒材，通常采用压制方式成形，采取上下冲为半圆柱面的构型，后期再通过外圆磨或无心磨等磨成圆棒。分析曲面的成形规律就显得十分重要。

 

如果压坯有一曲面，不可能用无限多个模冲去保证各处的压缩比一样。这时需要在模具的装料上进行修正。

下图有一有凹曲面的压坯，要实现等压缩比的压制，就必须改变粉体在模具中的分布来实现。

图中在h=1/4ho=1/3h1=1/2h2，要实现4比1、3比1、2比1的压缩比，粉体应分别装填至po、p1、p2等曲面处。通过理论得出的装填量可以通过对模具的合理设计来实现，即模具设计的修正系数。

 

如果没有理想的模具，也可以通过改变混合料的性能来予以缓解，主要有两个方向的改良：

1、通过改善混合料的流动性（实际是颗粒形貌和粒度分布），影响颗粒位移重排机制，改善密度不均。

2、改变粉体的弹塑性，影响颗粒微观变形机制，来缓解压坯密度不均的问题。

 

在带台阶的不等高粉末合金压制制品中，如何保证压坯各处区域的密度相等，是一个必须解决的问题。通过压缩比定义可知，当压坯密度相等，混合料密度也相等的情况下，压缩比必然相等。反之，要保证各处区域相等，只要保证各处压缩比相等即可（不考虑装粉密度的差异的情况下），即各台阶装粉的高度为：

Hn=Khn（1）

式中Hn---第n个台阶的装粉高度，cm；

     K---压缩比，由压坯密度d与混合料粉末的装粉密度ro(可     近似为松装密度）求得K=d/ro

    hn---第n台阶的压坯高度，cm.

上述条件是假定在粉末在压缩过程中不发生侧向运动（或直线压缩）的情况下求得的，即台阶区粉末没有进出，质量守恒。

我们可以取不等高压坯的任何一个台阶区，它包含的粉末质量为W，在压缩前

W=HSro（2）

压缩后

W=hsd（3）

这里H为粉末高度，cm；ro为粉末松装密度，g/cm3；S为该台阶截面（台阶截面如果是不等截面，需积分计算该公式），cm2；d为压坯密度，g/cm3。

由于假定在压制过程中粉末不发生侧向运动，台阶区域内质量守恒（气体的排出不影响，可以忽略），则有

HSro=hsd（4）

或H/h=d/ro=k（5）

对于不同的台阶区域，由于要密度相等（即d或K相等），所以各区装粉高度的关系为：

H1/h1=H2/h2=...=Hn/hn=K（5）

即有，                     Hn=Khn=dhn/ro（6）

此公式是模具设计装粉高度、模具高度和冲头高度的基本依据。