等静压成型是将待压试样置于高压容器中，利用介质不可压缩的性质和均匀传递压力的性质从各个方向对试样进行均匀加压，当介质通过压力泵注入压力容器时，根据流体力学原理，其压强大小不变且均匀地传递到各个方向。此时高压容器中的粉料在各个方向上受到的压力是均匀的和大小一致的。特点：等静压成型时介质传递的压力在各个方向上等是相等的。弹性模具在受到介质压力时产生的变形传递到模具中的粉料，粉料与模具壁的摩擦力小，坯体受力均匀，密度分布均一，产品性能有很大提高。按成形温度的高低，等静压技术通常分为冷等静压（cold isostatic pressing,CIP）、温等静压（warm isostatic pressing,WIP）和热等静压（hot isostatic pressing,HIP）.

1、冷等静压

在常温下的等静压称之为冷等静压，流程如下

冷等静压又分为干袋等静压和湿袋等静压这两种。

干袋等静压是将成形模具（包套）永久地固定在高压缸内，将粉料直接填入高压缸内的包套内进行压制。特点是适用于简单形状制件的大批量生产，便于自动化。

湿袋等静压所用的包套不是高压缸的一个固定部分，包套完全浸入液体介质中。特点是适应性强，可以同时一缸多袋，适合于小批量生产，能生产大型的复杂的制件。

 

2、温等静压

当粉末在室温下不能成形时，可采用温等静压。通常在粉末中添加有很高塑化能力的粘结剂，通过温等静压成形获得更高强度的压坯，特点是工作温度介于冷等静压和热等静压。

 

3、热等静压

热等静压是一种在高温（1000℃以上）高压（100MPa以上）同时作用下使物料经受等静压的技术。特点是将粉末成形与烧结结合在一起，还可以用于扩散粘结、缺陷消除等领域。工作介质一般采用惰性气体（氩气或氮气），也可采用液态金属、固体颗粒作为压力传递介质。包套材料通常为金属或玻璃。

 

在压制过程中，由于种种原因，常会产生粉末冶金压制件( 压坯) 缺陷 ，常见的压坯缺陷有压坯密度不均匀分层裂纹掉边掉角毛刺过大表面划伤同轴度超差等 。这些缺陷又可以分为：1、密度不达标；2、尺寸不达标；3、形位尺寸公差；4、外观缺陷。这其中外观缺陷最为常见。下面就几个常见的外观缺陷展开讨论。

1、分层

定义：压块的棱出现，与受压面呈一定角度（大约45°），向内部延伸，形成整齐的分界面叫分层。

原因：压块中弹性内应力和剪切应力。如混合料钴含量低，碳化物硬度高，粉末或料粒愈细，成型剂太少或分布不均匀，混合料过湿或过干，压制压力过大，单重过大，压块形状复杂，模具光洁度太差，台面不平，均有可能造成分层。

改善措施：装料均匀；不超压；提高压块强度，减少压块内应力和弹性后效。

检验方法：压坯可通过观察断面；合金可同过超声波探伤。

 

2、裂纹 

定义：压块中出现不规则局部断裂的现象叫裂纹。

原因：与分层类似，也是弹性后效的结果。区别在于应力集中部位在受压面，则分层，不在受压面，则裂纹。

措施：与分层类似，另外延长保压时间或多次加压，减少压力，单重，改善模具设计和适当增加模具厚度，加快脱模速度，增加成型剂，提高物料松装密度；可以减少裂纹。

3、未压好

定义：压坯中颗粒间孔洞尺寸太大，烧结时不能完全消失，合金内仍残留较多孔洞的现象。

原因：料粒太硬，料粒过粗，物料松装太大；松装料粒在模腔中分布不均匀，单重偏低，压制压力太小等均可能造成未压好（显颗粒）。

 

1、硬质合金压坯抗弯强度表示法（ASTM B783,GB5160-85，GB5319-85）

ASTM(美国材料与试验协会）:31.75*12.76.35mm

GB：30*12*6mm

在控制条件下,对一个矩形横断面的粉末压坯施加一均匀增加的横向力,直至压坯破坏,经过计算得到压坯强度值,公式如下：

S=3PL/2t2W

W-压坯宽带，mm

t-压坯厚度，mm

L-支点间距，mm

P-负载，N

 

2、转鼓试验法（JSPM4-69）

利用金属网转鼓试验，测量重量减少率.

 

影响压坯强度的因素

1、粉末性能：硬度、粗糙度、比表面积、颗粒形状、杂质等

2、压制压力，一般来说，压制压力越大，压坯强度越高

3、成型剂：以硬质合金混合料成形剂为例，橡胶的压坯强度要高于石蜡。

4、压制温度、保压时间

 

提高压坯强度的途径：

1、提高颗粒不规则性-提高机械啮合

2、增大粉末比表面积-提高颗粒不规则度和适当选用晶粒较细的粉末

3、减少表面氧化物和杂质

4、提高压坯密度

5、提高成型剂用量和质量

6、提高压制温度，延长保压时间。

压坯脱模时弹性后效过大，会造成以下危害：

1、尺寸超差

2、压坯出现裂纹或分层

尺寸超差较容易理解，而弹性后效造成的裂纹就需要深入分析

 

弹性后效的大小主要取决于内外两个因素，内在因素来自粉体自身特性，包括粉体类型成分状态颗粒形状和大小等;；外在因素则包括压制压力大小加压方式，润滑情况以及模具结构和特性等

 

弹性后效的损害机制

 

1、径向膨胀产生的裂纹

在形状复杂的、不同台面处水平横截面积变化大的零件压坯中,经常产生这类裂纹。当压坯从阴模面脱出时，已脱出部分弹性应力释放，产生径向膨胀，而未脱模部分忍受模具约束，这就在这两部分之间产生应力差，进而产生径向剪切，产生裂纹，这种裂纹在水平方向扩展。

对策：

（1）、阴模出口端带锥度，保压脱模锥度不宜过大。否则，会造成压坯尺寸超差，

压坯上出现毛边。

（2）、脱模速度要适当控制，太慢时应力释放充分，容易出现裂纹；太快，容易振动，导致出现裂纹。

（3）、采用保护脱模，通过上冲的压力和限制，降低弹性后效的作用。

 

2、气体扩张

在压制过程中，粉体体积的压缩很大程度上是粉末中气体体积的压缩。被压缩的气体或被排出，或残留在压坯内。

在压制的早期，压坯密度较低，残留有很多通道供气体排出。随着压力的增加，压坯的密度不断提高，粉末颗粒排气通道被堵塞，气体无法排出体外。这部分气体被不断增大的压力予以不断压缩，七孔内气压随之不断增大。脱模时，当压制压力被卸掉后，气孔内压导致气孔做弹性扩张，气孔的扩张程度与气孔被压缩的

程度或弹性内应力成正比，可能导致坯体开裂，这种裂纹一般出现在垂直于加压的方向，这是弹性后效的另一种原因和表现形式。

对策：

（1）、压制速度不宜太快，增大保压时间，让气体有排出的机会

（2）、模具设计时要设计倒角、导气孔等

 

一、 定义

粉末冶金类产品在去除压制压力，将压坯脱模以后，由于弹性内应力的松弛作用而引起压坯体积膨胀的现象，称之为弹性后效，它表征的是粉末受压产生抗变形的能力（阻力），其定量的表示式如下：

=(L1-L0)/L0*100%

式中：

δ——压坯高度或直径方向的弹性后效值；

L0——压坯脱模前的高度或直径；

L1——压坯脱模后的高度或直径。

 

二、 产生原因

粉末在模具中压缩成形时，颗粒发生了弹性变形，压坯内部产生很大的弹性内应力，其方向与所受的外力方向相反，压坯脱出模具后，模腔施加的外力消失，伴随弹性内应力的松弛，压坯发生弹性膨胀。陶瓷粉末、硬质合金粉末在压制时主要是弹性变形为主，金属粉末在压制时时塑性变形为主，所以前者的弹性后效更严重。

 

三、特点

1、弹性后效各向异性（径向弹性后效≠轴向弹性后效）一般来说，高度方向上的弹性后效要比直径方向上的大得多；

2、弹性后效是压坯裂纹、分层的主要原因之一；

2、 弹性后效是设计模具的重要参数之一。

 

四、影响弹性后效的因素

1、混合料成分的影响：硬度高的粉末在压制时所产生的弹性后效大，弹性后效值随着粉末的硬度提高而提高。WC-Co合金混合料的弹性后效值一般比WC-TiC-Co合金混合料的低。高钴合金混合料的弹性后效值比低钴混合料的低，粉末氧化物和杂质含量高也会使得弹性后效值提高。

2、粉末物理性能的影响：粉末粒度细，颗粒粗糙程度降低，颗粒间结合强度降低，会增加压坯的弹性后效。混合料的料粒干燥过度变硬时，也会使得弹性后效增加。  3、压制压力和压制速度的影响：随着压制压力或压制速度提高，弹性后效值提高。同时弹性后效还与压坯的直径大小有关，直径越大，弹性后效值越大，因为压制速度过快，压坯中的气体来不及溢出，弹性后效值增加。

4、成形剂的影响：橡胶、PEG等做成形剂的压坯强度比石蜡做成形剂的压坯强度大，弹性后效低，成形剂加量不足时，将使得压坯强度降低，弹性后效值增加。  简而言之，一切提高粉末颗粒间结合强度（压坯强度）的因素，都会导致弹性后效值降低。一切提高粉末颗粒间接触应力的因素，都会导致弹性后效值提高。

5、孔隙率的影响：压坯的孔隙率越大，弹性后效越小，下图为不同粉末的孔隙率与弹性后效的关系。

1、定义：

摩擦芯杆压制时，阴模和下冲固定不动，上冲强制芯杆一同下移，且芯杆下移速度大于粉末下移速度，依靠芯杆与粉末间的摩擦力可带动粉末下移，从而可改善沿压坯高度方向的密度分布不均匀性。该方式适用于压制H/T>6-10细长薄壁零件。

2、特点

（1）、阴模和下冲不动，芯杆和上冲一起同步下压；

（2）、在压坯外表面，压力沿高度向下减小，内径处，压力沿高度逐渐减小。

（3）、密度差比其他亚洲方式小，压坯强度较高；

（4）、不适应于厚壁压坯：厚度过大，其局部密度均匀性会很差，适合于压制细长薄壁制品。

 

3、受力分析

理论上，当压制速度较慢时有，F芯+F上冲=F阴+F下冲（对于粉末体而言）

实际上由于压制过程为受力不平衡状态，故没有严格的相等关系。

当F芯= F阴时，有F上冲= F下冲，即阴模壁与粉末间的摩擦力和芯杆壁与粉末间的摩擦力相等时，上下冲压力相等，压坯密度最为均匀。

芯杆浮动量T的大小与粉末松装高度L有关，L越大，T也越大。有如下的经验公式：

T=KL

K-经验系数，对于不同材料取值不同。

松装高度按下式求得：

L=ρ/ρ'*H

式中 ρ-压坯密度

     ρ'-松装密度

     H-压坯高度

 

1、定义：

下冲固定不动，阴模由弹簧、汽缸或油缸支撑可上下浮动。压制时对上冲加压，随着粉末被压缩，阴模壁与粉末间的摩擦逐渐增大。当摩擦力大于弹簧等的支承力(浮动力)时，阴模与上冲一同下降，相当于下模冲上升反向压制而起双向压制的作用（称之为同步压制）。浮动压制中除阴模浮动外，芯杆也可浮动，这时的密度分布同双向压制。若阴模浮动，芯杆不动，则压坯靠近阴模处近似双向压制，中部密度最低；压坯靠近芯杆处类似上模冲下移的单向压制，最下端密度最低。浮动压制适用于H/T≤6或H/D≥2的零件。

 

2、分类：

弹簧浮动压模

液压浮动压模

气压浮动压模

 

3、特点：

压制效果与双向压制类型；

压坯密度较单向、双向压制效果好；

阴模浮动，便于装粉；

压制力和脱模力要求较小。

4、压制受力分析：

阴模受力：Fs、Fx、Pf、W，见下图。

则有：Fs+W=Fx+Pf,

    ∵Fs=Fx，Ps=Px

∴Pf=W

只有浮动压力Pf等于W，上下冲压力才相等。浮动压力Pf过大，中性轴下移，密度差增大。实际生产中由于阴模需要自动复位，需要Pf稍大于W(利用复位气缸或机械复位）