实验室单轴压力机是被称为温压成型的工艺，用于制造高速钢复合材料样品，是关键的基础工具。通过施加特定的高压和高温条件——通常在 550°C 下施加约 500 MPa 的压力——压力机将松散的混合粉末转化为致密的固体形式，称为“生坯”，为最终加工做好准备。
核心要点 单轴压力机不仅仅用于成型；它是一种致密化工具，利用热量诱导塑性流动，并利用压力排出内部气体。其主要功能是生成具有足够“生坯强度”的样品，以便在最终的高温真空烧结阶段之前能够安全处理。
温压成型的机械原理
利用热量实现塑性流动
对于高速钢复合材料，仅靠压力通常不足以实现高密度。实验室压力机在高温（例如 550°C）下运行，以显著增加粉末颗粒的塑性流动。
轴向压力的作用
在材料加热的同时，压力机施加巨大的轴向压力，达到 500 MPa 等水平。这种力促使粉末颗粒重新排列并紧密堆积在一起。
气体的排出
这种同时加热和加压的关键功能是排除空气。该过程将内部气体排出，否则这些气体将形成孔隙，确保材料结构均匀且坚固。
实现“生坯强度”和稳定性
制造“生坯”
实验室压力机的直接产物是称为“生坯”的圆柱形或盘状样品。该物体是固体的，并保持其形状，但尚未经过烧结的最终熔合。
确保结构完整性
压力机确保样品具有高生坯强度。这种机械稳定性至关重要，因为零件在放入真空炉之前必须能够安全处理、移动和定位，而不会碎裂或变形。
几何约束和均匀性
通过使用精密金属模具，压力机对粉末施加固定的几何约束。这保证了力在整个样品中的传递是均匀的，从而产生光滑的表面和精确的尺寸。
关键考虑因素和权衡
几何形状限制
单轴压力机沿一个方向（垂直）施加力。这通常将您能够生产的形状限制为简单的几何形状，如圆柱体、圆盘或扁棒；使用此方法无法制造带有倒扣的复杂 3D 形状。
零件的“中间”性质
重要的是要理解，从压力机出来的零件不是最终产品。它是一个过渡阶段。虽然致密，但材料需要后续的高温真空烧结才能达到其最终的机械性能和硬度。
依赖于模具精度
压制样品的质量完全取决于所用模具的精度。如果模具间隙过大，粉末会逸出；如果过紧，可能会困住空气，从而影响高速钢复合材料的密度。
为您的项目做出正确选择
实验室压力机是原材料和可测试样品之间的桥梁。为了最大化其效用，请将您的工艺与您的具体研究目标相结合：
- 如果您的主要重点是材料密度：优先精确控制温度（550°C），以在施加峰值压力之前最大化塑性流动。
- 如果您的主要重点是烧结成功：确保通过足够长的时间保持峰值压力（500 MPa）来最大化“生坯强度”，以完全排出内部气体。
您的最终高速钢组件的成功取决于在此初始压制阶段实现的均匀性和密度。
摘要表：
| 参数 | 在 HSS 复合材料成型中的作用 | 对样品的影响 |
|---|---|---|
| 温度 (550°C) | 增强粉末颗粒的塑性流动 | 减少孔隙并提高初始密度 |
| 轴向压力 (500 MPa) | 迫使颗粒重新排列和气体排出 | 确保高生坯强度和结构完整性 |
| 模具精度 | 提供几何约束 | 保证尺寸精度和光滑的表面 |
| 生坯输出 | 制造稳定的中间固体 | 允许在真空烧结前安全处理 |
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参考文献
- H. M. Zidan, Omayma El kady. Investigation of the Effectuation of Graphene Nanosheets (GNS) Addition on the Mechanical Properties and Microstructure of S390 HSS Using Powder Metallurgy Method. DOI: 10.21608/ijmti.2021.181121
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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