低压轴向压制主要用于通过颗粒的重排来实现初步致密化，而不是通过颗粒的变形或断裂。将压力保持在 50 MPa 以下，可以使粉末颗粒在不遭受结构损伤或严重加工硬化的前提下，转移到更紧密的堆积排列中，这对于后续加工步骤的成功至关重要。
核心要点 低压压制的目标是最大化颗粒完整性并保持表面活性。通过在成型过程中避免过度的机械应力，材料可以保持有效的烧结结合所需的扩散动力学。
低压致密化的力学原理
优先考虑颗粒重排
在 50 MPa 以下的压力下，增加密度的主要机制是物理重排。
松散的粉末颗粒相互滑动以填充空隙，就像在罐子里夯实沙子一样。这可以在不迫使颗粒发生塑性变形的情况下，实现基础水平的压实。
防止颗粒破碎
过早施加高力会粉碎易碎的颗粒。
低压压制可确保单个粉末颗粒保持完整。这减少了可能在热处理过程中产生不可预测行为的新鲜、锯齿状断裂表面的产生。
最小化加工硬化
金属在物理变形时通常会硬化，这种现象称为加工硬化。
通过限制压力，可以避免颗粒发生塑性变形，确保它们保持较软、更具延展性的状态。这种缺乏硬化对于防止可能导致后续开裂的内部应力至关重要。
对烧结的关键影响
保持接触活性
成功的烧结依赖于颗粒之间的原子扩散。
低压成型可保持相邻颗粒之间高水平的“接触活性”。由于表面没有因高应力摩擦或断裂而退化，因此它们仍然是原子结合的理想选择。
确保扩散动力学
烧结的速度和质量取决于扩散动力学。
如果颗粒严重加工硬化或破碎，它们在高温下的扩散和结合能力可能会受到影响。温和的初始压制可确保扩散的驱动力保持较高水平，从而促进最终产品的强度。
理解权衡
密度与完整性
低压压制不可避免地会导致与高压方法相比，“生坯”（未烧结）密度较低。
虽然高压技术（例如 800 MPa）可以制造具有高初始强度的近净形零件，但它们会产生密度梯度和应力。低压方法以牺牲初始机械强度为代价，换取优越的微观结构均匀性和烧结潜力。
几何限制
在 50 MPa 以下压制可能不足以满足需要高生坯强度来保持形状的复杂几何形状。
此方法最适合于主要目标是材料准备和化学性质，而不是立即完成复杂的外部几何形状的阶段。
为您的目标做出正确选择
在设计粉末冶金工艺时，压力的选择决定了最终结合的质量。
- 如果您的主要重点是烧结质量：优先选择低压，以保持颗粒延展性并最大化加热过程中的扩散动力学。
- 如果您的主要重点是生坯强度：考虑更高的压力（远高于 50 MPa），以机械方式将颗粒锁定在一起，并接受加工硬化的风险。
最终，当微观结构保真度和化学结合比即时几何刚性更重要时，低压压制是战略性选择。
摘要表：
| 特征 | 低压压制（< 50 MPa） | 高压压制（> 200 MPa） |
|---|---|---|
| 主要机制 | 颗粒重排和滑动 | 塑性变形和断裂 |
| 颗粒完整性 | 高（防止破碎） | 低（导致破碎） |
| 加工硬化 | 最小（保持延展性） | 显著（增加硬度） |
| 扩散动力学 | 增强烧结效果 | 可能受损 |
| 生坯强度 | 较低的初始刚性 | 较高的初始刚性 |
| 最佳用例 | 最大化结合质量 | 复杂的近净形零件 |
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参考文献
- Jerzy Rojek, K. Pietrzak. Discrete element simulation of powder compaction in cold uniaxial pressing with low pressure. DOI: 10.1007/s40571-015-0093-0
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
