精确的压力分布是管理钢基材和青铜工作层不同压缩行为的关键因素。由于这些材料具有截然不同的初始密度要求，实验室压机必须能够施加不同的、有针对性的压力——特别是钢基材为 500 MPa，青铜层为 100 MPa——以确保结构兼容性和形状完整性。
双金属成型的根本挑战在于材料行为的差异。具有精确分布能力的实验室压机能够实现“分级成型”，对独立层施加特定压力，以实现 22-25% 的统一目标孔隙率，同时确保后续扩散粘合和锻造所需的结构基础。
克服材料不兼容性
管理不同的压缩特性
钢和青铜是根本不同的材料，它们对施加力的反应独特。单一、均匀的压力无法有效同时压缩两种材料而不损害其中一种。实验室压机必须具备区分钢基材高负载要求和青铜层低负载要求的灵敏度。
分级成型机制
为解决这些差异，先进的实验室压机采用分级成型技术。这使得机器能够对钢基材施加高冷压压力（例如 500 MPa），以建立刚性核心。相反，它对青铜工作层施加显著较低的压力（例如 100 MPa），以防止过度致密化。
控制孔隙率以实现粘合
这种压力分布的最终目标是在两个层之间实现一致的目标孔隙率 22-25%。这个特定的孔隙率窗口并非随意设定；它对于后续加工步骤的成功至关重要。它确保预制件保持足够的孔隙率以促进层间扩散粘合，同时又足够致密以保持其形状。
确保下游工艺稳定性
创建稳定的结构基础
精确的压力分布确保“生坯”（烧结前的压制粉末）具有足够的机械强度。没有这种稳定性，预制件在处理或转移过程中就有可能失去形状完整性。稳定的基础是初始压制后高质量热锻操作的先决条件。
促进层间扩散
钢和青铜之间的界面是组件中最关键的区域。通过精确压力实现正确的密度平衡，压机可确保任一层都不会过于致密而阻碍扩散，也不会过于疏松而无法有效粘合。这种平衡对于在两种金属之间形成高强度冶金键至关重要。
理解权衡
均匀施压的风险
如果压机缺乏精确分配压力的能力（即施加单一全局压力），您将面临直接的结构风险。将钢所需的压力（500 MPa）施加到整个组件上，将过度压缩青铜，可能会封闭润滑或扩散所需的表面孔隙。
密度控制不足的后果
相反，将青铜所需的较低压力（100 MPa）施加到钢上，将导致结构薄弱的基材。这会导致“松散”的结构，缺乏最终应用所需的承载能力。此外，不均匀的压力分布是微裂纹和烧结变形的主要原因，这会损害组件的抗压强度。
为您的目标做出正确选择
在为双金属粉末预制件选择或配置实验室压机时，您的具体目标决定了您的压力策略。
- 如果您的主要关注点是结构完整性：确保压机能够维持钢基材的高压（500 MPa），以防止骨架脆弱并为组件提供刚性基础。
- 如果您的主要关注点是层间粘合：优先考虑压机将青铜层保持在较低压力（100 MPa）下的能力，以实现 22-25% 的目标孔隙率，这对于成功扩散至关重要。
精确的压力分布将两种不兼容的粉末转化为一个单一的、粘合的单元，为先进制造做好准备。
总结表：
| 材料层 | 目标压力 (MPa) | 目标孔隙率 (%) | 关键功能 |
|---|---|---|---|
| 钢基材 | 500 MPa | 22–25% | 提供刚性结构基础和核心强度。 |
| 青铜层 | 100 MPa | 22–25% | 防止过度致密化，促进扩散粘合。 |
| 界面 | 分级分布 | 一致 | 实现层间高强度冶金粘合。 |
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参考文献
- V. Yu. Dorofeyev, R. A. Vodolazhenko. Structure and properties of hot-forged powder steel–bronze bimetal with SiC additives. DOI: 10.17073/1997-308x-2024-3-16-27
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
