我國(guó)近十年來(lái)粉末冶金成形新技術(shù)綜述

粉末冶金是一項(xiàng)集材料制備與零件成形于一體，節(jié)能、節(jié)材、高效、最終成形、少污染的先進(jìn)制造技術(shù)，在材料和零件制造業(yè)中具有不可替代的地位和作用，已經(jīng)進(jìn)入當(dāng)代材料科學(xué)的發(fā)展前沿。

   目前粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、低成本方向發(fā)展，本文著重介紹幾種近十年來(lái)粉末冶金零件的成形新技術(shù)。

   一、溫壓技術(shù)

   溫壓技術(shù)是粉末冶金領(lǐng)域近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，可生產(chǎn)出高密度、高強(qiáng)度，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。所謂溫壓技術(shù)就是采用te制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng)，將加有特殊潤(rùn)滑劑的預(yù)合金粉末和模具等加熱至130～150℃，并將溫度波動(dòng)控制在±2．5℃以內(nèi)，然后和傳統(tǒng)粉末冶金工藝一樣進(jìn)行壓制、燒結(jié)而制得粉末冶金零件的技術(shù)。其技術(shù)關(guān)鍵：一是溫壓粉末制備，二是溫壓系統(tǒng)。

   與傳統(tǒng)工藝相比，溫壓成形的壓坯密度約有0.15～0.30g／cm3的增幅，其密度可達(dá)7.45g／cm3。在相同的壓制壓力下，溫壓材料的屈服強(qiáng)度比傳統(tǒng)工藝平均高11％，極限拉伸強(qiáng)度平均高13．5％，沖擊韌性可提高33％。另外，溫壓零件的生坯強(qiáng)度高，可達(dá)2O～30MPa，比傳統(tǒng)方法提高50—100％，不僅降低生坯搬運(yùn)過(guò)程中的破損率而且能對(duì)生坯進(jìn)行機(jī)加工，表面光潔度好。此外，溫壓工藝的壓制壓力低和脫模力小，同時(shí)零件性能均一，產(chǎn)品精度高，材料利用率高。

   溫壓工藝還有一個(gè)特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。研究表明，假如一次壓制、燒結(jié)的普通粉末冶金工藝的成本為1.0，則粉末鍛造的相對(duì)成本為2.0，復(fù)壓復(fù)燒的相對(duì)成本為1.5，不銹鋼粉末冶金，滲銅的相對(duì)成本為1.4，而溫壓技術(shù)的相對(duì)成本為1．25。目前，采用溫壓技術(shù)生產(chǎn)的粉末冶金零件已達(dá)200多種，零件重量在5—1200g。例如，德國(guó)SinterstahlGmbH公司用溫壓技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的摩擦傳動(dòng)用同步齒環(huán)，在美國(guó)新奧爾蘭舉行的PM2TEC2001國(guó)際會(huì)議上獲獎(jiǎng)。該零件的齒部密度超過(guò)7.3g／cm，環(huán)體密度超過(guò)7.1g／cm，生坯強(qiáng)度達(dá)到28MPa。采用了擴(kuò)散合金化的燒結(jié)硬壓粉末，zui低抗拉強(qiáng)度為850MPa。由于使用了溫壓技術(shù)和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38％。

   二、流動(dòng)溫壓技術(shù)

   流動(dòng)溫壓技術(shù)(Warm Flow Compaction，簡(jiǎn)稱WFC)是在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合了金屬粉末注射成形工藝的優(yōu)點(diǎn)而提出來(lái)的一種新型粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)。其關(guān)鍵技術(shù)是提高混合粉末的流動(dòng)性。它通過(guò)提高了混合粉末的流動(dòng)性、填充能力和成形性，從而可以在8O～130~C溫度下，在傳統(tǒng)壓機(jī)上精密成形具有復(fù)雜幾何外形的零件，如帶有與壓制方向垂直的凹槽、孔和螺紋孔等零件，而不需要其后的二次機(jī)加工。WFC技術(shù)既克服了傳統(tǒng)粉末冶金在成形復(fù)雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術(shù)的高成本，粉末冶金耳機(jī)，是一項(xiàng)極具潛力的新技術(shù)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

   WFC技術(shù)作為一種新型的粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)，其主要特點(diǎn)如下：(1)可成形具有復(fù)雜幾何形狀的零件；(2)壓坯密度高、密度均勻；(3)對(duì)材料的適應(yīng)性較好；(4)工藝簡(jiǎn)單，成本低。

熱處理四把火---金屬注射成型

金屬熱處理有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝，俗稱“四把火”。

一、第1把火——退火：

1、退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到 平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。

2、退火的目的：

①改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓、軋制和焊接過(guò)程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應(yīng)力，防止工件變形、開(kāi)裂。

②軟化工件以便進(jìn)行切削加工。

③細(xì)化晶粒，改善組織以提高工件的機(jī)械性能。

④為最終熱處理(淬火、回火)作好組織準(zhǔn)備。

二、第二把火——正火：

1、正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效 果同退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能，也有時(shí)用于對(duì)一些要求不高的零件作為最終熱處理。

2、正火的目的：

①可以消除鑄、鍛、焊件的過(guò)熱粗晶組織和魏氏組織，軋材中的帶狀組織;細(xì)化晶粒;并可作為淬火前的預(yù)先熱處理。

②可以消除網(wǎng)狀二次滲碳體，并使珠光體細(xì)化，不但改善機(jī)械性能，而且有利于以后的球化退火。

③可以消除晶界的游離滲碳體，以改善其深沖性能。

三、金屬熱處理的第三把火——淬火：

1、淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)水 溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時(shí)變脆。

2、淬火的目的：

①、提高金屬成材或零件的機(jī)械性能。例如:提高工具、軸承等的硬度和耐磨性，提高彈簧的彈性極限，提高軸類零件的綜合機(jī)械性能等。

②、改善某些特殊鋼的材料性能或化學(xué)性能。如提高不銹鋼的耐蝕性，增加磁鋼的永磁性等。

四、金屬熱處理的第四把火——回火：

1、回火為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于 710℃的某一適當(dāng)溫度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱為回火。

2、回火的目的：

①、減少內(nèi)應(yīng)力和降低脆性，淬火件存在著很大的應(yīng)力和脆性，如沒(méi)有及時(shí)回火往往會(huì)產(chǎn)生變形甚至開(kāi)裂。

②、調(diào)整工件的機(jī)械性能，望牛墩鎮(zhèn)粉末冶金，工件淬火后，硬度高，脆性大，為了滿足各種工件不同的性能要求，可以通過(guò)回火來(lái)調(diào)整，硬度，強(qiáng)度，塑性和韌性。

③、穩(wěn)定工件尺寸。通過(guò)回火可使金相組織趨十穩(wěn)定，粉末冶金表框，以保證在以后的使用過(guò)程中不再發(fā)生變形。

④、改善某些合金鋼的切削性能。

金屬注射成形（metal Injection Molding，MIM）是一種適于生產(chǎn)小型、三維復(fù)雜形狀以及具有特殊性能要求制品的近凈成形工藝。

MIM是由傳統(tǒng)粉末冶金工藝與現(xiàn)代塑料注射成型技術(shù)融合發(fā)展而來(lái)，其基本工藝過(guò)程是：將各種微細(xì)金屬粉末（一般小于20μm）按一定的比例與預(yù)設(shè)粘結(jié)劑（各種熱塑性塑料，蠟及其他材料）均勻混合，制成具有流變特性的喂料，通過(guò)注射機(jī)注入模具型腔（或多模型腔）成型出零件毛坯，毛坯件經(jīng)過(guò)脫除粘結(jié)劑和高溫?zé)Y(jié)后，即可得到微觀組織均勻、材料高度致密的各種金屬零部件。

MIM的發(fā)展進(jìn)程

20世紀(jì)70年代，美國(guó)學(xué)者Wiech首先開(kāi)發(fā)出一種對(duì)金屬粉末進(jìn)行注射成形的粉末冶金工藝。20世紀(jì)80年代，美國(guó)倫賽爾理工學(xué)院開(kāi)始開(kāi)展MIM技術(shù)理論基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)的研究工作。美國(guó)Injectamax公司和德國(guó)BASF公司將脫脂時(shí)間從數(shù)十小時(shí)縮短到幾個(gè)小時(shí)，而且保形性得到明顯改善，產(chǎn)品的尺寸精度從±0.5%提高到±0.3%。21世紀(jì)后，MIM工藝進(jìn)一步得到改進(jìn)，新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速。形狀復(fù)雜、尺寸較小及產(chǎn)量大，這些都是MIM的強(qiáng)項(xiàng)，使其在手表、手工工具、牙齒矯正支架、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件、電子密封、切削工具及運(yùn)動(dòng)器材中找到大量應(yīng)用。

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