粉末鍛造技術(shù)及其展望

摘 要：粉末鍛造技術(shù)是將之前的冶金技術(shù)和模塊鍛造技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展開來(lái)的新興鍛造工藝。具有低成本，高質(zhì)量，高產(chǎn)能，資源節(jié)約等優(yōu)點(diǎn)。因此，本文試圖在分析粉末鍛造工藝形成的流程基礎(chǔ)上，闡述該項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，從而展望粉末鍛造技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)景。

關(guān)鍵詞：粉末鍛造；工藝流程；發(fā)展遠(yuǎn)景

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.015

0 引言

粉末鍛造技術(shù)起源于上世紀(jì)60年代的美國(guó)，剛開始因?yàn)榧夹g(shù)的不成熟和產(chǎn)品的需求不足，該項(xiàng)工藝并沒有得到充分發(fā)展。不過隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，對(duì)粉末鍛造零件的需求量大增，現(xiàn)在已經(jīng)成為相對(duì)成熟的金屬加工工藝，并大規(guī)模的應(yīng)用于除汽車外的其他制造業(yè)領(lǐng)域。我國(guó)于70年代開始在粉末鍛造原材料、塑造原理、工藝設(shè)備和產(chǎn)品制造等方面開展了相關(guān)的討論和研究，并取得初步的成果。但在技術(shù)的成熟和應(yīng)用方面我國(guó)還與美國(guó)、西歐、日本等國(guó)家和地區(qū)存在著一定的差距。

1 粉末鍛造工藝的流程

粉末鍛造工藝流程首先是根據(jù)不同產(chǎn)品的要求調(diào)配粉末并壓制為預(yù)成形坯，然后燒結(jié)和加熱鍛造，最后進(jìn)行后續(xù)處理。

1.1 粉末原料的選取

粉末鍛造選取的原材料一般是鐵粉或者合金鋼粉。但在粉末鍛造中應(yīng)用鐵粉原料要嚴(yán)格控制 Mn、Si等微量元素的含量。因其這種鐵粉可硬性程度不高，所以可以添加其他合金化元素來(lái)改善其性能。合金鋼粉主要應(yīng)用的是霧化粉，雖然合金鋼粉也會(huì)加Mn、Cr 等元素，不過在粉末鍛造過程中特別容易氧化。而 Ni、Mo出現(xiàn)氧化的幾率就要小得多，現(xiàn)在研制的Fe- Ni- Mo系列預(yù)合金粉，不僅讓沖擊韌性下降又明顯改善基體，故在粉末鍛件中多使用該系列的預(yù)合金粉。此外，如果有其他非金屬的參雜會(huì)對(duì)粉末鍛造材料的影響很大。根據(jù)相關(guān)研究表示： 粉末鍛件的疲勞壽命主要取決于夾雜之間的自由路程，所以應(yīng)采用純凈度高的鋼粉，霧化粉因?yàn)榉墙饘賷A雜少、合金元素含量易于控制，受到廣泛應(yīng)用[1]。

1.2 壓制預(yù)成形坯

在壓制預(yù)成形坯之前，一個(gè)重要的步驟就是對(duì)預(yù)成形坯的設(shè)計(jì)，這是關(guān)系到粉末鍛造能否成功。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到材料金屬的流動(dòng)和作用力的分布。一般來(lái)說(shuō)粉末鍛造的預(yù)成形坯對(duì)形狀精度或尺寸大小相較于普通粉末鍛造的要求沒那么嚴(yán)格。因?yàn)楹筮叺腻懺斐绦蚴潜Ｕ献詈罅慵臉邮匠叽纭５趬褐祁A(yù)成型坯中，對(duì)其重量要求還是很嚴(yán)格的。預(yù)成形坯在滿足鍛造塑性的前提下，一般選取的密度較小即相對(duì)密度在75%～80%即可。這樣在鍛造時(shí)不容易發(fā)生張裂，可以保證可塑性強(qiáng)、容易壓制，方便搬移等優(yōu)點(diǎn)。

1.3 燒結(jié)

預(yù)成形坯的燒結(jié)和普通粉末冶金燒結(jié)相差無(wú)幾，都必須在保護(hù)氣氛（氮?dú)狻⒚簹狻錃獾龋┲羞M(jìn)行，燒結(jié)時(shí)還要加熱的均勻，溫度的掌握要視加熱的材料而定，這樣才能提升燒結(jié)的質(zhì)量。等燒結(jié)為合金化時(shí)，將燒結(jié)的成品轉(zhuǎn)移到?jīng)]有氧化成分的保溫爐中保溫。 普通粉末冶金雖然也可以保證預(yù)成形坯的質(zhì)量和產(chǎn)量，但因?yàn)殄懺斓乃俣容^快，所以在組織加工上并不能滿足與鍛造的無(wú)縫連接。現(xiàn)在多采用的是加熱、冷卻、再加熱的方式。我國(guó)在高溫加熱爐和燒結(jié)爐方面還與發(fā)達(dá)國(guó)家表現(xiàn)出了不小的差距。

1.4 鍛造

燒結(jié)之后就要開始鍛造，這將決定產(chǎn)品的模樣尺寸等，所以粉末鍛造技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵程序。在鍛造過程中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：第一，要進(jìn)行鍛模預(yù)熱，這樣可以減小預(yù)成形坯與鍛模的溫差，更容易滿足塑性的要求。第二，預(yù)成形坯經(jīng)過加熱后應(yīng)該立即放入鍛模進(jìn)行加工成型。時(shí)間要控制在5秒內(nèi)。第三，在鍛造過程中不僅要注意潤(rùn)滑問題還應(yīng)注意鍛模的溫度，如果超過300℃需要冷卻處理。第四，粉末鍛件出來(lái)后，應(yīng)進(jìn)行防氧化處理，可在保護(hù)氣氛中冷卻，或者用水冷，油冷等方式。

1.5 后續(xù)處理

鍛件出來(lái)之后，有的需要進(jìn)行后續(xù)處理，包括機(jī)械加工等，其處理方式跟普通鋼材鍛件沒什么兩樣。但因?yàn)榉勰╁懠木芏容^高，所以有時(shí)最后一步會(huì)在制造中省去。

2 應(yīng)用與展望

近些年來(lái)，隨著我國(guó)汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，給粉末鍛造技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊的市場(chǎng)，，在汽車工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，使用粉末鍛造技術(shù)鍛造出來(lái)的零件持續(xù)攀升。據(jù)韓鳳麟教授的研究，粉末鍛造技術(shù)在汽車工業(yè)應(yīng)用零件有：發(fā)動(dòng)機(jī)中的連桿，自動(dòng)變速器中的轉(zhuǎn)換器離合器的內(nèi)、外環(huán)，超越離合器的外環(huán)，鎖定轉(zhuǎn)換器的載、內(nèi)環(huán)及單向內(nèi)凸輪；載重車自動(dòng)變速器中的內(nèi)齒環(huán)，單向離合器的 內(nèi)、外環(huán)；卡車齒輪箱的同步環(huán)；輕型車四輪驅(qū)動(dòng)分動(dòng)箱的齒環(huán)毛坯等[2]。除了汽車領(lǐng)域，農(nóng)用機(jī)械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也把粉末鍛造技術(shù)的實(shí)施和應(yīng)用推向了一個(gè)新的臺(tái)階。所以現(xiàn)在是該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的良好時(shí)機(jī)。

隨著粉末鍛造技術(shù)的越發(fā)成熟，粉末原料價(jià)格的大幅度下降，它已經(jīng)成為一種新型的鍛造技術(shù)。在工業(yè)領(lǐng)域的用途越來(lái)越廣泛，尤其在零部件的制造方面，“其發(fā)展已經(jīng)趨向于在零件的最初設(shè)計(jì)狀態(tài)就越來(lái)越多地選用粉末鍛造工藝。”[3]總體來(lái)講，我國(guó)在該項(xiàng)領(lǐng)域的研究和拓展也取得了良好的效果。目前，粉末鍛造技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)是要拓展新型金屬粉末原料，研發(fā)性能強(qiáng)，精度高的粉末鍛件，并且逐步趕上發(fā)達(dá)國(guó)家的鍛造生產(chǎn)技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁華.粉末鍛造的現(xiàn)狀[J].粉末冶金技術(shù)，1992，10（02）：142-145.

[2]韓鳳麟.汽車份末冶金結(jié)構(gòu)零件[J].粉末冶金技術(shù)，1990，8（02） ：99-113.

[3]Juergen H Badendieck， Michael Marra. P/M Forging： An Advancing Process[J].International Journal of Powder Metallurgy，1992（03）：257-258.