淺談高密度粉末冶金零件制備技術(shù)現(xiàn)狀

李寶

摘要：近年來，隨著零件的成形技術(shù)不斷的改進(jìn)，粉末冶金工業(yè)得到了快速發(fā)展，本文就是主要介紹了溫壓技術(shù)、動力磁性技術(shù)、爆炸壓制技術(shù)、粉末鍛造技術(shù)、快速全向壓制技術(shù)和高速壓制技術(shù)的基本原理，特點(diǎn)和應(yīng)用情況，并指出了高速壓制技術(shù)是粉末冶金工程尋求低成本高密度加工技術(shù)的又一次新突破，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：零件；改進(jìn)；溫壓技術(shù)；動力磁性技術(shù)

粉末冶金制品是基體和孔隙的復(fù)合體，孔隙是其固有特性，孔隙的存在降低了粉末冶金制品的有效承載面積，增加了應(yīng)力集中的可能性，可能會引起裂紋，降低零件的韌性和疲勞強(qiáng)度，對鐵基粉末冶金零件而言，密度達(dá)到了一定的值數(shù)以后，其硬度、抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度，韌性等都會隨著密度的增加而呈現(xiàn)出幾何數(shù)增大，因此，這就要擴(kuò)大粉末冶金零件的應(yīng)用范圍。必須要實(shí)現(xiàn)制品的高致密化。

一、 高密度粉末冶金零件的制備新技術(shù)

（一） 溫壓技術(shù)

溫壓技術(shù)是20世紀(jì)90年代粉末冶金零件生產(chǎn)技術(shù)方面最為重要的一項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步，其基本原理為將加有特殊潤滑劑的預(yù)制金屬粉末和模具加熱至130度至150度。并將溫度波動控制在一定的溫度之內(nèi)，然后和傳統(tǒng)的粉末壓制工藝一樣進(jìn)行壓制、燒結(jié)、整形等工序制得粉末冶金零件，其關(guān)鍵的技術(shù)是新型潤滑劑和溫壓系統(tǒng)，該工藝只是通過一次壓制就可以生產(chǎn)出高密度、高強(qiáng)度、低成本的粉末冶金零件，基于非常廣闊的應(yīng)用前景。

（二）動力磁性壓制技術(shù)

動力磁性壓制技術(shù)是采用脈沖調(diào)制電磁場施加壓力來固結(jié)粉末的一種新技術(shù)，將粉末裝入一個導(dǎo)電的容器內(nèi)，置于高場強(qiáng)中心腔中，電容器放電在數(shù)微秒內(nèi)對線圈通入高脈沖電流，線圈腔中形成磁場，護(hù)套內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與施加的磁場相互作用，產(chǎn)生了由外向內(nèi)壓縮護(hù)套的磁力，使得粉末得到了壓制，整個壓制過程中是不足1M的，在采用DMC技術(shù)壓制的過程中，材料的密度和力學(xué)性都能得到提高，在目前DMC技術(shù)的研究主要集中在美國和日本，其他的國家鮮有報(bào)道，該技術(shù)的應(yīng)用仍然停留在于強(qiáng)調(diào)磁力壓制的作用，而未涉及到磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電流對粉體的作用，同時(shí)相關(guān)設(shè)備和理論也是不完善的，這樣會極大的提高在工業(yè)上的推廣作用。

（三） 爆炸壓制技術(shù)

爆炸壓制是利用化學(xué)能的一種高能率成形的技術(shù)，將金屬粉末材料置于具有一定結(jié)構(gòu)的模具中施加爆炸壓力，爆炸物質(zhì)的化學(xué)能在極短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為周圍介質(zhì)中的高壓沖擊波，并以脈沖波的形式作用在粉末上獲得高密度坯體，爆炸壓制技術(shù)是一種獨(dú)特的加工方法，可以將傳統(tǒng)的不可壓縮的金屬陶瓷材料。低延性金屬等壓制成復(fù)合材料，典型應(yīng)用是將高溫合金粉末成形為用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)上的耐高溫零件。

（四）粉末鍛造技術(shù)

粉末鍛造是將金屬粉末先壓制預(yù)制坯，然后經(jīng)過燒結(jié)、熱鍛成形或經(jīng)過加熱直接鍛造成形，是將傳統(tǒng)的粉末冶金和精密模段結(jié)合起來的一種新工藝，兼有二者的優(yōu)點(diǎn)，克服了普通粉末冶金零件密度低的缺點(diǎn)，可以獲得較均勻的細(xì)晶粒組織，并可以顯著提高強(qiáng)度和韌性，使得粉末鍛件的物理、力學(xué)性能接近、達(dá)到甚至是超過普通鍛件的水平，粉末鍛造技術(shù)為制取高密度、高強(qiáng)度、高韌性粉末冶金零件開辟了廣闊的市場，成為現(xiàn)代粉末冶金的重要技術(shù)之一，在目前，研發(fā)的材料會有一定的鋁合金粉末，制備的典型產(chǎn)品包括連桿、齒輪、軸承環(huán)、活塞。

（五）快速全向壓制技術(shù)

快速全向壓制是一種將高性能預(yù)合金粉末固結(jié)成全密實(shí)封好的廉價(jià)工藝，其基本原理是將裝好的粉末與密封好的流體模預(yù)熱到固結(jié)溫度，置于罐形模中，通過一緊密配合的沖頭成熟單軸壓頭的壓力，壓頭的力受到罐形模內(nèi)表面的反作用，從而使得壓力從各個方面作用于粉末，利用好該技術(shù)可以制備完全致密化的粉末冶金合金復(fù)雜形狀零件的記憶合金。

（六） 高速壓制技術(shù)

高速壓制技術(shù)是一項(xiàng)以較低的生產(chǎn)成本、高效率制備高性能粉末冶金零件的新技術(shù)，其基本原理是通過液壓驅(qū)動的錘頭產(chǎn)生的應(yīng)力波，在很短的時(shí)間將沖擊能量通過壓模傳遞到粉末上進(jìn)行致密化，錘頭質(zhì)量為5-1200kg，錘頭質(zhì)量和沖擊瞬間的速度決定了沖擊能量的大小與材料的致密化程度，壓制過程實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制，可以通過任意選擇沖擊能量來安排沖擊次序。

二、 溫壓粉末原料的制造技術(shù)

（一） 鐵組合金元素的部分預(yù)合金化技術(shù)

部分預(yù)合金化鐵粉兼有純鐵粉的高壓縮性，其燒結(jié)后，具有一定的合金鋼粉的合金元素?cái)U(kuò)散均勻的特性，是目前發(fā)展高性能鐵粉原料的重要方向，也是溫壓鐵粉原料制造的重要技術(shù)基礎(chǔ)之一，由于在固相燒結(jié)后，Ni與Mo兩合金元素在鐵中的擴(kuò)散活能很高，采用元素混合粉作溫壓粉末原料時(shí)燒結(jié)后容易形成一定的富集區(qū)，不能發(fā)揮合金強(qiáng)化效果，提高燒結(jié)溫度不僅是造成零部件的嚴(yán)重變形，精度還降低，而且燒結(jié)能耗增大，進(jìn)而進(jìn)一步提高了零部件的制造成本。

（二）潤滑劑的設(shè)計(jì)

由于溫壓牙坯的密度一般開空隙很少，潤滑劑在脫除過程中和容易帶來壓坯膨脹，造成壓坯密度大幅度下降，在開發(fā)新型潤滑劑之前，當(dāng)壓坯密度為一定的數(shù)值時(shí)候，，這樣燒結(jié)密度僅為7.08cm，開發(fā)聚合物潤滑劑避免了壓坯在燒結(jié)過程中因?yàn)榉纸猱a(chǎn)物在坯體內(nèi)形成內(nèi)壓而造成的膨脹可能性，采用水霧鐵粉作原料時(shí)，材質(zhì)一般為粉末添加，這就說明新型聚合物潤滑劑是有效的，而對于以水霧化合金結(jié)構(gòu)，采用了潤滑劑，這樣就可以通過在添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)仍然為百分之零點(diǎn)六，這樣在一定的壓力下，溫壓密度也會上升。

小結(jié)：

近年來，隨著零件成形技術(shù)的發(fā)展，粉末冶金工業(yè)飛速發(fā)展，在介紹了幾種高密度粉末冶金零件的制備技術(shù)，其中高速壓制技術(shù)由于具有良好的性價(jià)比而備受關(guān)注，具備廣闊的應(yīng)用前景，建議在高速壓制技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷開展新的工藝、新材料、新產(chǎn)品的研究，改進(jìn)裝備，提高生產(chǎn)效率，以此降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)競爭能力，進(jìn)一步推廣粉末冶金事業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建忠，湯慧萍，曲選輝，李文華.高密度粉末冶金零件制備技術(shù)現(xiàn)狀[J].粉末冶金工業(yè)，2014，（03）：56-60.

[2]戴盈磊，王亞會.淺談高密度電法在隱伏斷裂探測中的應(yīng)用[J].防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報(bào)，2012，（04）：12-17.

[3]陳進(jìn)添.淺談高密度電法探測土洞溶洞的效果[J].福建地質(zhì)，2010，（03）：255-259.endprint