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粉末冶金温压成形技术的研究及展望摘要：冶金温压成形，在得到较高致密度零件的同时，可以较铸造和锻造显著的降低原料成本，缩短零件的研制周期，具有重要的研究价值。本文概述了国内外温压成形技术的应用、发展现状及温压成形工艺的关键技术和工艺，指出了粉末冶金温压成形技术的发展方向。关键词：粉末冶金；温压成形一 前言粉末冶金制造的零件材料利用率几乎可以达到100%，且零件具有均匀的组织和稳定的性能，可以较铸造和锻造显著的降低原料成本。粉末冶金温压成形是用一次压制、烧结工艺，制造出高密度、高性能、形状较复杂零件的粉末冶金新技术，且适合于大批量生产。其工艺流程为：金属粉末、润滑剂→混合→将粉末混合物加热于130 ℃~150 ℃左右压制成型→烧结→整形→制品。铁粉温压工艺虽比常规一次压制烧结工艺的相对成本提高了20%，但比浸铜工艺、复压复烧和粉末锻造工艺降低20%、30%和80%[1]；较铸造、锻造、冲压、机加工降低成本30%~90%，广泛应用于汽车、外科工具、工业泵等的制造[2]。温压成形工艺首先由美国Hoeganaes公司在1994年的国际粉末冶金和颗粒材料会议（PM2TEC94）上公布，被国际粉末冶金界誉为“导致粉末冶金技术革命”的新成形技术。二温压成形技术的发展现状温压成形工艺自问世以来就取得了巨大成功[3]。目前，国内外温压成形工艺已走向工业化生产，但目前主要集中在铁的温压成形方面。国外主要有美国Hoeganaes公司、瑞典的Hoeganaes AB 公司、加拿大QMP 公司、美国的vemat Inc、Abbott Furnace Co、icrowave Material Technologies 、瑞典的LindeMetallteknik AB、日本的丰田公司等。国内对温压成形技术的研究单位主要有华南理工大学、中南大学、北京科技大学、合肥工业大学，其中华南理工大学已实现铁粉件的产业化生产。在国内，引进温压工艺的粉末冶金零件生产厂家有宁波东睦粉末冶金公司和扬州保来得工业有限公司。2004 年国内外已有70 余条温压生产线投入生产，200 多个温压零件获得了实际应用。温压成形技术的出现大大拓宽了铁基粉末冶金零件的应用范围。该技术已大量应用于以较低成本大批量生产形状复杂、高密度、高强度铁基粉末冶金零件。其典型应用有：汽车传动转矩变换器蜗轮毂、连杆、齿轮类零件、角度磨头的棘轮副、粉末冶金磁性材料及其它结构零件。现有国内外温压材料体系、温压工艺主要集中在低合金钢材料体系，在其它材料处于初步研究中。国内对温压成形技术的研究，主要从基础理论、材料、工艺、设备等方面展开全方位的研究，包括不锈钢、铁基复合材料及高合金钢材料体系，传统温压、低温温压、模壁润滑温压等工艺以及装备和数值模拟。三 成形工艺的特点铁基粉末温压成形工艺及其产品具有下列特点[4]：1）产品密度高，性能好：经温压、烧结后的铁基合金粉末冶金零件的密度可达到7.25 g·cm-3~7.60g·cm-3，比冷压成形相同压力下的制品力学性能提高10%~15%。2）生坯脱模力低，强度大，成品率高，可直接进行切削加工。3）生产成本低：温压成形工艺简单，所需的压制压力较低等均有效的降低了生产和设备成本。4）产品质量易于控制：温压工艺系统的温度及其它工艺参数均采用计算机程序控制，使影响产品质量的因素大大减少。四 成形工艺的关键技术粉末冶金温压成形关键技术受到严格的专利保护，其保护范围主要在以下两个方面：一是预混合金粉（含特殊有机聚合物粘结剂、润滑剂和金属粉末）；二是温压设备。1 粉末温压成形用铁基粉末要求为：1）粉末粒度组成，粒度组成合适的基粉可以使粉末颗粒重排列获得足够空间和粉末颗粒的充分填充；2）粉末颗粒形状，球形颗粒具有最小的颗粒表面积，可降低重排列阻力；3）较强塑性变形能力。另外，用于温压的混合粉末要求不仅在加热、传送及压制过程中都应具有较好的压缩性、流动性和始终如一的松装密度等[5]。现有温压用铁基粉末都受到严格的专利保护，如美国Hoeganaes公司的Ancordense TM 粉末，瑞典Hoeganaes AB 公司的Densmix粉末，和加拿大QuebecPowder公司的FLOWET WP TM 粉末等。温度的作用对于粗粉末压制密度影响较大，对细粉末压制密度影响不大。在制造高密度零件时，粉末化学成分和硬度对其成形性能影响很大。对铁粉而言，粉末纯度越高，显微硬度值越小，粉末越易压制[6]。2 润滑剂粉末冶金温压成形过程中，采用润滑剂可以减小粉末与模壁间的摩擦力，使压制时的压力损失减小；以及减小粉末与粉末间的摩擦力，加速粉末的重排。铁基粉末温压成形润滑剂要求如下：1）润滑剂的玻璃化温度与温压温度有合理的搭配；2）易于在合金粉末表面形成润滑膜或在压制过程中形成转移膜，并且具有一定的抗压