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粉末冶金的生產工藝特點詳解

粉末冶金的生產工藝特點詳解：
已經研究的溫壓工藝的影響因素包括：潤滑劑和粘結劑的加入對鐵粉流動性和松裝密度的影響；溫壓壓制過程潤滑劑的優選；鐵粉特性對溫壓生坯密度的影響，壓制參數對鐵粉溫壓致密化的過程的影響；溫壓過程致密化機理探討，詳述如下：
　　（1）鐵粉
　　1995年，研究伊始發現，沒有一種國產品牌粉末可以原封不動得以供貨狀態用于溫壓工藝。處于這種無米之炊的境地是很自然的。ANCORDENSE溫壓系統的第一個環節是用特定的鋼鐵粉末，這個特定的定義是限定在高壓縮比水霧化鐵粉的范圍之內。這種鋼鐵粉自發明以來已經經過近30年左右的完善和產業化過程。而國產的水霧化鐵粉從整體上說還達不到這種水平。
　　經過從化學成分，粒度組成，顆粒形貌等分析和實驗工作，確認了適合于溫壓的鐵粉的基本特性，即：含O2量＜0.1%，含C量＜0.006%，含N2量＜0.003%，松裝密度3.0～3.2g/cm3。與國外的水霧化鐵粉相比，1995年我國的成批量供貨的最好的粉末含O2量為0.25%，含C量為0.02%，含N2量為0.0043%。但是到了2001年，至少鞍鋼粉材廠的水霧化鐵粉在含O2量和含C量的指標上，已達到了這個標準。
　　然而，作為溫壓用粉的內在質量是非常重要的，因為它是在已有的粉末壓縮性上，再提高一定的量。就溫壓而言，國內粉和國外粉的主要差距是高壓制力下的壓縮性不夠高，如700～800MPa下的粉末壓縮性并不比600MPa下的高，而且模具拉傷嚴重。
　　為了獲得高質量的國產水霧化溫壓粉，首先，在確保低的含O2量和含C量的前提下，大幅度降低含N2量。其次，要降低粉末中的非金屬夾雜物。進而通過改變和優化霧化條件，調整粒度組成和顆粒形狀，以利于粉末在壓制過程中的顆粒重排。關于粉末顆粒重排，中南大學曾經由冶金粉塵中回收鐵粉，適當擴散合金化，制備出溫壓原料。其溫壓機制被認定為粉末顆粒重排效果的改善。
　?。?）潤滑劑
　　分析了由1976～1994年的17篇美國專利，與溫壓工藝直接相關的有4篇，其余為溫壓粉潤滑方式、溫壓發展及形成相關的專利。在這些專利中，對潤滑劑予以了特別強調。幾乎所有的熱塑性高聚物及其復合高聚物全部被專利所覆蓋。國外專利化的潤滑劑是一種復合的酰胺基蠟，有一個150～250℃的熔化溫度區間。低熔點的單酰胺在溫壓溫度下熔化，起液體潤滑作用，二酰胺和聚酰胺有較高的熔點，可起固體潤滑劑作用。美國生產的一種可以作為溫壓用的潤滑劑。
　　考慮到知識產權的約束，為配制新的潤滑劑，北京科技大學進行了復合潤滑劑玻璃化溫度隨壓制壓力變化規律的理論探討，提出了某種數量關系。改進的潤滑劑不必局限于熱塑性高聚物。某些低聚物或大分子量潤滑劑與特定的壓制溫度相匹配，也可以應用于溫壓，這一點是北京科技大學1995年攻關中的一個重要結果。
　?。?）模具
　　北京科技大學與武鋼集團粉末冶金有限公司，針對磁軛零件于1996年在國內研制出第一套自行設計的溫壓模具。實踐中發現，模具的設計并不神秘。模具材料以M2高速鋼為實驗材質。在小型批量生產中，采用內鑲硬質合金模具以適應溫壓環境。另外，關鍵的是實現自動模具結構，可保證操作的安全性和簡易性。
　　華南理工大學與廣東華金公司，在粉末冶金齒輪溫壓模具的設計與制造方面積累了較豐富的經驗，現已有數種齒輪由內潤滑溫壓技術生產。
　　這里之所以提到內潤滑溫壓技術，是因為目前出現的新專利和某些經驗表明，將內潤滑溫壓技術改變為外潤滑溫壓技術是溫壓發展的必然趨勢。外潤滑指的是模壁潤滑，其與溫壓是平行的兩個提高鐵基結構零件密度的手段。
　　模壁潤滑分濕潤滑和干潤滑。較早的研究和探索是利用于潤滑劑和潤滑液體噴向模壁的潤滑方式，稱為濕潤滑。濕模壁潤滑的模具結構復雜，難以實現自動化生產。近期發展的干模壁潤滑，它不僅克服了濕模壁潤滑制備的壓坯表面易粘粉，影響燒結件的表面質量；而且，用非聚四氟乙烯干粉潤滑劑以靜電吸附的防護司粘著在陰模內壁，鐵零件的壓坯密度已達7.55g/cm3，加拿大QMP公司決定在2002年開展在溫壓的過程中采用模壁潤滑，以期鐵基零件的密度大于7.4g/cm3。我國"十五"863華南理工大學、北京科技大學和中南大學的溫壓研究項目也有這方面的內容。北京科技大學正加緊開發成本低、適用性強的干粉模壁潤滑裝置。
　?。?）溫壓溫度
　　沒有一成不變的溫壓溫度，也就是說最佳溫壓溫度（包括粉末溫度和模具溫度）的制定，必須根據零件的幾何尺寸來調整。加拿大QMP公司的經驗是同一種材質裝粉高度為1.0cm，最佳粉末溫度為140℃，裝粉高度為2.5cm和3.8cm時，最佳粉末溫度分別降到100℃和90℃左右。北京科技大學在理論上初步進行了分析，建立了一個溫壓壓制壓力、零件幾何尺寸和最佳溫壓溫度之間的因果關系，為制定溫壓工藝提供了一個量的預測方法。
　　就粉末溫度和模具溫度的高低而言，與ANCORDENSE溫壓工藝不同，北京科技大學強調了兩種不同的溫壓制度的:應用即保留式溫壓和排出式溫壓。這兩種不同的餓溫壓制度影響著而后的燒結制度的選擇。保留式溫壓在模具溫度低于潤滑劑的熔點范圍。潤滑劑在溫壓過后仍有相當一部分保留在壓坯之內；排出式溫壓指的是選擇模具的某一部分的溫度高于潤滑劑的熔點范圍，潤滑劑在完成了潤滑粉末顆粒的作用后大部分被排擠出壓坯。究竟選取何種溫壓制度必須根據零件尺寸、模具結構、批量大小和燒結工藝等因素進行綜合考慮。
　　燒結環節
　　當生坯密度大于7.2g/cm3，采用保留式溫壓方式壓制時會有相當多的潤滑劑被擠入封閉孔洞之中。燒結時不能簡單的采用通常的一次推桿爐一次燒結，必須采用低溫預燒，將潤滑劑在此溫度下分解出的CO，H2，N2排除。實驗表明，真空預燒可以較充分地排除潤滑劑，在氫氣中預燒次之。不低溫預燒，將使最終燒結密度低于溫壓壓制的生坯密度。溫壓-燒結工藝就整體效果看并不能提供密度產品。采用排出式溫壓可以簡化燒結工藝，但排出式溫壓工藝的應用對所生產零件的形狀和模具設計有較苛刻的要求。
　　后處理環節
　　后處理限指熱處理和表面強化處理。為了進一步提高溫壓-燒結燒結鋼零件的強度指標，試驗了在殘余孔洞周圍形成了貝氏體，基體形成馬氏體的可能性。研究表明Fe-Mo-Ni-Cu-C系，適當改變加入石墨的方式，完全可以實現燒結在線等溫處理,生產出密度大于7.3g/cm3,殘留孔洞周圍形成缺口不敏感性的下貝氏體組織,熱處理后抗拉強度大于1200MPa.
　　這里提到的表層強化處理的概念是,通過強化燒結(液相燒結和強化燒結)在溫壓燒結鋼零件表層形成一定深度的全致密組織。為大幅度提高制品的疲勞強度創造條件。為開發溫壓轎車連桿預定技術保證，表層強化燒結溫壓燒結鋼的思路獲得了國家自然科學基金（2000～2003年）的資助，現已取得可喜進展。
　　產業化
　　強力發掘市場需求
　　高密度，高強度粉末冶金燒結鋼零件的市場需求是溫壓技術產業化的源動力。長期以來，中、低密度粉末冶金零件的市場已趨于飽和，其零件較低的強度性能對粉末冶金燒結鋼的市場聲譽有一定的負面影響。特別是應用粉末冶金產品的設計人員，往往對高強度、高密度存有疑慮。因此，市場開發人員應當真正了解溫壓產品的優異性能，以具體的技術數據，及國內外生產的主要產品如鏈輪、齒輪的經驗，作好開發工作。任何一個企業，如果在實際上沒有強力發掘市場需求的能力，在計劃時代還可能生存；那么在面臨加入WTO后嚴酷的競爭形勢面前，只能"坐以待（關）閉"。
　　選擇正確的結合部
　　溫壓技術的產業化即國產化，只有充分結合我國產業的實際情況進行開發，才能可能獲得較大的進展。從國民經濟的全局看，粉末冶金行業是一個小產業，它的發展必須也只能依附于國民經濟支柱產業的發展。轎車產業的發展規劃曾經給粉末冶金的發展規劃帶來某種刺激?，F在看來，真正把降低幾十公斤零件成本而采用粉末冶金產品這件事看得很重的發動機主機廠為數并不多。因此，高密度溫壓粉末零件的一大出路應當著眼于配件市場。只要高密度溫壓冶金零件的質量過硬，擁有了用戶，就一定會促進主機市場的開發，這就是市場的結合部問題。
　　其次是，溫壓技術與粉末冶金廠家本身的結合問題。沒有引進國外先進技術的粉末冶金廠家占多數，資金的投向一定是非"待閉"企業，因而是可持續發展或有可能持續發展的粉末冶金廠，溫壓技術必然會轉化成生產力。
　　市場經濟條件下的"研究-企業集合"體
　　國外溫壓技術從實驗室到產業化大致用了5年左右的時間。與其它先進技術相比，溫壓技術產業化的速度是快的。其中一條成功的經驗是，該技術從一開始就是以"研究-企業集合"的面貌出現的。粉末冶金工藝人員、壓機制造商、化工、化學研究人員，組成一個集合體來突破技術的各個環節。在這方面行業協會或學會應當發揮更大的作用。
　　溫壓技術產業化的根本出路在于，真正理解和掌握溫壓-燒結工藝系統的各個環節，在有可能持續發展的骨干粉末冶金企業的牽頭和帶動下，組成一個各方均可受益的粉末、制件、壓機、化工廠商和研究團體的"研究-企業集合"體，以典型的溫壓系列產品開拓鋼鐵粉末內冶金高密度、高強度零件的新市場。