前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的獲得高使用性能一次壓制一次燒結工藝，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
溫壓
溫壓是，在120～150℃溫度范圍內，將由適量的粘結劑與潤滑劑系統和鐵粉或低合金鋼粉組成的預混合粉壓制成形的一種壓制工藝。溫壓最初是將預混合粉與壓制的模具都加熱到上述的溫度范圍;在這些溫度下，由于鐵的壓縮屈服強度減低，伴隨著潤滑軟化，在接近PFD的密度情況下，在陰模內產生似等靜壓，從而使生坯達到了較高密度。值得注意的是，一般添加的潤滑劑數量為0．6%;因此，可得到較高的PDF。溫粉壓制結果表明，整個零件的密度較均勻，而且，和粉末冶金壓制相關的中和區最小化。這種中和區減小是一種優勢;因為密度的均勻性增大，意味著零件內部的性能較均一，對低密度區和其對最終零件使用性能的影響較少。
1)溫壓對生坯與燒結件的密度和力學性能的影響:溫壓可使粉末冶金零件的生坯與燒結件的密度分別增高0.10g/cm3、0.25g/cm3。圖3示添加0.6%石墨的FD-0405擴散合金化粉預混合粉的生坯與燒結件的密度的改進結果。溫壓在較低壓力下，可將生坯密度增高較大;其達到了在常規壓制時，于較高壓力下達到的密度。在較高的壓制壓力下，陰模型腔中的預混合粉已接近PFD;因此，進一步增高壓力時，生坯密度將不會再增高，實際上可能產生過壓，并使粉末冶金零件形成微小分層。圖4（略）匯總了用常規與溫壓壓制工藝，在410～690MPa的壓制壓力范圍內，壓制的擴散－粘結材料的橫向斷裂強度(TRS)的結果。表3中匯總了由各種預混合粉組成，溫壓的燒結件的力學性能。溫壓適用于所有的鐵與低合金鋼粉的混合粉。燒結件密度增高的多少取決于材料系統和隨后的零件加工處理。添加銅的預混合粉在燒結時發生脹大，這對溫壓工藝無益;因此，認為對于含銅的預混合粉，不適于采用溫壓壓制。在Donaldson等進行的試驗研究中［10］，將溫壓的粉末冶金零件，于871℃下進行了預燒結，隨后在高達690MPa的壓力下，于室溫下進行了二次壓制(整形)。二次壓制后，在1120℃或1260℃下進行了燒結，制得的燒結件的密度達到了7.5～7.6g/cm3。當與密度為7.4g/cm3的燒結件相比較時，這些密度較高的燒結件，橫向斷裂強度增高了約15%;更重要的是，沖擊能量增高了50%～80%。這些研究證明，對于溫壓零件，采用二次壓制/二次燒結(DP/DS)工藝生產，可顯著增高粉末冶金材料的力學性能。這類零件的綜合力學性能等同于韌性鑄鐵和切削加工的碳鋼鍛件的性能。
2)增高生坯強度：溫壓工藝的較次要優勢是，可增高零件壓坯的生坯強度。生坯強度的增高，是由于粉末顆粒變形較大和在溫壓中使用的獨特粘結劑與潤滑劑發生的最佳協同作用。生坯強度值的增高，是在密度顯著低于PFD值水平下實現的(見圖5)。這些數據表明，由于溫壓可增高生坯密度，其在應用于密度較低的零件時，可減小零件的損壞或零件易碎特征部分的碎裂。由于溫壓可增高生坯強度，從而使著可對生坯進行切削加工。在汽車變速器的粉末冶金換檔撥叉的大量應用中，一直在采用生坯切削加工生產［13］。零件壓制成形后，于生坯狀態下進行銑削加工，這可減小零件的整個生產成本。用鉬預合金化鋼粉+2%Ni+0．5%石墨+0．6%潤滑劑的預混合粉溫壓后的生坯，通過鉆削試驗，進行了切削性研究。這項研究證明:在高速與高進給比的切削條件下，可得到令人滿意的生坯表面粗糙度;另外，將標準鉆頭的幾何形狀從標準的90°橫刃鉆頭改變為135°分裂點鉆頭，可改進切削表面的粗糙度。在確定生坯切削加工參數之前，建議先進行試驗，檢驗鉆頭的幾何形狀、切削速度及切削進給比的效果。粉末冶金零件的生坯切削加工和燒結硬化相結合，可為零件設計者在零件設計與材料選擇上提供較大的靈活性。
溫模壓制
關于用一次壓制/一次燒結(SP/SS)得到較高生坯密度的第二個較新的方法是，僅只對模具加熱，而不對粉末進行任何預熱，將陰模加熱到60～70℃溫度范圍之內。和溫壓工藝一樣，為將密度比常規的預混合粉壓制增高0.05～0.15g/cm3，這種工藝也綜合有粘結劑與潤滑劑技術。和溫壓工藝一樣，除了增高生坯與燒結件密度之外，此生產工藝還可以減少揚塵，改進流動性及增大陰模的充填量。這些因素都可以增高粉末冶金零件的一致性和質量。圖6示用常規壓制、溫壓及溫模壓制可得到的生坯密度的比較。溫模壓制的優勢在于，可增高密度(0.05～0.15g/cm3)、附屬設備較少及可減小粉末的損耗。不足之處有:由于傳遞到粉末中的熱量有限和潤滑劑的總含量較低，零件的高度最高不大于25mm［16］;要增高密度，壓制壓力需要＞550MPa。對于溫熱粉末/溫熱陰模的方法來說，這種零件高度的限制，似乎不是問題，已經成功地生產出了高度高達63.5mm的零件。這兩種溫壓工藝的生坯密度增高，都是依靠對粉末進行加熱和減小添加于預混合粉中的潤滑劑的數量。就這一點而言，減小預混合粉中潤滑劑的含量時，潤滑劑必須使著易于脫模;因此，潤滑劑都是能滿足壓制方法要求的獨特配方。
模壁潤滑
如上所述，減少添加于預混合粉中潤滑劑的數量，對增高粉末冶金零件生坯密度與燒結件密度都有重大影響。理論上，最需要添加潤滑劑的地方，是陰模模壁處。模壁潤滑不是一個新觀念，可靠的模壁潤滑系統，一直在被研究與開發。過去的使用水基或溶劑基系統的研究成果，在裝粉之前都需要一個干燥過程;靜電系統的開發消除了干燥過程，并使著可將內部潤滑劑的總含量減小到0．2%～0.4%。依照圖2（略）中的結果，這使著可將生坯密度增高0.15～0.25g/cm3，同時生坯與燒結件的強度也相應增高。模壁潤滑的其它優勢還有，需要除去的內部潤滑劑含量較少，從而燒結過程中的排放物也相應地減少。圖7（略）示內部潤滑劑的減少對生坯密度的影響;注意，生坯密度不可能＞7.4g/cm3。模壁潤滑要在產業中被接受，實質上其噴涂技術必須可靠和能夠用傾倒法裝粉。
選擇性表面致密化
增高粉末冶金零件芯部密度的好處在于:可增高齒輪的拉伸性能，改進彎曲疲勞耐久性及增高滾動接觸疲勞(RCF)強度。鑒于粉末冶金零件的選擇性致密化，可改進RCF耐久性和提高尺寸精度，因而日益受到關注。早期的試驗工作表明了這種工藝是如何適用于大量的粉末冶金零件的;這種工藝還能成形齒輪的導程與輪廓的拱起部位，為最終用戶提供的齒輪成品不需要進行后續加工。重要的是，認識到了選擇性致密化與高的芯部密度相結合，制造出的粉末冶金零件的拉伸與彎曲疲勞性能和鍛鋼零件的性能相同。采用選擇性致密化時，其RCF性能也和鍛鋼等同。這種獨特綜合性能，為用粉末冶金齒輪替代高負載汽車變速器齒輪提供了可能。表4(略)示采用高密度工藝加工的FLN2-4405的力學性能與淬火/回火處理的AISI8620鍛鋼性能的比較。AISI8620鋼表明，其疲勞與沖擊性能兩者都有明顯的方向性。#p#分頁標題#e#
所有試驗都是用切削加工的圓形試棒進行的。拉伸試驗的結果表明:疲勞強度與沖擊韌性值的變化都是縱向大與橫向小;淬火/回火的疲勞試樣的縱向比橫向的值約高35%;有凹口沖擊試樣的縱向比橫向的值大約50%;而無凹口試樣的縱向與橫向的值相差很小，只有1．5%。鑒于許多齒輪(例如，直齒輪)的負載都垂直于主工作方向，因此，材料的方向性很重要。螺旋齒輪是在兩個方向負載，其取決于齒輪的螺旋角，例如，20%螺旋齒輪的負載大部分是在橫向。在文獻數據庫中，往往引用的是縱向的力學性能，而很少列出橫向性能。粉末冶金零件材料是各向同性的，鑒于中和區的密度減小，因此，在零件的中和軸線上的性能略微減小。采用先進的粉末冶金零件生產工藝時，可將中和區的密度減低顯著減小。根據表4，粉末冶金零件的屈服強度與抗拉強度和鍛鋼相似;但伸長率與沖擊值和鍛鋼相比，則明顯減小。實質上，通過正確地選擇合金與生產工藝條件，可得到同樣的RCF性能。整篇論述主要集中于獲得較高的生坯與燒結件密度的方法上，認為較高的燒結件密度，意味著較高的力學性能。近期，合金化的發展表明，在可比較的密度下，合金化也可以改進粉末冶金材料的力學性能。King等的研究表明:添加鉻、硅、鉬及鎳可顯著影響粉末冶金鋼的力學性能;特別是，在同樣密度下，鉻與硅可顯著增高粉末冶金鋼的強度與沖擊能量。對于這些先進的合金系統，可利用上述的得到較高密度的技術，并可相應地增高零件的使用性能。另外，用燒結硬化合金工藝可生產具有馬氏體顯微組織的粉末冶金零件，而且，其尺寸精度是用常規鍛鋼油淬火無法達到的。
因此，粉末冶金可提供所需的力學性能、尺寸精度及可行的生產成本。對于進一步增高密度，可能性是存在的。將模壁潤滑與SP/SS加熱粉末工藝相結合，可使密度達到接近7．5g/cm3;開發新潤滑劑，其在較低含量的條件下，可有效地增高PFD;將DP/DS用于密度＞7.6g/cm3的粉末冶金零件時，可使粉末冶金零件的性能增高到與粉末鍛造零件相同。
結束語
現在能夠生產無孔隙密度(PFD)為原始粉末預混合粉的98%的粉末冶金零件及芯部密度接近98%PFD的零件。這些高使用性能材料都與采用溫壓、溫陰模壓制、模壁潤滑或選擇性致密化的一次壓制/一次燒結(SP/SS)生產工藝相關。
本文作者：Francis J． Hanejko