粉末鍛造技術及其展望

摘 要：粉末鍛造技術是將之前的冶金技術和模塊鍛造技術相結合而發(fā)展開來的新興鍛造工藝。具有低成本，高質量，高產能，資源節(jié)約等優(yōu)點。因此，本文試圖在分析粉末鍛造工藝形成的流程基礎上，闡述該項技術在我國工業(yè)領域的應用，從而展望粉末鍛造技術的發(fā)展遠景。

關鍵詞：粉末鍛造；工藝流程；發(fā)展遠景

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

0 引言

粉末鍛造技術起源于上世紀60年代的美國，剛開始因為技術的不成熟和產品的需求不足，該項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，對粉末鍛造零件的需求量大增，現(xiàn)在已經成為相對成熟的金屬加工工藝，并大規(guī)模的應用于除汽車外的其他制造業(yè)領域。我國于70年代開始在粉末鍛造原材料、塑造原理、工藝設備和產品制造等方面開展了相關的討論和研究，并取得初步的成果。但在技術的成熟和應用方面我國還與美國、西歐、日本等國家和地區(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不同產品的要求調配粉末并壓制為預成形坯，然后燒結和加熱鍛造，最后進行后續(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。但在粉末鍛造中應用鐵粉原料要嚴格控制 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改善其性能。合金鋼粉主要應用的是霧化粉，雖然合金鋼粉也會加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合金粉。此外，如果有其他非金屬的參雜會對粉末鍛造材料的影響很大。根據相關研究表示： 粉末鍛件的疲勞壽命主要取決于夾雜之間的自由路程，所以應采用純凈度高的鋼粉，霧化粉因為非金屬夾雜少、合金元素含量易于控制，受到廣泛應用[1]。

1.2 壓制預成形坯

在壓制預成形坯之前，一個重要的步驟就是對預成形坯的設計，這是關系到粉末鍛造能否成功。在設計中應考慮到材料金屬的流動和作用力的分布。一般來說粉末鍛造的預成形坯對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格。因為后邊的鍛造程序是保障最后零件的樣式尺寸。但在壓制預成型坯中，對其重量要求還是很嚴格的。預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密度在75%～80%即可。這樣在鍛造時不容易發(fā)生張裂，可以保證可塑性強、容易壓制，方便搬移等優(yōu)點。

1.3 燒結

預成形坯的燒結和普通粉末冶金燒結相差無幾，都必須在保護氣氛（氮氣、煤氣、氫氣等）中進行，燒結時還要加熱的均勻，溫度的掌握要視加熱的材料而定，這樣才能提升燒結的質量。等燒結為合金化時，將燒結的成品轉移到沒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成形坯的質量和產量，但因為鍛造的速度較快，所以在組織加工上并不能滿足與鍛造的無縫連接?，F(xiàn)在多采用的是加熱、冷卻、再加熱的方式。我國在高溫加熱爐和燒結爐方面還與發(fā)達國家表現(xiàn)出了不小的差距。

1.4 鍛造

燒結之后就要開始鍛造，這將決定產品的模樣尺寸等，所以粉末鍛造技術的一個關鍵程序。在鍛造過程中應該注意以下幾點：第一，要進行鍛模預熱，這樣可以減小預成形坯與鍛模的溫差，更容易滿足塑性的要求。第二，預成形坯經過加熱后應該立即放入鍛模進行加工成型。時間要控制在5秒內。第三，在鍛造過程中不僅要注意潤滑問題還應注意鍛模的溫度，如果超過300℃需要冷卻處理。第四，粉末鍛件出來后，應進行防氧化處理，可在保護氣氛中冷卻，或者用水冷，油冷等方式。

1.5 后續(xù)處理

鍛件出來之后，有的需要進行后續(xù)處理，包括機械加工等，其處理方式跟普通鋼材鍛件沒什么兩樣。但因為粉末鍛件的精密度較高，所以有時最后一步會在制造中省去。

2 應用與展望

近些年來，隨著我國汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，給粉末鍛造技術的應用提供了廣闊的市場，，在汽車工業(yè)領域內，使用粉末鍛造技術鍛造出來的零件持續(xù)攀升。據韓鳳麟教授的研究，粉末鍛造技術在汽車工業(yè)應用零件有：發(fā)動機中的連桿，自動變速器中的轉換器離合器的內、外環(huán)，超越離合器的外環(huán)，鎖定轉換器的載、內環(huán)及單向內凸輪；載重車自動變速器中的內齒環(huán)，單向離合器的 內、外環(huán)；卡車齒輪箱的同步環(huán)；輕型車四輪驅動分動箱的齒環(huán)毛坯等[2]。除了汽車領域，農用機械產業(yè)的發(fā)展也把粉末鍛造技術的實施和應用推向了一個新的臺階。所以現(xiàn)在是該項技術發(fā)展的良好時機。

隨著粉末鍛造技術的越發(fā)成熟，粉末原料價格的大幅度下降，它已經成為一種新型的鍛造技術。在工業(yè)領域的用途越來越廣泛，尤其在零部件的制造方面，“其發(fā)展已經趨向于在零件的最初設計狀態(tài)就越來越多地選用粉末鍛造工藝?！盵3]總體來講，我國在該項領域的研究和拓展也取得了良好的效果。目前，粉末鍛造技術的發(fā)展目標是要拓展新型金屬粉末原料，研發(fā)性能強，精度高的粉末鍛件，并且逐步趕上發(fā)達國家的鍛造生產技術。

參考文獻：

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

[2]韓鳳麟.汽車份末冶金結構零件[J].粉末冶金技術，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.