粉末溫壓成形

粉末溫壓成形(powder warm compacting process)

將預(yù)熱的混合粉末(鐵粉、石墨粉、合金元素粉及高溫潤滑劑)在預(yù)熱的封閉鋼模中進行的加壓成形。溫壓成形預(yù)熱溫度一般在100~150℃。由于壓制的溫度介于通常的室溫和熱壓溫度之間，因而被稱之為溫壓。正確的溫壓工藝可以將鐵基零件的生坯密度由室溫壓制(600~800MPa)的6.6~6.8g/cm提高到7.25~7.45g/cm，而工藝成本又低于復(fù)壓、復(fù)燒，滲銅，熱鍛。因此，以ANCORDENSE工藝為代表的溫壓成形技術(shù)被譽為90年代鋼鐵粉末冶金零件生產(chǎn)工藝的一大突破。

簡史80年代中期，美國通用汽車公司已開始系統(tǒng)研究溫壓鐵粉、潤滑劑與聚合物的混合物的技術(shù)。其目的是開發(fā)用整體互相絕緣的鐵及鐵合金顆粒鐵芯替代交疊層流變壓器用硅鋼片鐵芯。后來的研究導(dǎo)致了1991年以后粘結(jié)永磁Nd-Fe-B材料和凈形零件的產(chǎn)業(yè)化。

80年代末期至90年代初期，用于鋼鐵粉末冶金結(jié)構(gòu)零件的溫壓技術(shù)取得了重大進展。美國Hoeganaes公司以部分預(yù)合金化擴散粘結(jié)鐵粉為基體粉末的Ancordense溫壓工藝，和以水霧化鋼鐵粉末為基體粉末的更加廣泛的溫壓工藝相繼在美國取得專利。隨后，溫壓加熱裝置及壓機的改造又取得了產(chǎn)業(yè)化的突破。許多國家建立了溫壓生產(chǎn)線。高密度、高強度、較低成本的鋼鐵粉末冶金結(jié)構(gòu)零件迅速進入了轎車零件的生產(chǎn)市場。

影響因素有效的溫壓工藝取決于正確的零件設(shè)計，適宜的粉末系統(tǒng)，粉末與模具的正確選擇及合理的模具材質(zhì)和公差配合。

零件設(shè)計為了減小由于溫升而導(dǎo)致的粉末與模壁之間的摩擦，必須注意待壓粉末件裝粉高度的影響。反映這一影響的參數(shù)之一為側(cè)壓面積與壓制面積之比，定義為溫壓側(cè)壓系數(shù)(等于4倍的壓坯高度與外徑尺寸之比)。有研究表明，溫壓在所有工藝條件相同的情況下，更適于高徑比H/D≤1的粉末冶金零件。而對于大的高徑比，必須采用附加的或其他的潤滑方式，如采用外潤滑--模壁潤滑。

粉末溫壓工藝對所采用的原料鋼鐵粉末的要求較嚴格。一般應(yīng)使用高壓縮性粉末，氧含量<0.1%，碳含量<0.01%，氮含量<0.0013%，酸不溶物<0.1%，松裝密度:2.90~3.00g/cm。石墨的加入會降低生坯密度，應(yīng)對石墨的灰分含量，粒度和形態(tài)有一定要求。對于含鉬和鎳的預(yù)合金化粉末和部分預(yù)合金化粉末，溫壓工藝是有效的。而對于燒結(jié)硬化用粉，特別是含錳、鉻等合金元素的系列粉，需要改進工藝的某些環(huán)節(jié)。

潤滑劑溫壓用潤滑劑總的特點是能在溫壓溫度起到潤滑作用，并呈現(xiàn)一定的流動性，同時這種流動性不影響填充模具所需要的流動性。一些高熔點的固體潤滑劑如MoS。，硬脂酸鋰和六方BN，曾被試用為溫壓潤滑劑。發(fā)現(xiàn)六方BN含量在0.2%以下時，粉末的綜合性能較好，溫壓的效果較為明顯。有許多種熱塑性聚合物可作為溫壓潤滑劑，但其中一種中等分子量的酰酸基蠟，熔點140~180℃，處于部分熔化狀態(tài)仍可起到潤滑作用。無論干混(粒度<50um)或加入可揮發(fā)有機溶液濕混，粉末的流動性、松裝密度和壓制時的脫模壓力都可保持在較好水平。

模具其陰模材料最好選用硬質(zhì)合金。在溫壓溫度下，硬質(zhì)合金可以有較高的耐磨性、耐熱性和尺寸公差。由于模具在100~180℃間使用，可采用冷鑲法即將陰模的硬質(zhì)合金內(nèi)襯在液氮溫度下冷卻一定時間，令其收縮一定尺寸，而于室溫裝入陰模外套，待硬質(zhì)合金內(nèi)襯溫度回復(fù)到室溫時產(chǎn)生體積膨脹而形成外套對內(nèi)襯的足夠的壓縮應(yīng)力。

加熱方式油加熱與電加熱是粉末與模具加熱的基本方式。溫度的選擇是溫壓重要的工藝參數(shù)。確定溫壓溫度所考慮的幾條原則是:(1)大尺寸的、裝粉高度高的粉末壓坯的溫壓溫度應(yīng)該低于小尺寸壓坯的溫壓溫度。(2)若采用溫壓后部分潤滑劑仍留在壓坯內(nèi)的溫壓方式，粉末的溫度應(yīng)高于溫壓的溫度。(3)要使?jié)櫥瑒┤繚B出壓坯，特別對小的裝粉高度的壓坯，模具溫度應(yīng)高于粉末溫度。(4)可以使溫壓溫度高于潤滑劑玻璃相轉(zhuǎn)變溫度25~85℃，以便使?jié)櫥瑒┏拾肓鲃訝顟B(tài)。

壓機溫壓用壓機可以采用普通壓機，只對模具及送料機構(gòu)進行適當改造。國外已專門發(fā)展溫壓壓機，其自控程度高、產(chǎn)品一致性好。

優(yōu)點由于溫壓工藝可以用較低的壓制壓力獲得較高的壓坯密度和強度，即可以利用現(xiàn)有的壓機生產(chǎn)截面較大的部件。同時，壓坯密度的提高，可以使原來必須燒結(jié)后進行的后加工如鉆盲孔和車削螺紋提前在壓制后進行。這就大大減輕了粉末壓坯后加工的難度，提高了生產(chǎn)效率。溫壓為高強度鐵基零件在汽車、轎車上的應(yīng)用開辟了新的低成本的工藝路線。因而，這項技術(shù)已引起人們的高度重視，正在被不斷地完善和改進。