溫壓

溫壓是，在120～150℃溫度范圍內(nèi)，將由適量的粘結(jié)劑與潤(rùn)滑劑系統(tǒng)和鐵粉或低合金鋼粉組成的預(yù)混合粉壓制成形的一種壓制工藝。溫壓最初是將預(yù)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(qiáng)度減低，伴隨著潤(rùn)滑軟化，在接近PFD的密度情況下，在陰模內(nèi)產(chǎn)生似等靜壓，從而使生坯達(dá)到了較高密度。值得注意的是，一般添加的潤(rùn)滑劑數(shù)量為0．6%;因此，可得到較高的PDF。溫粉壓制結(jié)果表明，整個(gè)零件的密度較均勻，而且，和粉末冶金壓制相關(guān)的中和區(qū)最小化。這種中和區(qū)減小是一種優(yōu)勢(shì);因?yàn)槊芏鹊木鶆蛐栽龃螅馕吨慵?nèi)部的性能較均一，對(duì)低密度區(qū)和其對(duì)最終零件使用性能的影響較少。

1)溫壓對(duì)生坯與燒結(jié)件的密度和力學(xué)性能的影響:溫壓可使粉末冶金零件的生坯與燒結(jié)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(kuò)散合金化粉預(yù)混合粉的生坯與燒結(jié)件的密度的改進(jìn)結(jié)果。溫壓在較低壓力下，可將生坯密度增高較大;其達(dá)到了在常規(guī)壓制時(shí)，于較高壓力下達(dá)到的密度。在較高的壓制壓力下，陰模型腔中的預(yù)混合粉已接近PFD;因此，進(jìn)一步增高壓力時(shí)，生坯密度將不會(huì)再增高，實(shí)際上可能產(chǎn)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(guī)與溫壓壓制工藝，在410～690MPa的壓制壓力范圍內(nèi)，壓制的擴(kuò)散－粘結(jié)材料的橫向斷裂強(qiáng)度(TRS)的結(jié)果。表3中匯總了由各種預(yù)混合粉組成，溫壓的燒結(jié)件的力學(xué)性能。溫壓適用于所有的鐵與低合金鋼粉的混合粉。燒結(jié)件密度增高的多少取決于材料系統(tǒng)和隨后的零件加工處理。添加銅的預(yù)混合粉在燒結(jié)時(shí)發(fā)生脹大，這對(duì)溫壓工藝無益;因此，認(rèn)為對(duì)于含銅的預(yù)混合粉，不適于采用溫壓壓制。在Donaldson等進(jìn)行的試驗(yàn)研究中［10］，將溫壓的粉末冶金零件，于871℃下進(jìn)行了預(yù)燒結(jié)，隨后在高達(dá)690MPa的壓力下，于室溫下進(jìn)行了二次壓制(整形)。二次壓制后，在1120℃或1260℃下進(jìn)行了燒結(jié)，制得的燒結(jié)件的密度達(dá)到了7.5～7.6g/cm3。當(dāng)與密度為7.4g/cm3的燒結(jié)件相比較時(shí)，這些密度較高的燒結(jié)件，橫向斷裂強(qiáng)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(duì)于溫壓零件，采用二次壓制/二次燒結(jié)(DP/DS)工藝生產(chǎn)，可顯著增高粉末冶金材料的力學(xué)性能。這類零件的綜合力學(xué)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(qiáng)度：溫壓工藝的較次要優(yōu)勢(shì)是，可增高零件壓坯的生坯強(qiáng)度。生坯強(qiáng)度的增高，是由于粉末顆粒變形較大和在溫壓中使用的獨(dú)特粘結(jié)劑與潤(rùn)滑劑發(fā)生的最佳協(xié)同作用。生坯強(qiáng)度值的增高，是在密度顯著低于PFD值水平下實(shí)現(xiàn)的(見圖5)。這些數(shù)據(jù)表明，由于溫壓可增高生坯密度，其在應(yīng)用于密度較低的零件時(shí)，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(qiáng)度，從而使著可對(duì)生坯進(jìn)行切削加工。在汽車變速器的粉末冶金換檔撥叉的大量應(yīng)用中，一直在采用生坯切削加工生產(chǎn)［13］。零件壓制成形后，于生坯狀態(tài)下進(jìn)行銑削加工，這可減小零件的整個(gè)生產(chǎn)成本。用鉬預(yù)合金化鋼粉+2%Ni+0．5%石墨+0．6%潤(rùn)滑劑的預(yù)混合粉溫壓后的生坯，通過鉆削試驗(yàn)，進(jìn)行了切削性研究。這項(xiàng)研究證明:在高速與高進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)鉆頭的幾何形狀從標(biāo)準(zhǔn)的90°橫刃鉆頭改變?yōu)?35°分裂點(diǎn)鉆頭，可改進(jìn)切削表面的粗糙度。在確定生坯切削加工參數(shù)之前，建議先進(jìn)行試驗(yàn)，檢驗(yàn)鉆頭的幾何形狀、切削速度及切削進(jìn)給比的效果。粉末冶金零件的生坯切削加工和燒結(jié)硬化相結(jié)合，可為零件設(shè)計(jì)者在零件設(shè)計(jì)與材料選擇上提供較大的靈活性。

溫模壓制

關(guān)于用一次壓制/一次燒結(jié)(SP/SS)得到較高生坯密度的第二個(gè)較新的方法是，僅只對(duì)模具加熱，而不對(duì)粉末進(jìn)行任何預(yù)熱，將陰模加熱到60～70℃溫度范圍之內(nèi)。和溫壓工藝一樣，為將密度比常規(guī)的預(yù)混合粉壓制增高0.05～0.15g/cm3，這種工藝也綜合有粘結(jié)劑與潤(rùn)滑劑技術(shù)。和溫壓工藝一樣，除了增高生坯與燒結(jié)件密度之外，此生產(chǎn)工藝還可以減少揚(yáng)塵，改進(jìn)流動(dòng)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(zhì)量。圖6示用常規(guī)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(yōu)勢(shì)在于，可增高密度(0.05～0.15g/cm3)、附屬設(shè)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(rùn)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(duì)于溫?zé)岱勰?溫?zé)彡幠５姆椒▉碚f，這種零件高度的限制，似乎不是問題，已經(jīng)成功地生產(chǎn)出了高度高達(dá)63.5mm的零件。這兩種溫壓工藝的生坯密度增高，都是依靠對(duì)粉末進(jìn)行加熱和減小添加于預(yù)混合粉中的潤(rùn)滑劑的數(shù)量。就這一點(diǎn)而言，減小預(yù)混合粉中潤(rùn)滑劑的含量時(shí)，潤(rùn)滑劑必須使著易于脫模;因此，潤(rùn)滑劑都是能滿足壓制方法要求的獨(dú)特配方。

模壁潤(rùn)滑

如上所述，減少添加于預(yù)混合粉中潤(rùn)滑劑的數(shù)量，對(duì)增高粉末冶金零件生坯密度與燒結(jié)件密度都有重大影響。理論上，最需要添加潤(rùn)滑劑的地方，是陰模模壁處。模壁潤(rùn)滑不是一個(gè)新觀念，可靠的模壁潤(rùn)滑系統(tǒng)，一直在被研究與開發(fā)。過去的使用水基或溶劑基系統(tǒng)的研究成果，在裝粉之前都需要一個(gè)干燥過程;靜電系統(tǒng)的開發(fā)消除了干燥過程，并使著可將內(nèi)部潤(rùn)滑劑的總含量減小到0．2%～0.4%。依照?qǐng)D2（略）中的結(jié)果，這使著可將生坯密度增高0.15～0.25g/cm3，同時(shí)生坯與燒結(jié)件的強(qiáng)度也相應(yīng)增高。模壁潤(rùn)滑的其它優(yōu)勢(shì)還有，需要除去的內(nèi)部潤(rùn)滑劑含量較少，從而燒結(jié)過程中的排放物也相應(yīng)地減少。圖7（略）示內(nèi)部潤(rùn)滑劑的減少對(duì)生坯密度的影響;注意，生坯密度不可能＞7.4g/cm3。模壁潤(rùn)滑要在產(chǎn)業(yè)中被接受，實(shí)質(zhì)上其噴涂技術(shù)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(jìn)彎曲疲勞耐久性及增高滾動(dòng)接觸疲勞(RCF)強(qiáng)度。鑒于粉末冶金零件的選擇性致密化，可改進(jìn)RCF耐久性和提高尺寸精度，因而日益受到關(guān)注。早期的試驗(yàn)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(dǎo)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(jìn)行后續(xù)加工。重要的是，認(rèn)識(shí)到了選擇性致密化與高的芯部密度相結(jié)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(shí)，其RCF性能也和鍛鋼等同。這種獨(dú)特綜合性能，為用粉末冶金齒輪替代高負(fù)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(xué)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。