中國粉體網(wǎng)訊  粉末鍛造是一種將粉末冶金與精密鍛造相結(jié)合的近凈成形工藝，應(yīng)用此技術(shù)制得的材料能夠接近全致密化，以改善粉末冶金材料強(qiáng)度不足的缺點(diǎn)。

與傳統(tǒng)鍛造工藝不同的是，粉末鍛造先利用粉末冶金方法制備具有一定形狀的預(yù)成形坯，再將預(yù)成形坯置于保護(hù)氣氛或真空環(huán)境下加熱至一定溫度，然后快速轉(zhuǎn)移至經(jīng)過預(yù)熱的閉式鍛模中進(jìn)行鍛造。

粉末鍛造既具備粉末冶金切削加工少，材料利用率高的優(yōu)點(diǎn)，又具備鍛件相對(duì)密度高，組織細(xì)小，強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能好的特點(diǎn)。從二十世紀(jì)七十年代，我國陸續(xù)開始在粉末鍛造材料、設(shè)備、產(chǎn)品等領(lǐng)域開展理論與實(shí)踐研究，并在汽車行星齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿方面得到顯著進(jìn)展。

粉末鍛造技術(shù)特點(diǎn)

粉末熱鍛工藝流程

（1）近凈成形，材料利用率高

粉末鍛造結(jié)合了粉末冶金與精密鍛造兩種工藝手段，同時(shí)也保留了兩種工藝手段的技術(shù)特點(diǎn)。粉末冶金是一種近凈成形工藝，壓制后所得的預(yù)成形坯無需進(jìn)行機(jī)加工，材料利用率可達(dá)到100%。精密模鍛限制了材料在鍛造過程中的塑性流動(dòng)，鍛后無飛邊和加工余量產(chǎn)生，鍛件的材料利用率能達(dá)到95%以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)模鍛鋼。

（2）力學(xué)性能好

粉鍛合金宏觀成分均勻，不會(huì)出現(xiàn)鑄造工藝中經(jīng)常出現(xiàn)的成分偏析等問題。在鍛前加熱過程中，材料中有回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象的發(fā)生，晶界面積的增加抑制了晶粒的長大，使得組織均勻細(xì)化。鍛造過程能夠消除材料中的非閉合孔隙，消除孔隙的不利影響，有效地提高了材料的致密度。另外，鍛造過程中鍛壓設(shè)備所產(chǎn)生的外力作用會(huì)使得晶粒破碎，從而達(dá)到細(xì)化晶粒的作用。

（3）尺寸精度高，模具壽命長

由于孔隙的存在，粉末冶金燒結(jié)件在鍛造過程中的變形抗力較小，因此所需的鍛造加熱溫度低于普通鍛鋼。較低的加熱溫度使得材料在鍛造過程中基本無氧化皮的產(chǎn)生，因此鍛件的表面尺寸精度較高。鍛件較高的尺寸精度減少了模具的表面磨損，增加了模具的使用壽命。

4）生產(chǎn)效率高，成本低

粉末鍛件生產(chǎn)簡(jiǎn)單，僅需經(jīng)過壓制成形、燒結(jié)、再加熱與鍛壓等步驟，一些形狀簡(jiǎn)單、精度要求較低的的鍛件甚至無需經(jīng)過整形等后處理，而普通模鍛需要制坯、預(yù)鍛、切邊沖孔、清洗、精壓等多道工序。因此，粉末鍛造有效地提高了零件的生產(chǎn)效率并降低了生產(chǎn)成本。除此之外，材料利用率高、切削加工少、模具使用壽命長，這些特點(diǎn)均能降低粉末鍛造零件的生產(chǎn)成本。

粉末鍛造的工藝影響因素

粉料選取

粉末鍛造對(duì)材料純度要求較高，因此所使用的金屬和非金屬粉末原料的雜質(zhì)與含氧量必須嚴(yán)格限制，又根據(jù)粉體顆粒的純度、流動(dòng)性能、壓制性能及制備成本等綜合考慮，粉鍛工藝中通常采用純度較高，流動(dòng)性能較好，易于壓制的霧化粉末作為原材料。

粉末鍛造中應(yīng)選擇粒度分布范圍較大的鐵粉顆粒，以確保材料具有較好的壓制性能與燒結(jié)性能。材料中所添加的合金元素的顆粒尺寸通常小于鐵粉顆粒尺寸。但為了避免因粉料過細(xì)而造成的顆粒團(tuán)聚等現(xiàn)象，合金元素的顆粒尺寸范圍通常為45~75μm。

粉料混合

將試驗(yàn)或生產(chǎn)中所需的各類金屬或非金屬粉體原料，以及在壓制過程中起潤滑作用的硬脂酸鋅等潤滑劑或其他添加劑，放入混料機(jī)中進(jìn)行機(jī)械混合，以得到滿足工藝性能要求，并且均勻而無偏析的粉料。粉料的混合時(shí)間通常為5~60 min，以防止混料不均對(duì)材料組織和性能產(chǎn)生不利影響，以及混料時(shí)間過長引起的加工硬化。

預(yù)成形密度

當(dāng)預(yù)成形密度較小時(shí)，材料中存在大量孔隙，鍛造過程中所受的變形抗力較小，塑性變形能力強(qiáng)，更易發(fā)生宏觀金屬流動(dòng)。因而只需要很小的鍛造力，就可以使金屬填滿型腔中的間隙。并且，較小的變形抗力使得材料在鍛造過程中對(duì)模具的損傷減小，延長模具使用時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。但當(dāng)預(yù)成形的密度過低時(shí)，原子間的結(jié)合力較低，鍛造過程中鍛件容易發(fā)生變形與開裂，因此預(yù)成形密度不宜選擇過低。

燒結(jié)溫度

若燒結(jié)溫度過低則可能無法達(dá)到合金的再結(jié)晶溫度，粉體顆粒之間不能相互接觸、粘結(jié)以及形成燒結(jié)頸，使合金的強(qiáng)度與密度無法提升。提高合金的燒結(jié)溫度，粉體顆粒的宏觀流動(dòng)與顆粒間的相互擴(kuò)散將會(huì)加速進(jìn)行，合金中的孔隙逐漸閉合，合金的密度與強(qiáng)度逐漸提高。但燒結(jié)溫度過高時(shí)，合金中的晶粒會(huì)發(fā)生異常長大，甚至出現(xiàn)過燒現(xiàn)象，降低合金的性能。因此，粉末鍛造合金的燒結(jié)溫度需要根據(jù)合金的成分，以及所需求的力學(xué)性能等而綜合選擇。

粉末鍛造工藝方法

粉末鍛造根據(jù)工藝的不同可以分為粉末直接鍛造、鍛造燒結(jié)、燒結(jié)鍛造三種。粉末直接鍛造是將粉體顆粒壓制成形后經(jīng)過加熱直接進(jìn)行鍛造。這種方法工藝簡(jiǎn)單，但由于顆粒間未經(jīng)燒結(jié)形成原子間作用力，因而在鍛造過程中容易產(chǎn)生破碎或裂痕。鍛造燒結(jié)是指預(yù)成形坯先經(jīng)過鍛造，再將鍛坯置于燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)。利用鍛造燒結(jié)制得的成品力學(xué)性能較為優(yōu)異，但同樣由于鍛前未經(jīng)燒結(jié)，零件在鍛造過程中容易產(chǎn)生破碎或裂痕。燒結(jié)鍛造是預(yù)成形坯燒結(jié)后經(jīng)過再加熱至一定溫度，在摩擦壓力機(jī)等機(jī)械設(shè)備上進(jìn)行鍛造的工藝。

鍛造溫度

對(duì)于鐵基鍛軋材料，在鍛造之前，需要利用箱式爐于保護(hù)氣氛或利用感應(yīng)加熱爐于空氣中將預(yù)制坯加熱到一定溫度，即始鍛溫度。為了保證鍛造過程中合金具有良好的塑性變形能力，并且在鍛后獲得優(yōu)異的組織性能，因此對(duì)合金的終鍛溫度同樣具有一定的要求。

粉末鍛造技術(shù)的應(yīng)用

粉末鍛造連桿

粉末鍛造連桿是粉末鍛造零件的典型代表，自1986年以來，已有超過5億根粉鍛連桿安裝于各類汽車之上。粉末鍛造連桿強(qiáng)度高，性能好，質(zhì)量輕，汽車市場(chǎng)上應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿主要分為以Fe-(0.3~0.5)C-(0.2~0.4)Ni-(0.2~0.4)Mo-(0.3~0.4)Mn-(0.1~0.25)Mn為代表的鐵-碳-鎳-鉬系粉鍛連桿，以及以Fe-0.55C-2Cu為代表的鐵-碳-銅系連桿。

粉末鍛造齒輪

從上個(gè)世紀(jì)七十年代開始，多家粉末冶金科研院所以及各大高校，如中科院金屬所，中南大學(xué)，北京粉末冶金研究所等相繼開展了對(duì)粉末鍛造齒輪的研究。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，粉末鍛造齒輪的性能得到了質(zhì)的提升，利用粉末鍛造技術(shù)制備齒輪，還可以大幅減少后續(xù)的機(jī)加工工序，顯著降低連桿的生產(chǎn)成本。

參考來源：

[1]孫露：加工工藝對(duì)粉末鍛造低合金鋼顯微組織與力學(xué)性能的影響，南京理工大學(xué)

[2]牛彤：高性能環(huán)形制件粉末鍛造工藝研究，合肥工業(yè)大學(xué)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！