粉末冶金溫壓技術(shù)的發(fā)展

　　自1994年鋼鐵粉末冶金溫壓工藝在國(guó)際上取得突破以來(lái)，國(guó)內(nèi)除寧波東睦，揚(yáng)州保來(lái)得粉末冶金有限公司少數(shù)廠家引進(jìn)溫壓生產(chǎn)線以為，大多數(shù)企業(yè)處于觀望狀態(tài)。有限的幾個(gè)大專院校，科研院所對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了消化，吸收和試圖國(guó)產(chǎn)化的研究。國(guó)家863計(jì)劃、95攻關(guān)等項(xiàng)目也對(duì)此有不同強(qiáng)度的支持。 

　　可以確定的是，新技術(shù)通過(guò)一次壓制，一次燒結(jié)的較低成本工藝使零件密度提高0.15～0.25g/cm3。問(wèn)題是這個(gè)密度的提高究竟給我們提示了什么？溫壓技術(shù)對(duì)粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)零件的發(fā)展前景？經(jīng)過(guò)6年的實(shí)踐，國(guó)際上有什么新進(jìn)展，我們到底對(duì)溫壓技術(shù)有一個(gè)怎樣的基本認(rèn)識(shí)，溫壓技術(shù)的控制因素--溫壓技術(shù)的“瓶頸”問(wèn)題什么，產(chǎn)業(yè)化的困難及具有操作性的對(duì)策，這些都需要 認(rèn)真思考。 

　　6年來(lái)的總體工作表明，溫壓技術(shù)的實(shí)施和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化取決于兩個(gè)系統(tǒng)工程的成功實(shí)施；即開(kāi)拓市場(chǎng)需求的系統(tǒng)工程和技術(shù)系統(tǒng)工程的合理操作。系統(tǒng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)相互制約，需要通盤(pán)考慮。如果某一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都不會(huì)得到好的高密度溫壓產(chǎn)品，更不要說(shuō)溫壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化了。 

　　1 開(kāi)拓市場(chǎng)需求的系統(tǒng)工程與標(biāo)志性產(chǎn)品 

　　溫壓技術(shù)產(chǎn)業(yè)化所需要的第一個(gè)系統(tǒng)工程是需求的系統(tǒng)工程即：“企業(yè)需求--市場(chǎng)需求的推動(dòng)--市場(chǎng)需求--再到企業(yè)需求”。

　　企業(yè)對(duì)發(fā)展的迫切需求是溫壓技術(shù)誕生的原動(dòng)力。從溫壓技術(shù)發(fā)展史看，在粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)零件生產(chǎn)技術(shù)方面，第一個(gè)取得專利的企業(yè)是美國(guó)Hoeganaes公司。該公司為瑞典在美國(guó)的分公司，高質(zhì)量的還原鐵粉是早期的主打產(chǎn)品。溫壓技術(shù)能從該公司誕生，而不是從高水平的壓件公司誕生，其關(guān)鍵原因是該公司長(zhǎng)期以來(lái)不斷追求發(fā)展，不斷研究提高粉末質(zhì)量的途徑，在部分預(yù)合金鐵粉、無(wú)偏析（包復(fù)）混合粉開(kāi)發(fā)成功以后，就為溫壓技術(shù)的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。 

　　實(shí)際上，單就在100～300℃溫度下壓制混合粉末的這一個(gè)技術(shù)操作而言，早在80年代中期，美國(guó)通用汽車公司就已開(kāi)始了系統(tǒng)的研究。施壓的對(duì)象是鐵粉、潤(rùn)滑劑與聚合物的混合物。其作法是將有機(jī)潤(rùn)滑劑，聚合物均勻的包復(fù)在鐵粉顆粒表面，壓制或注射成形后不燒結(jié)，壓坯由相互絕緣的鐵粉組成以便用鐵合金顆粒鐵芯替代交疊層變壓器用硅鋼片鐵芯。后來(lái)的研究導(dǎo)致了1991年以后粘結(jié)永磁Nd-Fe-B材料的凈形零件的產(chǎn)業(yè)化。 

　　由文獻(xiàn)上看，當(dāng)時(shí)美國(guó)通用汽車公司提供的數(shù)據(jù)已包含了少量包復(fù)的有機(jī)潤(rùn)滑劑可以提高壓坯的整體密度的內(nèi)容。但那時(shí)沒(méi)有誰(shuí)往鐵基結(jié)構(gòu)件上聯(lián)想，即便考慮到了，也沒(méi)有大批量合適的生產(chǎn)原料。 

　　80年代末至90年代初，美國(guó)Hoeganaes公司開(kāi)發(fā)的部分預(yù)合金鐵粉，無(wú)偏析（包復(fù)）混合物不僅滿足了高質(zhì)量中密度鐵基結(jié)構(gòu)件的需要，而且也為溫壓技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)與成功提供了條件?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有企業(yè)對(duì)發(fā)展（包括技術(shù)與產(chǎn)品）實(shí)質(zhì)上的需求，就沒(méi)有溫壓技術(shù)的誕生。 

　　新技術(shù)問(wèn)世后，市場(chǎng)需求的推動(dòng)是極為重要的。其目的是讓溫壓鐵基結(jié)構(gòu)件逐步擴(kuò)大它的市場(chǎng)占有份額。為此，溫壓技術(shù)必須解決這樣幾個(gè)問(wèn)題：①溫壓與室溫壓制相比壓坯密度提高0.15～0.25g/cm3，如果高密度在燒結(jié)后能保持下來(lái)，則對(duì)鐵基結(jié)構(gòu)零件性能的影響。②是否有室溫一次壓制工藝不能制造的，新而多的標(biāo)志性產(chǎn)品。③溫壓工藝的適用性和局限性有多大。 

　　僅就疲勞性能來(lái)說(shuō)明密度的提高對(duì)性能的影響。高性能粉末冶金鐵基零件的標(biāo)志之一是它的疲勞性能要高。比如，全致密合金鋼（0.6C1.5Cu0.5Mo1.75Ni余Fe）的疲勞強(qiáng)度為460MPa（2*108次循環(huán)），而密度為6.9g/cm3的材料強(qiáng)度僅為130MPa（2*108次循環(huán)）。如果材料的密度提高到7.19g/cm3（0.5C1.5Cu0.55Mo2.0Ni余Fe）疲勞強(qiáng)度則可提高到368MPa。密度提高到7.28g/cm3，需加入合金元素Cu，Mo，Ni，或用0.4C和Fe，疲勞強(qiáng)度可以達(dá)到449MPa（1*107次循環(huán)），接近致密鋼材的疲勞強(qiáng)度。使性能大幅度的提高這是粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)零件的開(kāi)發(fā)者和生產(chǎn)者夢(mèng)寐以求的。 

　　溫壓技術(shù)正在制造出室溫一次壓制工藝不可能制造出來(lái)的，新的越來(lái)越多的標(biāo)志性產(chǎn)品。 

　　例如，德國(guó)Sinterstahl GmbH公司用溫壓技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的摩擦傳動(dòng)用同步齒環(huán)，在美國(guó)新奧爾蘭舉行的PM2TEC 2001國(guó)際會(huì)議上獲獎(jiǎng)。該零件的齒部密度超過(guò)7.3g/cm3，環(huán)體密度超過(guò)7.1g/cm3，生坯強(qiáng)度達(dá)到28MPa。采用了擴(kuò)散合金化的燒結(jié)硬壓粉末，最低抗拉強(qiáng)度為850MPa。由于使用了溫壓技術(shù)和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38%。 

　　美國(guó)Chicago Powdered Metal公司從1995年已開(kāi)始用溫壓技術(shù)生產(chǎn)電力機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)齒鼓零件。該零件重達(dá)1.1kg，密度7.3g/cm3，是Ford Motor Co公司采用的第一個(gè)溫壓零件。Chicago Powdered Metal公司認(rèn)為，溫壓技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化將為粉末金屬的應(yīng)用開(kāi)拓了一個(gè)新