粉末冶金锻造
出处：按学科分类—工业技术 北京工业大学出版社《热加工手册》第592页（3820字）
8．1．3．1 粉末冶金锻造的特点
粉末冶金锻造简称粉锻，是将粉末冶金和精密锻造工艺相结合的新技术．一般粉末冶金件中由于含有一定数量的孔隙，其力学性能比锻件低．但是通过锻造后可以显着减小残留孔隙度，使强度大幅度提高．因此，粉锻具有成形精确、材料利用率高、提高模具寿命、降低成本等特点．
粉锻使用粉末冶金预制坯，和一般致密金属模锻在毛坯上有所不同，具有以下几方面的特点：
(1)粉锻不仅具有塑性变形，而且产生压实．
(2)粉末预制坯变形抗力与其密度有关，锻造开始时变形抗力校随着压实过程的进行，密度增大，变形抗力也随之增大，但一般比模锻校
(3)粉锻可采用最佳预制毛坯形状，一次锻成精确形状．
(4)粉锻精确控制预制毛坯的质量，采用无氧化保护加热，因而锻件尺寸精度及表面粗糙度达到精密模锻的水平，不需切边，节省材料．
(5)粉锻时形成有利的流线或获得各向一致的性能，其强度与锻件相当，塑性与韧性较低．
不同类型的铁粉热锻后的性能见表8-11．
不同类型的合金粉末锻后的性能见表8-12．
表8-11 不同类型的铁粉热锻后的性能
表8-12 不同类型的合金粉末锻造后的性能
8．1．3．2 粉末锻造工艺
1．粉末锻造的工艺流程
粉末锻造分为粉末热锻和粉末冷锻，其基本工艺过程见图8-10．
图8-10 粉末冶金锻造的基本工艺过程
2．粉末制取与选择
①粉末的制取
粉末的制取方法较多，最常用的是还原法、雾化法和电解法．
还原法利用工业废料(如轧钢铁鳞)或矿石来生产粉末，过程如下：
铁鳞→粗筛→清洗→烘干→磁选→粉碎→混合→固体碳→装罐→还原→海绵铁粉→清理→粉碎→过筛→退火→过筛→成品铁粉．
雾化法是用高压气体(或水流)机械雾化从喷嘴中不断流出的金属或合金液流，冷凝后得到粉末．
电解法是在金属化合物的水溶液或熔盐中通以直流电，使金属离子在阳极析出而得到金属粉末的方法．
②粉末的选用
在选用粉末时要注意：
(1)合金成分要均匀，能达到均匀化的目的．
(2)粉末密度要高，流动性、压制性和烧结性好．
(3)要严格控制气体的含量，主要指含氧量．
3．预制坯
①预制坯密度的选择
预制坯密度对锻造压力的影响较大．选择预制坯密度的原则是只要能保证搬运和加工时不掉渣，锻造中不发生开裂，预制坯的密度低些好．通常铁基粉末预制坯密度为5．6～6．5g／cm2．
②预制坯的结构设计
预制坯的几何形状大体分为两类：一类是简单形状，锻造时多为压入成形，在变形中因塑性变形量大，应适当增加预制坯的密度；另一类是近似形状预制坯，锻造时多为镦粗成形，靠复压致密，塑性变形量校因形状复杂，易采用较低密度的预制坯．
③预制坯的制作
根据工艺安排的不同，粉末热锻可以直接将粉末压坯加热后锻造，即粉末锻造；也可以将压坯加热锻造后再经烧结，即锻造烧结；也可以将压坯烧结后进行加热锻造，即烧结锻造．第一种方式最简单，第二种方式的锻造性能较好，但均因锻前未经烧结易于锻裂．因此，一般采用烧结锻造，这样预制坯主要通过压制和烧结完成．
压制时应注意质量的控制，在自动压力机上加工时粉料的装填密度应均匀一致，采用容积控制，手工压制时则采用质量控制．另外应注意润滑．
烧结的目的在于增大预制坯的强度和可锻性，避免锻造时产生裂纹，有时烧结还能降低含氧量．烧结时应注意在保护性还原性气氛中进行，适当控制真空度和烧结时间．为防止自然氧化，烧结后应尽快转入锻造．
4．锻造成形
预制坯在锻造成形时既有形状的变化又有体积的变化，前者称为变形，后者称为致密．
①锻造时塑性变形的特点
粉末冶金烧结体的锻造变形与致密金属坯的锻造变形相比具有下列特点：
(1)质量不变．致密金属坯在塑性变形过程中遵循体积不变条件，而粉末冶金烧结体则遵循质量不变．
(2)小的横向流动和泊桑比的变化．烧结体在锻造时体积不断减小．初期的锻造能量用于减小孔隙，高度方向的变形量大，横向流动较校其塑性泊桑比ν<0．5．随着密度的提高，ν值随着变化，当密度趋于理论密度时，ν值也逐渐趋向于0．5，横向充型能力逐渐与致密材料相当．
(3)屈服极限和拉伸塑性低．预制坯的屈服极限均随预制坯孔隙度的增大而减校密度较低的预制坯在较低的锻造变形力的作用下会产生塑性变形．随着相对密度提高，变形抗力也随之增加．
②锻造时的致密化
锻造时的致密化主要有两种方式：复压致密与塑性变形致密．复压致密是压实致密，密度很难提高，得到同一密度所需变形力很大．镦粗方式和压入方式在变形初期均有较大的塑变致密过程．塑性变形致密效果高于复压致密．
③粉末锻件设计时的注意要素
由于粉末预制坯的抗拉强度和塑性低，锻造时易出现裂纹，在设计时应注意以下几点：
(1)模锻斜度．为易于成形，压入成形时的斜度宜大些，一般取α≥7°
(2)圆角半径．压入法成形时，内圆角半径比相应的钢材锻造时的圆角半径要大些，以利于金属流动，而外圆角半径可参照一般锻造方法选定．
5．粉末锻造模具设计
图8-11为摩擦压力机上粉末锻造锻模结构图．在进行粉末锻造模具设计时，应注意以下几点：
(1)为保证模具有足够的强度和刚度，一般采用双层或三层组合凹模结构，有时为避免应力集中而采用拼块结构．
(2)为保证精度，锻模精度和表面粗糙度应比产品高一级，模具上应有导向装置和限位装置．
(3)为保证无裂纹、无折叠、少无飞边等，一般采用闭式模锻结构．锻造设备大多有顶出装置，便于脱模．在锻造有内孔的锻件时，一般应先实现脱出芯杆，然后快速脱出锻件．
图8-11 摩擦压力机上粉锻汽车行星齿轮锻模
1—底板；2—顶杆；3—螺钉；4—下垫板；5—应力圈；6—凹模；7—压盖；8—导模；9—上模冲头；10—连接杆；11—上模板；12—弹簧；13—拉紧螺杆