温压致密化机理及其在温压粉末设计中应用铝压铸

温压致密化机理及其在温压粉末设计中应用

温压致密化机理及其在温压粉末设计中应用 2011年12月09日 来源： 温压技术是Hoeganase公司于1994年开发成功制造高强度铁基粉末冶金零部件的新型刚性模压制技术，受到粉末冶金技术界的广泛关注。该技术既保持了传统模压工艺的高生产率、被加工零部件精度高和尺寸一致性好等基本特点，又以较低的成本提高了零部件的密度（7.20~7.35g/cm3)。由于零部件密度提高，其综合力学性能大幅度改善，应用范围迅速扩大，为充分发挥粉末冶金的技术优势创造了条件。因而，温压被誉为“开创粉末冶金零部件应用新纪元并导致粉末冶金技术革命的新型成形技术”。有关温压技术提高铁基粉末冶金零部件密度的实质，即温压致密化机理至今尚无定论。通常认为，在温压温度（130℃左右）下铁粉颗粒的加工硬化速度和程度下降，铁粉颗粒塑性变形阻力的降低和致密化阻力降低，便于获得高的压坏密度。无疑，铁粉颗粒塑性变形阻力的降低有利于提高粉末压坯密度。然而，温压粉末设计的原料通常不采用高纯度的电解铁粉使原料粉末具有较低的塑性变形阻力，而是采用雾化铁粉。另外，按照这一观点，硬度较高的雾化合金钢粉也不适宜作为设计温压粉末的原料。但是，根据作者的温压粉末设计实践，利用雾化合金钢粉末作为基粉原料，在合适的温压条件下，其密度可达7.32g/cm3[9]。因而，温压时铁粉颗粒塑性变形能力的改善并不是温压过程中唯一的主导致密化机理。实际上，降低粉末颗粒在压制过程中的内摩擦也是行之有效的技术途径。作者主要探讨温压过程的主导致密机理及其主要影响因素，并以此为基础提出了温压粉末设计的基本原则，并设计出温压粉末原料。1温压致密机理曲线上出现一系列“平台”，对应着压机的压力指针出现停留。另外，每一“平台”的后期出现的“凹陷”对应着压力指针发生回摆。这些“平台”意味着在压制压力不增加的情况下，粉末体仍在发生压缩现象。而“平台”后的“凹陷”则对应着粉末体中孔隙结构的坍塌。由于温压温度较低，不可能诱发铁颗粒大范围的屈服和超塑性现象。因此，这些“平台”表征了粉末颗粒间的重排列这一微观过程。降低粉末颗粒间摩擦有利于粉末颗粒间的重排列过程的进行。温压时，聚合物润滑剂更有利于降低铁粉颗粒间的摩擦。重排列过程的结果导致颗粒间的相互填充程度增大，有效地减小了颗粒间的孔隙体积，便于获得高的压坯密度。同时，在较高的压力水平下，“平台”的宽度表示粉末中可供某一粒级范围内的粉末颗粒填充的体积，主要取决于相邻粉末颗粒粒级差的大小和铁粉颗粒的塑性变形能力。铁粉颗粒塑性变形能力的改善为颗粒重排列过程提供协调性变形，有利于颗粒重排列过程的充分进行。对于固定粒度组成的粉末，颗粒形状影响着“平台”所对应的压力，且粉末颗粒偏离球形度越大，压力水平越高。低压力水平下的“平台”表征以粗颗粒为主体的重排列过程。而高压水平下的“平台”则表示以细颗粒为主体的重排列过程。“平台”间的间隔，即相邻“平台”的对应压力差主要取决于铁粉颗粒的表面粗糙度和塑性。表面光滑的铁颗粒，重排列过程的阻力较小，易于发生粉末颗粒的重排列。显微硬度低，塑性变形抗力小，容易为颗粒重排列提供协调性塑性变形，降低颗粒重排列阻力。因此，铁粉颗粒塑性变形能力的改善是温压过程中另一重要的致密化机理。2温压粉末原料的设计原则通过对温压致密化机理的分析，发现铁粉颗粒的重排列过程和塑性变形的充分进行均有利于获得尽可能高的温压密度。为使在温压过程中不发生烧结膨胀现象，设计温压粉末原料时应遵循如下原则。2.1对基粉的要求（1）粉末粒度组成：粒度组成合适的基粉，具有可供颗粒发生重排列的足够空间，有利于获得高的填充密度。（2）粉末颗粒形状：球形粉末颗粒具有最小的颗粒表面积，可降低重排列阻力。（3）塑性变形能力：在温压过程中，具有较好塑性变形能力的铁粉可以提供重排列过程所需的协调性变形，以降低重排列阻力。由于部分预合金化钢粉比纯铁粉具有理镐的压缩性，因此国际上粉末制造公司在设计温压粉末时大多采用部分合金化钢粉作基粉。关于部分预合金化钢粉的塑性改善机理，一般认为是粉末颗粒内应力在部分预合金化过程中得以消除的结果。其实，经过部分预合金化处理后，钢粉发生了轻微烧结现象，仍需进行机械破碎。很显然，还会产生内应力。因此，这一观点没有说服力。作者认为，造成部分预合金化钢粉塑性提高的原因是，部分预合金化钢粉塑性提高的原因是，部分预合金化区域产生了铁晶格畸变，导致系统能量升高，非合金化区域中的间隙原子职N，O，C等被吸引至合金化区域并产生自提纯效应，铁粉颗粒整体塑性得以改善。表1是铁分别与镍、铜经部分预合金化后，非合金化区域中碳、氮、氧含量的变化规律。从表1可以发现，部分预合金化后，铁中的间隙元素含量都出

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