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温压技术正在制造出室温一次压制工艺不可能制造出来的,新的越来越多的标志性产品。
例如,德国Sinterstahl GmbH公司用温压技术生产复杂的摩擦传动用同步齿环,在美国新奥尔兰举行的PM2TEC 2001国际会议上获奖。该零件的齿部密度超过7.3g/cm3,环体密度超过7.1g/cm3,生坯强度达到28MPa。采用了扩散合金化的烧结硬压粉末,最低抗拉强度为850MPa。由于使用了温压技术和采用粉末冶金零件,使得综合成本降低了38%。
美国Chicago Powdered Metal公司从1995年已开始用温压技术生产电力机车发动机齿鼓零件。该零件重达1.1kg,密度7.3g/cm3,是Ford Motor Co公司采用的第一个温压零件。Chicago Powdered Metal公司认为,温压技术的产业化将为粉末金属的应用开拓了一个新时代。
瑞典Hogannas AB公司温压Ni-Cu-Mo钢粉,为重载车辆(如公共汽车和大卡车)制造变速箱用零件,零件的密度为7.25~7.35g/cm3。详细地研究了密度,组织,热处理特点。跑车试验证明,温压烧结钢的零件不仅能够满足重载车辆的使用要求,而且会使零件的成本降低。
在我国,也不断出现温压新产品。195年北京科技大学与武汉钢铁(集团)粉末冶金公司合作通过国家95攻关,于1997年成功的利用全部国产设备,国产原料,自行设计的温压模具一次压制软磁产品,重量为950g,磁轭的生坯密度达到7.37g/cm3、烧结密度7.41g/cm3。磁性能Hc=84.4A/m,Umax=5 850,Bmax=1.50T,代替了原复压复烧工艺。
华南理工大学于2001年研制成功两种有代表性的温压新产品,高性能斜齿轮和薄壁气门导筒。
斜齿轮参数为:法向模数mn=5.5,齿数z=10,an=25o,螺旋角β=8.1o,齿宽B=32mm。采用了有模壁润滑的温压技术。无模壁润滑的温压技术的零件密度为7.2g/cm3,而有模壁润滑的温压技术的零件密度达到7.28g/cm3。
壁厚为2mm的薄壁气门导筒的材质是高含量陶瓷颗粒增强的铁基粉末冶金复合材料。采用 两次装粉,即导筒的筒身和筒底是两种不同的粉末,依次装粉。温压技术的采用,不仅保证零件有高于98%相对密度,而且减少了层次开裂等压制缺陷。
2 技术系统工程
目前,温压技术已从只涉及压制的温压发展到同时考虑压制、烧结及后处理的温压。压制过程从粉末内润滑,发展到同时使用有效的模壁润滑。最佳温压温度的确定,从试验探索到定量的预测分析。温压的对象也从铁和钢粉发展到不锈钢粉、复合材料粉等。符合中国国情的温压压机改造成功并已定型制造。以下就这几方面的进展作一简要介绍。
2.1 只涉及压制的ANCORDENSE温压系统
美国Hoeganaes公司宣称的低成本,高密度的ANCORDENSE温压工艺一开始就被强调为只涉及压制的一个系统。其基本思路是:用特定的钢铁粉末,用特定的润滑剂,用特定的混合技术,用特定的温压工装和特定的温压温度才能压制出特定的高于7.30g/cm3(压制压力为690MPa)的铁基零件。每一个特定是该系统的一个环节,缺一不可。购买这样一套系统的模具和操作工艺,1996年的价格是4~5万美元。附加条件是必须使用售货方的粉末,并承诺不得将模具结构和工艺扩散给第三方。
2.2 改进的“设计—温压—烧结—后处理”全过程工艺系统
温压只是铁基粉末冶金零件生产过程中的一道工序。它的成功并不一定代表最终零件生产的成功。必须把温压放在零件生产的全过程中加以考虑。经过5年的实践,北京科技大学逐渐形成了一个以“设计—温压—烧结—后处理”逐道工序构成,前后统筹考虑的“温压—烧结”分析和实施系统。
2.2.1 设计环节
从零件的几何尺寸考虑,是否所有的铁基粉末冶金零件都可以用温压工艺来提高其生坯密度?从零件的化学成分考虑,是否通常Fe-Cu-C,Fe-P-C,Fe-Ni-Mo-Cu-C的化学成分构成都适用于温压?
通过建立温压生坯密度预测方程和引入温压侧压系数,建立了零件的几何尺寸,特别是高径比的不同,对温压效果的影响。唯象理论的分析表明,大的高径比的零件并不适用于温压工艺。在相同的温压制度下,大的高径比零件的生坯密度低于小的高径比(如圆盘零件)0.2g/cm3Z左右,温压失去有效性。 |