粉末冶金材料

文章出处：网责任编辑：作者：人气：-发表时间：2022-03-02 15:05:00

用粉末冶金工艺制得的多孔、半致密或全致密材料（包括制品）。粉末冶金材料具有传统熔铸工艺所无法获得的独特的化学组成和物理、力学性能，如材料的孔隙度可控，材料组织均匀、无宏观偏析（合金凝固后其截面上不同部位没有因液态合金宏观流动而造成的化学成分不均匀现象），可一次成型等。

[英文]：powder metallurgy material

[解释]：

用粉末冶金工艺制得的多孔、半致密或全致密材料（包括制品）。粉末冶金材料具有传统熔铸工艺所无法获得的独特的化学组成和物理、力学性能，如材料的孔隙度可控，材料组织均匀、无宏观偏析（合金凝固后其截面上不同部位没有因液态合金宏观流动而造成的化学成分不均匀现象），可一次成型等。通常按用途分为7类。 ①粉末冶金减摩材料。又称烧结减摩材料。通过在材料孔隙中浸润滑油或在材料成分中加减摩剂或固体润滑剂制得。材料表面间的摩擦系数小，在有限润滑油条件下，使用寿命长、可靠性高；在干摩擦条件下，依靠自身或表层含有的润滑剂，即具有自润滑效果。广泛用于制造轴承、支承衬套或作端面密封等。

②粉末冶金多孔材料。又称多孔烧结材料。由球状或不规则形状的金属或合金粉末经成型、烧结制成。材料内部孔道纵横交错、互相贯通，一般有30％～60％的体积孔隙度，孔径1～100微米。透过性能和导热、导电性能好，耐高温、低温，抗热震，抗介质腐蚀。用于制造过滤器、多孔电极、灭火装置、防冻装置等。 ③粉末冶金结构材料。又称烧结结构材料。能承受拉伸、压缩、扭曲等载荷，并能在摩擦磨损条件下工作。由于材料内部有残余孔隙存在，其延展性和冲击值比化学成分相同的铸锻件低，从而使其应用范围受限。

④粉末冶金摩擦材料。又称烧结摩擦材料。由基体金属（铜、铁或其他合金）、润滑组元（铅、石墨、二硫化钼等）、摩擦组元（二氧化硅、石棉等）3部分组成。其摩擦系数高，能很快吸收动能，制动、传动速度快、磨损小；强度高，耐高温，导热性好；抗咬合性好，耐腐蚀，受油脂、潮湿影响小。主要用于制造离合器和制动器。

⑤粉末冶金工模具材料。包括硬质合金、粉末冶金高速钢等。后者组织均匀，晶粒细小，没有偏析，比熔铸高速钢韧性和耐磨性好，热处理变形小，使用寿命长。可用于制造切削刀具、模具和零件的坯件。

⑥粉末冶金电磁材料。包括电工材料和磁性材料。电工材料中，用作电能头材料的有金、银、铂等贵金属的粉末冶金材料和以银、铜为基体添加钨、镍、铁、碳化钨、石墨等制成的粉末冶金材料；用作电极的有钨铜、钨镍铜等粉末冶金材料；用作电刷的有金属-石墨粉末冶金材料；用作电热合金和热电偶的有钼、钽、钨等粉末冶金材料。磁性材料分为软磁材料和硬磁材料。软磁材料有磁性粉末、磁粉芯、软磁铁氧体、矩磁铁氧体、压磁铁氧体、微波铁氧体、正铁氧体和粉末硅钢等；硬磁材料有硬磁铁氧体、稀土钴硬磁、磁记录材料、微粉硬磁、磁性塑料等。用于制造各种转换、传递、储存能量和信息的磁性器件。

⑦粉末冶金高温材料。包括粉末冶金高温合金、难熔金属和合金、金属陶瓷、弥散强化和纤维强化材料等。用于制造高温下使用的涡轮盘、喷嘴、叶片及其他耐高温零部件。

粉末冶金弥散强化材料(英文：powder metallurgy dispersion-strenthened material)

金属或合金基体相与高度弥散的、基本上不溶于基体的金属或非金属相所组成的粉末冶金材料。其主要特征是高温强度高和抗蠕变性能好。强化机理与沉淀强化类似。但沉淀强化合金在高于沉淀相生成温度加热时，沉淀相会发生粗化和重溶，因此使用温度受到限制。而弥散强化合金，弥散相可以稳定到基体固相线温度。弥散质点的存在改变了合金的屈服强度、加工硬化、蠕变和断裂行为。高温强度，特别是蠕变速率受弥散相几何参数(即基体中质点间的间距、质点的直径、形状(长宽比))的影响。其机制既受位错绕过第二相的影响，也受晶界滑移的影响，还没有一个被普遍接受的蠕变模型。弥散相选择的一般原则是：生成自由能高，熔点高，与基体不互溶，相界能低(即界面结合良好)等。弥散相通常是氧化物，也可以是稳定的金属间化合物，甚至是纯金属。

典型的弥散强化材料有：(1)烧结铝粉(SAP)。用表面氧化法制造。SAP有很高的高温强度和抗蠕变性能，使用温度达500℃，远优于一般铝合金。它主要用于：反应堆中的核燃料包套，飞机机翼和机身，压气机叶轮，高温活塞等。

(2)弥散强化铜。弥散质点一般为Al2O3，常用内氧化法制造。经弥散强化后，铜的强度、硬度得到很大的提高，导电性降低不多。它常用作电阻焊的电极，白炽灯灯丝引线，电子管零件和电子工业中的其他材料。

弥散强化材料的主要制造方法是粉末冶金法，其代表性方法分类如图。

(3)弥散强化高温合金。最早的弥散强化镍基合金是ThO2(2％)强化镍(TD-Ni)。一般用共沉淀法制得。用湿法制得的还有用Th02强化的Ni-Mo、Ni-Co、Ni-Cr-Al等合金。机械合金化法出现之后，又发展了一系列镍基、铁基和钴基合金。已经使用的有10多种。弥散相一般为ThO2和Y203。表中列出了几个典型的合金。MA754的性质优于ThO2-Ni-Cr，已成功地用作喷气发动机叶片。MA956E是以Fe-Cr-Al为基的材料，有优越的抗氧化性和抗腐蚀性。MA6000E合金，1000h的断裂应力在800OC以上远优于TD-Ni和IN792。1100℃时，TD-Ni和IN792的1000h断裂应力只有20～30MPa，而MA6000E还有160MPa。因此MA6000E是一种好的叶片材料。

(4)其他。例如：弥散强化铅(DS-Pb)，是惟一类似于SAP的例子，弥散相为PbO，主要用于声音衰减、化工器具、放射屏蔽和电池；含铝、锆的镁合金(铝和锆均溶于镁，但溶解后析出A1Zr4弥散相)；金属间化合物FeAl3、FeNiAl9强化的Al-Fe合金等。

http://china.toocle.com 2008年03月07日12:23

03月07日讯粉末冶金是一项很有发展的新技术、新工艺，已广泛应用在农机、汽车、机床、冶金、化工、轻工、地质勘探、交通运输等各方面。粉末冶金材料有工具材料及机械零件和结构材料。工具材料大致有粉末高速钢、硬质合金、超硬材料、陶瓷工具材料及复合材料等。机械零件和结构材料有粉末减摩材料，包括多孔减摩材料和致密减摩材料；粉末冶金铁基零件及粉末冶金非铁金属零件等。

1.硬质合金

硬质合金由硬质基体（质量分数为70%～97% ）和粘结金属两部分组成。硬质基体是难熔金属的碳化物，如碳化钨及碳化钛等；粘结金属为铁族金属及合金，以钴为主。

（1）硬质合金的种类和牌号

硬质合金为一种优良的工具材料，主要用作切削刀具、金属成形工具、矿山工具、表面耐磨材料及高刚性结构部件。类型有含钨硬质合金，钢结硬质合金，涂层硬质合金，细晶粒硬质合金等。钢结硬质合金是一种新型的工模具材料，性能介于高速工具钢和硬质合金之间，是以一种或几种碳化物（如WC、TiC）为硬化相，以碳钢或合金钢（如高速工具钢、铬钼钢等）粉末为粘结剂，经配料、压制、烧结而制成的粉末冶金材料。退火处理后，可进行切削加工；淬火、回火处理后，有相当于硬质合金的高硬度和耐磨性，一定的耐热、耐蚀和抗氧化性。适于制造麻花钻、铣刀等形状复杂的刀具、模具和耐磨件。

含钨硬质合金按其成分和性能特点分为钨钴类（WC-Co系）、钨钛钴类（WC-TiC-Co系）、钨钛钽（铌）类【WC-TiC-TaC(NbC)-Co系、WC –TaC(NbC)-Co系】。

钨钴类硬质合金的主要化学成分是碳化钨（WC）及钴。牌号为―YG+数字‖（YG为―硬钴‖汉语拼音字首），数字表示钴平均质量分数。如YG6表示钴平均质量分数为6%，余量为碳化钨的钨钴类硬质合金。该类合金的抗弯强度高，能承受较大的冲击，磨削加工性较好，但热硬性较低（800～900℃），耐磨性较差，主要用于加工铸铁和非铁金属的刃具。钨钛钴类硬质合金的主要化学成分是碳化钨、碳化钛（TiC）及钴。牌号为―YT+数字‖（YT为―硬钛‖汉语拼音字首），数字表示碳化钛平均质量分数。如YT15表示TiC为15%，其余为WC和Co的硬质合金。该类硬质合金的热硬性高（900～1100℃），耐磨性好，但抗弯强度较低，不能承受较大的冲击，磨削加工性较差，主要用于加工钢材。

钨钛钽（铌）类硬质合金又称为通用硬质合金或万能硬质合金。它是由碳化钨、碳化钛、碳化钽（TaC）或碳化铌（NbC）和钴组成。牌号为―YW+顺序号‖（YW表示―硬万‖汉语拼音字首），如YW1表示万能硬质合金。该类硬质合金是在上述硬质合金中添加TaC或NbC，它的热硬性高（>1000℃），其它性能介于钨钴类与钨钛钴类之间，它既能加工钢材，又能加工非铁金属。

（2）硬质合金的性能及应用

1) 性能

硬质合金的硬度高，室温下达到86～93HRA，耐磨性好，切削速度比高速工具钢高4～7倍，刀具寿命高5～80倍，可切削50HRC左右的硬质材料；抗弯强度高，达6000MPa，但抗弯强度较低，约为高速工具钢的1/3～1/2，韧性差，约为淬火钢的30%～50%；耐蚀性和抗氧化性良好；线膨胀系数小，但导热性差。

2) 应用

硬质合金主要用于制造高速切削或加工高硬度材料的切削刀具，如车刀、铣刀等；也用作模具材料（如冷拉模、冷冲模、冷挤模等）及量具和耐磨材料。根据GB2075—87规定，切削加工用硬质合金按切削排出形式和加工对象范围不同，分为P、M、K三个类别，同时又依据加工材质和加工条件不同，按用途进行分组，在类别后面加一组数字组成代号。如P01、P10、P20……，每一类别中，数字越大，韧性越好，耐磨性越低。

2.粉末高速钢

高速钢的合金元素含量高，采用熔铸工艺时会产生严重的偏析使力学性能降低。金属的损耗也大，高达钢锭重量的30%～50%。粉末高速钢可减少或消除偏析，获得均匀分布的细小碳化物，具有较大的抗弯强度和冲击强度；韧性提高50%，磨削性也大大提高；热处理时畸变量约为熔炼高速钢的十分之一，工具寿命提高1～2倍。

采用粉末冶金方法还可进一步提高合金元素的含量以生产某些特殊成分的钢。如成份为9W-6Mo-7Cr-8V-8Co-2.6C的A32高速钢，切削性能是熔炼高速钢的1～4倍。

常用高速钢牌号为W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2，含有0.7%～0.9%C，及>10%的钨、铬、钼、钒等合金元素。其中碳保证高速钢具有高硬度和高耐磨性，钨和钼提高钢的热硬性，铬提高钢的淬透性，而钒则提高钢的耐磨性。

3.铁和铁合金的粉末冶金

在粉末冶金生产中，铁粉的用量比其金属粉末大得多。铁粉的60%～70%用于制造粉末冶金零件。主要类型有铁基材料、铁镍合金、铁铜合金及铁合金和钢。粉末冶金铁基结构零件具有精度较高，表面粗糙值小，不需或只需少量切削加工，节省材料，生产率高，制品多孔，可浸润滑油，减摩、减振、消声等特点。广泛用于制造机械零件，如机床上的调整垫圈、调整环、端盖、滑块、底座、偏心轮，汽车中的油泵齿轮、活塞环，拖拉机上的传动齿轮、活塞环，以及接头、隔套、油泵转子、挡套、滚子等。

粉末冶金铁基结构材料的牌号用―粉‖、―铁‖、―构‖三字的汉语拼音字首―FTG‖，加化合碳含量的万分数、主加合金元素的符号及其含量的百分数、辅加合金元素的符号及其含量的百分数和抗拉强度组成。如FTG60-20，表示化合碳量0.4%～0.7%,抗拉强度200MPa的粉末冶金铁基结构材料；FTG60Cu3Mo-40，表示化合碳量0.4%～0.7%，合金元素含量Cu2%～4%、Mo0.5%～1.0%，抗拉强度400MPa的粉末冶金铁基结构材料；FTG60Cu3Mo-40（55R），表示该烧结铜钼钢热处理后的抗拉强度为550MPa。

4.摩擦材料和减摩材料

粉末冶金摩擦材料是一种复合材料,它由高摩擦系数组元、高耐磨组元和高机械强度的组元所组成，用作离合器和制动器材料；粉末冶金减摩材料能够控制材料的孔隙，而这些孔隙中可以浸渗油，也能以固体润滑剂分布在金属里的复合材料的形式来制造，其中自润滑轴承在粉末冶金制品中占有重要的地位。摩擦材料和减摩材料是粉末冶金的特殊制品。

粉末冶金摩擦材料根据基体金属不同分为铁基材料和铜基材料，其辅助组元为润滑组元和摩擦组元。润滑组元有石墨和铅，占摩擦材料的5%～25%，改善材料的抗粘、抗卡性，

提高耐磨性；摩擦组元有SiO2、SiC、Al2O3等，提高材料的摩擦系数，改善耐磨性，防止焊合。据工作条件不同，分为干式和湿式材料，湿式材料宜在油中工作。其牌号由―粉摩‖两字的汉语拼音字首―FM‖，加基体金属骨架组元序号（铜基为1，铁基为2）、顺序号和工作条件汉语拼音字首―S‖或―G‖组成。如FM101S，表示顺序号为01的铜基、湿式粉末冶金摩擦材料；FG203G，表示顺序号为03的铁基、干式粉末冶金摩擦材料。

粉末冶金减摩材料分为铁基材料和铜基材料，具有多孔性，主要用来制造滑动轴承。这种轴承材料压制成轴承后，放在润滑油中因毛细现象可吸附润滑油（一般含油率12%～30%），故称含油轴承。轴承在工作时，由于发热膨胀使孔隙变小；轴旋转时带动轴承间隙中的空气层，降低了摩擦表面的静压力，在粉末空隙内外形成压力差，使润滑油被抽到工作表面。停止工作时，润滑油又渗入孔隙中，故含油轴承可自动润滑。

粉末冶金减摩材料的牌号由粉末冶金滑动轴承的―粉‖、―轴‖两字汉语拼音字首―FZ‖，加上基体主加组元序号（铁基为1，铜基为2）、辅加组元序号和含油密度组成。如FZ1360，表示辅加组元为碳、铜，含油密度为5.7～6.2g/cm3的铁基粉末滑动轴承用减摩材料。

5.粉末冶金非铁金属机械零件

烧结金属非铁金属材料应用较多的是铜及其合金，另外还有铝烧结制品、烧结钛及钛合金。

⑴ 烧结铜及铜合金

烧结纯铜应用较少，只用于要求高导电性和无磁性零件。常用的烧结铜基合金有青铜（铜-锡）和黄铜（铜-锌），还有铜-镍-锌、铜-镍、铜-铝等合金系。铜基材料具有耐腐蚀的特点，有一定的强度和韧性，较容易进行加工，采用一般的压制烧结工艺即可生产。

烧结铜基合金多用于制造含油轴承、摩擦材料、电器接点材料及发汗材料的渗透金属，作为高密度机械零件常用于制作小型齿轮、凸轮、垫圈、螺母等，也可用粉末轧制的方法生产带材。

⑵ 铝烧结制品

铝基材料与铁基、铜基材料的性能相近，但质量轻，节约能源。铝烧结制品与其压铸件相比尺寸精度高、组织均匀，粉末锻造铝基材料的抗拉强度和屈服强度均高于普通铝锻件。铝烧结材料可用做精密机械零件、多孔含油轴承材料和过滤材料，在交通运输、仪器仪表、家庭用具、宇宙飞行等方面均有应用。

烧结铝制件几乎可以用所有的粉末冶金工艺生产。成形工艺有模压、等静压、轧制、挤压等。烧结在低露点（-40℃）的惰性或还原性气氛中进行，也可在真空中进行烧结。通过复压、冷锻或热锻进一步提高烧结件的密度和强度。为获得美观的表面可进行机械抛光、化学处理和电化处理。

⑶ 烧结钛及钛合金

钛的密度小、强度高、耐蚀性好、使用温度范围广（540℃～-253℃）。钛基航空结构材料多用热锻、热等静压、热压、热挤压、粉末热轧等热成形工艺，以增加制品的密度，改善制品的性能。典型的钛基合金为Ti-6Al-4V，用于制做飞机机架配件

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提高粉末冶金制品压坯密度的新技术

2007-4-19 来源：中国矿冶设备网

粉末冶金是一种能够制备复杂形状的近净型产品的生产技术，其制备的零件性能与其密度有很大的关系。对铁基粉末冶金零件而言，密度达到7．2g／cm 后，其硬度、抗拉强度、疲劳强度、韧性等都会随密度的增加而呈几何级数增大。例如，密度对烧结钢性能的影响见图1 。而传统一次压制次烧结生产的铁基粉末冶金制品，其密度一般在7．1 g／cm （相对密度约90％）以下，因此其力学性能远低于同类材料的全致密件。为了扩大粉末冶金制品的应用范围，提高粉末冶金材料的性能尤其是力学性能，各国经过多年的研究，开发出了多种不同的生产工艺，如高温烧结、渗铜技术、复压复烧、粉末锻造、热等静压、喷射沉积、温压工艺、快速压制等。这些新技术的出现，对粉末冶金材料和制品的发展起了突破性的促进作用，明显扩大了粉末冶金技术的应用范围，推动了粉末冶金工业的快速发展。 1 温压技术

温压技术是美国Hoeganaes公司在加拿大多伦多举行的pMaTEC94（1994International ConferenceOn Powder Metallurgy ａnd Particulate Materials）国际粉末冶金和颗粒材料会议上首次公布的。它被公布之后，很快被用于实际生产中，现已被认为是进入20世纪90年代以来粉末冶金零件生产技术方面最为重要的一项技术进步。而国际粉末冶金学界称誉温压技术为“开创铁基粉末冶金零部件应用新纪元”和“导致粉末冶金技术革命”的新型成形技术。

1．1 传统温压

所谓温压（Warm Compaction，WC）就是指采用特殊的粉末加温、粉末输送和模具加热系统，将加有特殊润滑剂的预合金粉末和模具加热至130～150℃ ，同时为保证良好的粉末流动性和粉末充填行为，将温度波动控制在±2．5℃ 以内，然后按传统粉末压制工艺进行压制的一项新型粉末冶金生产技术。目前世界上已推出的受专利保护的温压工艺有瑞典Hoeganaes AB公司的DensmixTM、美国Hoeganaes公司的Ancordense 和加拿大Quebec Metal Powder（QMP）的Flowment WP等。与传统的粉末冶金压制工艺相比，温压工艺具有以下一些技术特点：．

（1）能以较低的成本制造出高性能的铁基粉末冶金零部件。由于与普通的模压相比较，粉末及模具仅加热到150℃ 左右，故可在普通粉末压机上添加加热系统就可改造为温压机，所需投入并不大。而且采用温压工艺生产的生坯强度高，又可直接进行附加的机加工，而压制压力和脱模压力均能较低，故模具寿命高，可显著降低成本，是一种不复杂但效益高的新技术。据资料分析，温压工艺虽比常规一次压制烧结工艺的相对成本提高了20％，但比浸铜工艺、复压复烧工艺、粉末锻造工艺，分别降低了20 ％、30 ％和80 ％。

（2）零件压坯密度高。通过采用温压技术，通常能使铁基粉末冶金零件的压坯密度达到7、25～7．60 g／cm3 ，与传统一次压制烧结工艺相比提高了0．15～ 0．3 g／cm3 。

（3）产品具有高强度。与传统模压工艺相比，用温压制造的零件的疲劳强度可提高10％～40％，极限抗拉强度提高10 ％，烧结态极限抗拉强度≥1 200 MPa。特别是零件

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经温压、烧结后进行适度的复压，其疲劳性能与粉末热锻件相当。

（4）能够制造形状复杂以及要求精度高的零件。采用温压技术，能使压坯的脱模压力降低30％以上，而压坯强度提高125％．～200％，并且弹性后效小（0．1％～0．16％），烧结收缩率也只有0．025％～ 0．08 ％左右。这一切均为制造形状复杂以及尺寸精度要求高的零件创造了良好的条件。

（5）压坯密度分布均匀。采用温压工艺制备的齿轮类零件，其齿部与根部问的密度差比常规压制工艺低0．1～0．2 g／cm 。

1．2 流动温压

在传统温压的基础上，德国的Fraunhofer应用材料研究所开发出来了流动温压（Warm Flow Compaction，WFC）。Fraunhofer研究所是从1996年4月开始对温压技术进行基础性研究的，其中包括对温压压制过程的计算机模拟和温压件烧结机制的研究。流动温压是以温压工艺为基础并结合金属注射成形（Metal Iniection Molding，MIM ）工艺的优点而发展起来的。它是指在一定温度下，将一定量的粗粉（粒度为100um 左右）和微细粉[粒度为0．5～20 um，一般占l0％～20％（质量分数）]以及热塑性润滑剂相混合配制出性能均一并且具有良好流动性的混合粉末，然后和传统温压工艺一样在80～ 130℃ 下进行压制，最后烧结而制成成品的粉末冶金新技术。它的关键技术是提高混合粉末的流动性，为此，Fraunhofer研究人员选用了两种方法，其一是在粉末中加入微细粉末，使之填充到大颗粒之间的间隙中，从而提高混合粉末的松装密度；其二是加入比传统粉末冶金工艺更多但比粉末注射成形少得多的粘结剂和润滑剂，使混合粉末在压制中转变为一种填充性很好的黏流体，混合粉末良好的流变行为使得粉末在压制过程中可以流向各个角落而不产生裂纹。由于加入了适量的微细粉末和加大了润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动性、填充能力和成形性，因此流动温压具有可成形形状复杂的零件、性能均一、高密度、低成本等特点。利用该工艺可成形形状非常复杂的零件，如垂直于压制方向上的凹槽、孔以及螺纹孔等。Fraunhofer研究人员还发现，流动温压工艺几乎适用于所有的粉末体系，但最适合于成形低合金钢、Ti以及WC—Co等硬质合金粉末。

1．3 高压温压

在美国奥兰多举行的PMC TEC2002国际会议上，日本丰田汽车中心研发室的研究人员MikioKondoh披露了利用温压、模壁润滑（Die Wall Lubrication，DWL）和高压制压力，制得近乎全致密的铁基粉末压坯u 。他们发现，采用水中弥散分布的无污染硬脂酸锂（粒度为10um）作为润滑剂，这种润u滑剂用于加热的模具上，能在压坯表面迅速形成1um厚均匀的化学吸附润滑膜层，通过机械化学反应，可在高压下压制。他们比较了两种粉末的高压温压压制，ASC100．29铁粉在1 176 MPa、150℃ 条件下温压，可得到7．74 g／cm 3的压坯密度（同样压力下，室温压制时压坯密度只有7．3 g／cm ），弹性后效<0．1％（而室温时为0．35％）。并且脱模压力随压力的增大而降低（1 176 MPa压力下时脱模压力只有10 MPa左右），这与室温压制时相反，见．图2. 用压缩性更好的ABC100．30铁粉于模壁润滑、1 960 MPa、150℃ 时温压，其压坯密度甚至高达7．85 g／cm3（相对密度达到99．9％），压坯强度也达到180 MPa左右。而同样压力下室温压制密度只有7．3 g／cm3 左右，这说明压制压力对温压的效果有很大影响。压制压力越大，温压效果越好。 2 高速压制技术

同样在PM TEC2002会议上，瑞典Hoeganaes AB公司的Paul Skoglund等提出了高速压制（High Velocity Compaction，HVC）的粉末冶金制造新方法。他们用液压冲击机在压制压力为600～1 000 MPa、压制速度为2～30 m／s（比传统压制快500～1000倍）的条件下

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进行压制，得到了压坯密度为7．4 g／cm3以及重量将近5 kg的粉末冶金铁基零件，这样重量的粉末冶金制品将大大扩大粉末冶金的应用范围。其原理为，液压驱动的重锤可以产生强烈的冲击波，在很短的时间内（0．02 S左右）将压制能量通过压模传给粉末进行致密化，重锤的质量和冲击时的速度决定压制能量与致密化程度；另外，高速压制可以产生多重冲击波，每间隔0．3 s的一个个附加冲击波将密度不断提高，重锤的质量与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度。与传统压制相比，高速压制的密度可提高0．3 g／cm3左右，因而抗拉强度和屈服强度能相应地提高20％～25％。高速压制压坯的径向弹性后效很小，故脱模压力较小，并且压坯密度均匀，其偏差小于0．01 g／cm3。高速压制工序与传统压制一样，模具设计也相似，模具使用寿命可达10万次以上。用高速压制工艺可以生产阀座、气门导管、主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套以及轴承座等产品。Paul Skoglund等还预测了用与HVC相关的工艺方法能够制造出铁基零件的可能最大密度及其费用，见表1。从表1可以看出，与其它粉末冶金制造方法相比，高速压制特别是高速复压具有明显的技术和经济优势，并且该技术可使粉末冶金制品的应用范围进一步扩大。

3 粉末冶金技术的应用及预测

近些年来，我国粉末冶金零件行业在不断地提高产品质量和开发新产品、新材料、新工艺。例如，宁波东睦新材料股份公司用粉末冶金方法生产出了其他方法无法生产的摩托车用变档凸轮从动齿轮，其密度可达7．4～7．9 g／cm3。扬州保来得工业公司用温压工艺生产出了冲击钻用的冲击棘轮，其烧结态的密度为7．2 g／cm ，冲击功≥ 15 J，拉伸强度≥480 MPa，与传统工艺相比，其生产成本可降低50％。而国际上利用温压等新工艺制造出了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出了复杂的摩擦传动用同步齿环，并在美国新奥尔兰举行的PM TEC国际会议上获奖。该零件的齿部密度≥7．3g／cm3 ，环体密度≥7．1 g／cm3，压坯强度≥28 MPa，抗拉强度≥850 MPa。该齿环由于使用了温压技术和采用了粉末冶金零件，使得综合成本降低了38％。日本日立粉末金属公司采用温压工艺生产的粉末冶金小节锥半角斜伞齿轮，成功地取代了过去以机加工锻钢坯的昂贵生产工艺，并获得了日本粉末冶金协会颁发的1999年度新设计奖。Stackpole Ltd公司用粉末冶金技术生产的行星齿轮托架组件获得了MPIF 2001年度大奖和EPMA 创新奖。法国Federal Mogul公司为汽车工业制造了使用性能与锻造以及粉末锻造相近但成本较低的温压连杆，获得了2000年度的EPMA（欧洲粉末冶金协会）创新大奖，该公司计划2002年生产350～600 g重的各种连杆1 500万件。日本日产汽车公司用粉末冶金温压工艺开发出了汽车发动机链轮以及用温压一高温烧结工艺开发出了直喷汽油（DIG）汽车发动机无声链条系统用链轮，并都确定了批量生产的技术因素。

粉末冶金行业的发展与汽车制造业密切相关，据统计铁基粉末制品市场份额的约70％在汽车制造业。在北美，典型家用轿车上粉末冶金制品的用量2002年已达17．7 kg／辆（1997年仅为7 kg／辆），预计到2003年将达到18．4 kg／辆，见表2。而一些大型运输车上使用的粉末冶金零件甚至超过了22．6 kg／N 。据对我国粉末冶金零件市场的预测，在2000年生产规模的基础上，到2005年，摩托车、汽车行业将分别有40％、70％的增幅，达到1 300万、300万辆左右。而且，在近年来新上市的汽车中，粉末冶金零件的种类和重量也在逐渐增多。例如，前几年才投放市场的上海通用汽车有限公司生产的别克（Buick）轿车，每辆使用粉末冶金零件达35种，12．5 kg，用量是普通桑塔纳轿车的4倍（每辆用粉末冶金零件仅15种3 kg）。因此，随着我国汽车行业的快速发展，必将为我国的粉末冶金行业提供一个广阔的发展市场。

4 结束语

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在市场化的今天，粉末冶金新材料的一个重要开发方向是使粉末经过一次压制／烧结制造出高密度的烧结材料。除改善产品性能、增加新产品外，粉末冶金技术的另一个发展方向是降低生产成本。像温压、流动温压、高压温压、高速压制等新的粉末冶金生产技术，能以较低的加工成本制造高性能铁基P／M 零件，这为进一步扩大粉末冶金零件的应用范围提供了新的技术途径。