温压

温压，温压工艺就是采用特制的粉末加温、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等加热至130℃~150℃，并将温度波动控制在±2.5℃以内，然后和传统粉末冶金工艺一样进行压制、烧结而制得粉末冶金零件的技术。被誉为进入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。

简介

温压是用一次压制-一次烧结工艺，制造材料密度不低于7.39/cm3的高强度粉末冶金结构零件的一项经济可行的新技术。例如，美国芝加哥粉末金属制品公司用温压工艺为福特汽车公司生产了重1.1kg的自动变速器中的变扭器毂。经过广泛的耐久试验证明，这种粉末冶金零件的使用性能优于用切削加工和热处理由锻钢制造的零件，同时还大大减低了零件的生产成本。

温压工艺

温压工艺是近年来出现的一种制造密度大于7.29/cm3的铁基粉末冶金制品的新工艺。如图《温压工艺流程》所示。其本质上仍属于传统粉末冶金工艺的范畴，可使用传统的粉末冶金成形设备和大多数普通粉末一材料系统，只是需要将原料粉末和模具加热到130～150℃。为保证良好的粉末流动性与粉末充填性，必须严格控制整个系统的温度，粉末与模具二者的温度偏差均应控制在±2.5℃以内。

制造工艺的选择在很大程度上和零件形状密切相关。对于适于在刚性模具中压制成形和从其中脱出的零件，当然选择传统粉末冶金工艺最合适。当普通粉末冶金工艺可满足零件的设计要求时，就不需要采用其他粉末冶金工艺。若零件的形状很复杂，用普通粉末冶金工艺难以成形，且产量大，特别是小型零件，一般趋向于选择金属注射成形工艺，现在用这种工艺制造的零件质量已接近100g。对于要求材料性能高的精密零件，往往选用粉末锻造工艺。

温压成形

目前，机械工业特别是汽车工业所进行的开发，主要是使部件小型化。达到这一目标的一个措施便是采用较高强度的材料。对于常规材料来说这意味着增加合金元素，但对粉末冶金则意味着提高密度。为提高密度，过去十几年来已开发出好几种工艺方法，例如制造高压缩性粉末，高温烧结，活化烧结，粉末锻造，高压成形，冲击成形，热等静压等。目前最具吸引力的要数各种温压工艺了。温压成形已用于生产高性能软磁材料、高密度复杂形状的烧结钢零件，特别是链轮、传动齿轮、发动机齿轮等高强度汽车零件。

不同于热压和加压烧结，温压成形是将混合粉末和模具加热到一定温度（通常是200℃以下）进行压制，所得压坯仍进行常规烧结。采用温压成形不仅使生坯密度提高，而且其烧结坯的密度也提高；温压成形所用的压制压力和脱模压力均比常规的粉末冶金成形低，从而提高了模具寿命，降低了成本；温压成形可降低压坯的弹性后效，从而可减少压坯的分层、裂纹等缺陷，提高了压坯的质量和成品率。

温压工艺的核心技术与温压技术的致密化机理

温压工艺的核心技术包括粉末原料与粉末加热系统。粉末加热系统相对较为容易实现。而温压粉末原料的设计与生产则为温压工艺中最关键的核心技术，是温压工艺获得高密度铁基粉末压坯的技术基础。温压粉末原料的制造技术主要包括基粉制造技术和新型聚合物润滑剂的设计。

国际上大型金属粉末公司如瑞典赫格纳斯公司、美国赫格纳斯公司和加拿大魁北克金属粉末公司制造的商用温压粉末，一般都采用压缩性能优异的部分预合金化铁粉作基粉，这是温压粉末原料的基石。制备压缩性能优异的部分预合金化粉末的关键在于部分预合金化工艺及合金化程度的控制。研究发现，除铁粉本身的特性如铁粉颗粒形貌、粒度及其合理搭配与

纯度以外，铁粉颗粒与合金元素颗粒之间的适度合金化有助于铁粉塑性的改善，即由于未合金化区域中的间隙元素的原子（O、C、N）在扩散处理过程中发生了向合金化区域的定向迁移，导致铁颗粒的纯化和软化，粉末压缩性提高。

由于温压通常在130℃左右进行，传统的硬脂酸锌已处于液态，不能作为温压粉末的润滑剂，而必须设计新的润滑剂体系。严格地讲，温压用润滑剂应具备两大功能，即润滑功能与为确保润滑效果最大化的黏结作用。后者能确保润滑剂膜均匀地包覆在铁基合金粉末颗粒表面上，使润滑剂的减摩作用能最大程度地发挥。选择具体润滑剂组元时应考虑其耐压能力，即在高压力下应保持润滑膜的连续性。据资料报道，聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚亚胺、聚醚、聚砜、纤维素酯、热塑性酚醛树脂、聚乙二醇、聚乙烯醇、阿克蜡等及其上述物质的组合物可作为温压粉末中的润滑剂。温压用润滑剂的选择应考虑以下技术要求：①熔点应高于温压温度；②低的摩擦因数，即优异的润滑效果；③润滑作用具有明显的温度效应，即随着温度的升高，摩擦因数下降；④较宽的分解温度范围，避免导致烧结体膨胀与开裂；⑤洁净环保。

温压的致密化机理与普通压制工艺基本相同，两者之间的差异在于，温压时粉末颗粒重排与塑性变形进行得更加充分。因此，温压工艺能获得更高的压坯密度。一方面，在温压温度下，铁颗粒的加工硬化速度和加工硬化程度降低，铁粉颗粒的塑性变形能力得到改善，即降低了塑性变形阻力。另一方面，润滑剂对温压致密化的贡献主要通过两个途径实现。首先，优异的润滑作用能有效地降低颗粒之间的内摩擦使颗粒重排易于进行，便于获得紧密堆积结构；其次，润滑剂能大幅度降低粉末颗粒与模壁之间的摩擦，减小了施加的外压损失。温压过程中颗粒之间的内摩擦与模壁摩擦的降低相对地提高了作用在粉末体上的有效压制压力，有利于压坯密度的提高。

特点

温压工艺作为粉末冶金工业的一项重大工艺进展，具体来说，它具有以下几个特点：

（1）生产成本低：有关资料表明，以制取相似密度的零件为例，假定一次压制、烧结的普通粉末冶金工艺的成本为1，则粉末锻造工艺的成本为2.0，复压复烧工艺的成本为1.5，渗铜工艺的成本为1.4，而温压工艺的成本为1.25，仅略高于传统工艺。

（2）压坯密度高：相同压制压力下，温压工艺压制的生坯密度比传统方法高0.13~0.25g/cm3，可达7.4g/cm3，烧结密度高达7.6g/cm3 。

（3）压坯强度高：与传统模压工艺相比，采用温压工艺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≥1200MPa。表面光洁度好。

（4）压制压力低和脱模力低：于获得相同密度的零件，温压工艺的压制压力至少降低140MPa，脱模力低40MPa，这都有利于提高模具寿命和制取形状复杂、面积大的产品。

（5）压坯密度分布均匀且烧结性能好：温压工艺制取的齿轮类零件，密度均匀程度优于传统方法制取的零件。经过烧结后，烧结收缩率小，屈服强度和冲击韧性均高于传统工艺。

温压成形技术的典型应用

温压成形技术的出现大大地扩大了粉末冶金零件的应用范围。目前，温压成形已成功应用于各种形状复杂的高密度、高强度粉末冶金零件的工业化大批量生产，新的标志性的产品越来越多。下面主要介绍温压工艺的一些典型应用。

汽车传动转矩变换器涡轮毂

随着汽车工业的发展，高性能发动机的出现对传动转矩变换器涡轮毂的性能提出了更高的要求。用传统粉末冶金工艺生产的涡轮毂由于密度较低而使其性能满足不了要求。因此，原来用粉末冶金工艺生产的涡轮毂后来改用锻造生产。而温压成形技术的出现使得用粉末冶金方法通过一次压制、一次烧结生产高密度、高性能、复杂形状的零件成为可能。现在采用扩散合金化的Fe-4Ni-1.5Cu-0.5Mo材料，通过温压可使材料的密度达7.259/cm3以上，使性能得到快速提高而重新夺回了原来失去的市场，并荣获1997年MPIF（Metal Powder Industries Federation）年度零件设计比赛大奖。温压涡轮毂的拉伸强度为807MPa，硬度为HRC17，在扭矩为1210N·m时可承受100万次以上循环。其制造工艺与原来的锻钢工艺相比，省略了机加工、热处理等5道工序，降低成本30%以上，设备投资减少50%以上。美国福特公司已将该涡轮毂用于6.8L柴油发动机上，如E40D四速车、F-150卡车、Econoline货车和大型公共交通车上的发动机。

温压连杆

汽车发动机连杆的工况条件非常恶劣，对材料的疲劳强度提出了很高的要求，于是粉末锻造连杆于1967年应运而生。随后，日本的丰田公司、美国的通用汽车公司、Ford公司、德国的Porshe公司、BMW公司、意大利的Fiat公司和英国的GKN公司等均在汽车发动机中应用了粉末锻造连杆。

为了提高粉末压制连杆的可靠性，法国Federl Mogul公司于1999年开始了利用温压工艺制造发动机连杆的研究。其温压一烧结连杆获得了2000年EPMA（欧洲粉末冶金协会）的粉末冶金创新头等奖。这种连杆的使用性能和锻轧钢或粉末锻造连杆相同，但制造成本比粉末锻造连杆降低了50%，连杆重量减轻了6.5%。其所用粉末为加拿大Quebec金属粉末公司的4401型低合金钢粉，温压压力为1000MPa，密度达到7.4g/cm3，烧结温度为1130℃。在烧结状态下抗拉强度为1050N/mm2，屈服强度为560N/mm2，抗压屈服点为750N/mm2，对称循环拉压疲劳强度为320MPa（r=1），其波动仅为10 MPa。

温压-烧结连杆的问世，不但将逐渐取代粉末锻造连杆，还将大大扩大粉末冶金零件的应用领域。法国Federal Mogul公司已计划从2002年起生产1500万根温压连杆，连杆重量为350~600g，以适应欧洲汽车制造厂商生产的各种发动机的需要。

齿轮类零件

用温压工艺生产的粉末冶金零件具有低成本、高密度、性能均一和精度高等优点，因而在齿轮类的高性能零件上具有广泛的应用前景，如汽车传动齿轮、油泵齿轮、凸轮、链轮、转向涡轮、发动机齿轮、电动工具齿轮等。美国的Hoeganaes公司与Cincinnati公司以及其余几家制造厂联合，已采用温压工艺生产出从100g到超过1000g大小不等的、由简单的一个台阶的正齿轮到多台阶的内、外齿轮与斜齿轮等各种齿轮，烧结密度可高达7.459/cm3。

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