芻議粉末冶金生產(chǎn)工藝的發(fā)展現(xiàn)狀

摘 要：粉末冶金工藝是一種優(yōu)質(zhì)的金屬成形工藝，創(chuàng)造出多數(shù)擁有特殊用途和性能的新型鋼材料，這項(xiàng)工藝有著極大的發(fā)展空間。不過傳統(tǒng)的粉末冶金工藝所制造生產(chǎn)出來的材料通常都包含一些孔隙在其中，明顯的影響了材料的使用性能，而且所能夠制造出來的零件的制式復(fù)雜性也受到一定的限制，該文針對(duì)粉末冶金生產(chǎn)工藝的發(fā)展進(jìn)行研究，提出全高速工具鋼完全致密化冶金工藝以及粉末注射成形改善粉末冶金零件制式復(fù)雜性限制這兩大發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行簡(jiǎn)述。

關(guān)鍵詞：粉末冶金 生產(chǎn)工藝 粉末冶金高速鋼 粉末注射成形

中圖分類號(hào)：TF12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）04（a）-0098-02

粉末冶金具有高效節(jié)能、節(jié)省材料、保護(hù)環(huán)境以及能夠進(jìn)行金屬成形的批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。而粉末冶金的工藝步驟主要是先制取粉末，然后將粉末原料的配量進(jìn)行混合，最后將其成形并凝固。粉末冶金可以根據(jù)材料所具有的性能要求以及零件所需使用的性能要求，在一定的范圍當(dāng)中對(duì)材料的成分進(jìn)行混合[1]。粉末冶金產(chǎn)業(yè)當(dāng)中所制造生產(chǎn)出來的產(chǎn)品基本上都鐵基方面的機(jī)械零件。根據(jù)粉末冶金工藝的工藝特點(diǎn)來看，粉末冶金還可以將其制成高熔點(diǎn)的金屬，就比如鎢和鉬這兩種高熔點(diǎn)金屬，同時(shí)也可制成金屬陶瓷的材料，像一些質(zhì)地堅(jiān)硬的合金以及一些高溫材料。還有多孔材料、假合金、過濾材料、摩擦材料等一系列的材料，這些材料的生產(chǎn)和制造只能夠使用粉末冶金的工藝來進(jìn)行制備和生產(chǎn)，因此粉末冶金工藝完全具有跨越傳統(tǒng)冶金工藝的可能性。在粉末冶金高速工具鋼和粉末注射成型這兩大冶金工藝發(fā)展最為突出。

1 粉末冶金高速鋼

粉末冶金新工藝，氣霧化的高速鋼粉末顆粒進(jìn)行冷卻的速度通常都比較高，而且這些高速鋼的粉末顆粒當(dāng)中也已經(jīng)不存在偏析的粉末用熱情況，和鑄鍛形成的高速鋼相比，具有無偏析、顆粒小、分布均勻；熱加工方面的性能較好；可磨性較高；在熱處理方面變形比較小；力學(xué)性能優(yōu)異；提升了刀具切削的壽命，真正擴(kuò)大了其使用的領(lǐng)域和范圍等一系列優(yōu)質(zhì)的性能。對(duì)粉末冶金高速鋼的研究最早起始于20世紀(jì)70年代的美國(guó)和瑞典的兩家著名工業(yè)工廠，當(dāng)時(shí)的主要工藝路線使用的是氣霧化制粉以及熱等靜壓等相關(guān)的技術(shù)。如今粉末高速鋼的產(chǎn)量已經(jīng)占據(jù)鑄鍛高速鋼全部產(chǎn)量的10%～15%，國(guó)外目前所擁有的，具有代表性的粉末冶金高速鋼的生產(chǎn)企業(yè)至少有5家，主要有美國(guó)、烏克蘭、瑞典、法國(guó)、奧地利以及日本等國(guó)，其中美國(guó)在高速鋼方面的用量以及遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超出了普通容量的高速鋼[2]。如今，國(guó)外工業(yè)企業(yè)內(nèi)的粉末冶金高速鋼的產(chǎn)量發(fā)展以及達(dá)到了第三代的技術(shù)水平，此前第一代為20世紀(jì)70年代美國(guó)和瑞典內(nèi)的兩家企業(yè)所投入生產(chǎn)的高速工具鋼，而第二代則為1994年，法國(guó)高速鋼公司以及瑞典的工業(yè)企業(yè)改進(jìn)了制備氣霧化前鋼液的熔煉工藝，這種改進(jìn)工藝所生產(chǎn)出的產(chǎn)品即為第二代。第三代就是2000年，由Bohler-Uddeholm集團(tuán)，進(jìn)行全線投產(chǎn)，且質(zhì)量比起第二代還有所加強(qiáng)的高速鋼。在對(duì)生產(chǎn)線的鋼熔煉工藝方面，對(duì)噴粉設(shè)備加以改進(jìn)，同時(shí)對(duì)由氮?dú)忪F化后的粉末顆粒的尺寸進(jìn)行細(xì)化。正是粉末顆粒尺寸的細(xì)化，促使第三代的高速鋼在抗彎強(qiáng)度方面比起第二代還要提高到20%以上。所以，第三代的高速鋼在生產(chǎn)工藝方面主要是以微小純凈為主。

2 粉末冶金工具鋼

2.1 高釩冷作模具鋼

這種鋼的類型主要是利用粉末冶金的工藝特點(diǎn)來對(duì)冷作工具鋼進(jìn)行開發(fā)，其中最主要的區(qū)別就是增加合金當(dāng)?shù)拟C含量來提升合金的耐磨性，而第一個(gè)被作為高性能耐磨鋼材的是CPM 10V，這一類型的鋼材在CPM系列的粉末冶金高釩冷作模具鋼當(dāng)中是一種最具代表性的鋼材。在Crucible 集團(tuán)當(dāng)中也逐漸形成了含釩高達(dá)1%～18%的耐磨工具鋼[3]。這類性能較高的工具鋼開始廣泛的應(yīng)用于冷作沖頭以及在模具方面，主要適用于耐磨損的方面。由北京安泰科技公司研發(fā)的AHP9VNb2在成本方面對(duì)比Microclean K390要低很多，不過在硬度上卻和AHP10V相差不多，而抗彎性卻提高了10%左右。

2.2 耐蝕耐磨工具鋼

在眾多制造操作當(dāng)中，通常工具和其耐磨的部件在承受運(yùn)動(dòng)部件或者是其他的一些工作介質(zhì)的研磨顆粒的接觸而出現(xiàn)的磨損情況，一般很容易受到潮濕、酸或者是其他的一些腐蝕性的作用等。所以，針對(duì)這些工作就需要研發(fā)出一些高性能的耐磨耐蝕的粉末冶金工具鋼。

如表1所示，粉末冶金耐磨耐蝕材料含有約14%～24%Cr，約3%～15%V，約1%～3%Mo，這些材料總和大約117%～3175%C。

2.3 粉末冶金易切削工具鋼

粉末冶金的發(fā)展主要是為了能夠有效的提高工具模材料的可磨削性能，以及降低工具模在加工方面的成本。通常需要采用添加硫含量的形式來對(duì)可磨削性能進(jìn)行提升，不過如果采用的是傳統(tǒng)的鑄鍛生產(chǎn)法的話，則較高的硫就可能會(huì)增加材料的熱脆，促使其韌性開始下降的風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)，針對(duì)這些問題，只需使用粉末冶金工藝就能獲得很好的解決。

3 粉末注射成型的發(fā)展

3.1 粉末注射成型的發(fā)展現(xiàn)狀

技術(shù)注射所生產(chǎn)出的元器件通常應(yīng)用的領(lǐng)域范圍比較廣，像在IT、醫(yī)療、機(jī)械汽車以及通信方面等，都對(duì)這類元器件有所應(yīng)用。這個(gè)不同于MIM在市場(chǎng)產(chǎn)品當(dāng)中的份額是因地域而異，其中汽車行業(yè)在歐洲方面的市場(chǎng)份額大約占據(jù)著50%以上，形成了一種主導(dǎo)性的地位，而在北美洲地域應(yīng)用占據(jù)主導(dǎo)的行業(yè)則是醫(yī)療以及牙科方面的應(yīng)用。通過對(duì)這些資料的分析，可以看出在汽車方面的應(yīng)用在往后必將有著相當(dāng)可觀的增長(zhǎng)值，主要是在PIM高溫汽油和柴油引擎的渦輪減壓器等方面。

3.2 粉末微注射成形新工藝

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，全球?qū)τ诰?xì)及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件需求越來越大，因此粉末微注射技術(shù)開始推出，其所制備出來的微型零件的質(zhì)量幾乎以毫克來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時(shí)還保留了傳統(tǒng)方面的PIM，所以粉末微注射技術(shù)有著批量生產(chǎn)精細(xì)復(fù)雜形狀的微型零部件的重要潛力。而微注射技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域具體有：（1）化學(xué)工具，粉末微注射技術(shù)在微化學(xué)當(dāng)中主要制備出作用于微反應(yīng)器、混合器以及交換器等微流體的裝置等[4]。（2）在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用，在醫(yī)學(xué)上主要是用于制備微型的人骨結(jié)構(gòu)、微型的外科儀器組件以及牙科微型元件等等醫(yī)療方面的器具。（3）共注射成型方面，可用于共注射成形領(lǐng)域。可以將磁性材料和非磁性材料以及硬性、軟性材料、導(dǎo)電和絕緣材料等有效的結(jié)合起來。（4）微型零部件，主要是一些微型的機(jī)械零件，像一些小齒輪、葉輪或者是拉伸部件等。

4 結(jié)語

綜上所述，粉末冶金生產(chǎn)工藝的發(fā)展主要分為粉末冶金高速工具鋼和粉末注射成型這兩大冶金工藝發(fā)展類別，這兩種冶金工藝發(fā)展類型經(jīng)過多年的探索和研究，如今已經(jīng)趨于完善，并廣泛的運(yùn)用在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)

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[4]孫世清.T15M粉末高速鋼的深冷處理[J].材料熱處理學(xué)報(bào)，2013（1）：108-111.