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粉末冶金致密化過程控制與數(shù)值模擬 版權信息
- ISBN：9787030735461
- 條形碼：9787030735461 ; 978-7-03-073546-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
粉末冶金致密化過程控制與數(shù)值模擬 本書特色
本書可作為材料學、材料加工工程、化學工程、冶金工程等專業(yè)的研究生教材或參考書，也可供粉末冶金、材料、機械等領域的科研與工程技術人員參考。
粉末冶金致密化過程控制與數(shù)值模擬 內容簡介
本書論述了溫壓和高速壓制致密化的技術特性，將數(shù)值模擬運用到致密化過程控制；通過自行設計與制造高速壓制裝置，驗證技術參數(shù)對過程控制的影響；并通過顆粒特征、摩擦條件、壓制和溫度等影響因素變化，模擬并實驗驗證致密化過程與結果，總結在高速壓制和溫壓的過程中，粉體的聚集成形和致密化影響規(guī)律；進一步討論銅基粉末和TiC金屬陶瓷復合材料的成形過程，以期為實現(xiàn)粉末冶金致密化過程精準控制與智能制造研究和技術開發(fā)提供參考。
粉末冶金致密化過程控制與數(shù)值模擬 目錄
目錄
前言
第1章 粉末冶金成形過程控制與成形方法 1
1.1 粉末冶金成形過程控制技術研究與發(fā)展 3
1.2 溫壓成形技術的發(fā)展與應用 9
1.2.1 粉末溫壓成形的特點 9
1.2.2 粉末溫壓成形的致密化過程 13
1.3 高速壓制成形技術的發(fā)展與應用 14
1.3.1 高速壓制成形技術的特性 14
1.3.2 高速壓制成形的致密化過程 16
1.3.3 高速壓制成形設備 17
1.4 粉末冶金成形過程控制的數(shù)值模擬與方法 18
1.4.1 金屬塑性力學方法 19
1.4.2 廣義塑性力學方法（土塑性力學方法） 20
1.4.3 微觀力學方法 20
1.4.4 內蘊時間理論方法 23
參考文獻 27
第2章 粉末冶金高致密化成形裝置設計與測試 33
2.1 高致密化成形裝置的設計 33
2.1.1 溫壓成形工藝流程 33
2.1.2 溫壓成形工藝影響因素 35
2.1.3 溫壓成形加熱系統(tǒng)影響 38
2.1.4 加熱方式的影響 40
2.2 高速壓制成形方法及裝置 41
2.2.1 分離式霍普金森高速撞擊法 42
2.2.2 沖擊錘法 42
2.2.3 高速壓制沖擊錘法試驗裝置研制 43
2.3 粉末高速壓制成形裝置的關鍵參數(shù)與實驗測試 53
2.3.1 粉末高速壓制成形裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳感器的選擇 53
2.3.2 粉末高速壓制成形裝置的整體性能測試 57
2.3.3 粉末高速壓制成形裝置的數(shù)據(jù)采集與分析 59
參考文獻 63
第3章 粉末壓制成形中的摩擦行為與影響 64
3.1 粉末高速壓制成形技術的理論基礎 64
3.1.1 重錘下落高度和沖擊速度及壓制能量之間的關系 64
3.1.2 作用力與落錘運動之間的關系 65
3.1.3 高速壓制成形中力學分析 65
3.2 沖擊應力波理論 68
3.3 彈塑性有限元法 68
3.3.1 彈塑性力學的基本方程 69
3.3.2 彈塑性力學的邊界條件 71
3.4 經(jīng)典的壓制方程 72
3.5 摩擦特性分析模型 73
3.6 模壁摩擦系數(shù)的測定 75
3.6.1 模壁界面摩擦系數(shù)的測定設備 75
3.6.2 模壁界面摩擦系數(shù)的測量方法 77
3.7 粉末壓制成形中摩擦系數(shù)的測量 78
3.7.1 摩擦系數(shù)隨壓制時間的變化規(guī)律 78
3.7.2 摩擦系數(shù)隨壓制力的變化規(guī)律 79
3.7.3 不同粉末材料對模壁摩擦系數(shù)的變化 79
3.7.4 壓制力與壓坯密度的關系 80
參考文獻 81
第4章 粉體高速壓制成形致密化規(guī)律與機理 83
4.1 分離式霍普金森高速撞擊成形致密化 83
4.2 高速壓制沖擊錘法成形致密化 87
4.2.1 恒定沖擊高度下的致密化規(guī)律 88
4.2.2 恒定沖擊重量下的致密化規(guī)律 91
4.2.3 沖擊壓制力與摩擦系數(shù)的關系 94
參考文獻 100
第5章 高速壓制成形離散體有限元數(shù)值模擬 101
5.1 成形過程有限元模型建立 101
5.2 高速壓制有限元數(shù)值模擬結果分析 105
5.2.1 壓制成形中摩擦影響的有限元模擬 105
5.2.2 壓制成形中壓速相關的有限元模擬 108
5.2.3 壓制成形中重錘質量相關的有限元模擬 111
5.2.4 高速壓制與靜態(tài)壓制的密度對比 113
5.2.5 高速壓制時的顆粒流動及應變分析 116
5.2.6 高速壓制粉末顆粒的運動特性 120
5.2.7 隨機排布模型的高速壓制模擬 121
參考文獻 123
第6章 粉末溫壓成形致密化及有限元模擬 124
6.1 溫壓成形致密化過程 124
6.1.1 電阻式加熱致密化過程 124
6.1.2 電磁感應加熱對粉末壓坯密度的影響 131
6.2 鐵基粉末溫壓成形的關鍵參數(shù)和實驗測試 132
6.2.1 鐵基粉末溫壓材料楊氏模量的測試 132
6.2.2 鐵基粉末溫壓材料熱膨脹系數(shù)的測試 136
6.3 溫壓成形有限元數(shù)值模擬 140
6.3.1 溫壓成形溫度因素分析 140
6.3.2 壓制方式對粉末壓坯性能的影響 147
6.3.3 壓制速度對粉末冶金性能的影響 153
6.3.4 壓制力對粉末冶金性能的影響 158
6.3.5 摩擦系數(shù)對粉末冶金性能的影響 161
6.3.6 高徑比對粉末冶金性能的影響 162
參考文獻 163
第7章 單向壓制時粉末冶金臺階零件的致密化 165
7.1 單向壓制成形粉末冶金零件的制備工藝 165
7.1.1 單向壓制成形粉末冶金材料的模具設計 167
7.1.2 單向壓制成形粉末冶金的壓制和燒結工藝 168
7.1.3 單向壓制成形粉末冶金零件的密度測量 169
7.2 單向壓制成形對粉末冶金臺階零件密度分布的影響 170
7.2.1 速度對粉末冶金零件臺階密度的影響 170
7.2.2 壓制力對粉末冶金零件臺階密度的影響 174
7.2.3 臺階尺寸對粉末冶金零件臺階密度的影響 179
參考文獻 192
第8章 銅基粉末壓制成形過程及有限元模擬 193
8.1 銅基粉末壓制成形 193
8.1.1 壓制成形過程的分析 193
8.1.2 壓制力對壓坯密度的影響 194
8.2 銅基粉末壓制成形過程的摩擦 195
8.2.1 銅基粉末成形的摩擦模型分析 195
8.2.2 銅基粉末壓制成形摩擦系數(shù)測試原理 197
8.2.3 銅基粉末壓制成形摩擦系數(shù)測試 199
8.3 銅基粉末壓制成形的有限元數(shù)值模擬及分析 201
8.3.1 銅基粉末壓制成形有限元數(shù)值模擬 201
8.3.2 銅基粉末壓制成形相對密度分析 210
8.3.3 銅基粉末壓制成形的位移分析 212
8.3.4 銅基粉末壓制成形的彈性后效分析 213
8.3.5 銅基粉末成形壓坯密度分布影響因素 215
參考文獻 221
第9章 TiC金屬陶瓷復合材料成形過程與性能 223
9.1 TiC金屬陶瓷復合材料 223
9.2 粉末壓制成形TiC金屬陶瓷復合材料 224
9.2.1 TiC金屬陶瓷復合材料組分設計 224
9.2.2 TiC金屬陶瓷復合材料成形 225
9.3 TiC金屬陶瓷復合材料高溫磨損性能 227
9.3.1 高溫摩擦磨損試驗裝置的設計 227
9.3.2 TiC金屬陶瓷復合材料試驗數(shù)據(jù)采集與分析 229
9.4 TiC金屬陶瓷復合材料的組織與性能 230
9.4.1 合金成分對TiC金屬陶瓷復合材料力學性能的影響 230
9.4.2 合金成分對TiC金屬陶瓷復合材料顯微組織的影響 231
9.4.3 TiC金屬陶瓷復合材料斷口形貌 234
9.5 TiC金屬陶瓷復合材料的高溫摩擦磨損特性 235
9.5.1 TiC金屬陶瓷復合材料磨損 235
9.5.2 TiC金屬陶瓷復合材料的高溫摩擦磨損實驗 237
9.5.3 TiC金屬陶瓷復合材料的高溫摩擦磨損性能 237
9.5.4 TiC金屬陶瓷復合材料摩擦磨損后的表面演化 242
參考文獻 244
前言
第1章 粉末冶金成形過程控制與成形方法 1
1.1 粉末冶金成形過程控制技術研究與發(fā)展 3
1.2 溫壓成形技術的發(fā)展與應用 9
1.2.1 粉末溫壓成形的特點 9
1.2.2 粉末溫壓成形的致密化過程 13
1.3 高速壓制成形技術的發(fā)展與應用 14
1.3.1 高速壓制成形技術的特性 14
1.3.2 高速壓制成形的致密化過程 16
1.3.3 高速壓制成形設備 17
1.4 粉末冶金成形過程控制的數(shù)值模擬與方法 18
1.4.1 金屬塑性力學方法 19
1.4.2 廣義塑性力學方法（土塑性力學方法） 20
1.4.3 微觀力學方法 20
1.4.4 內蘊時間理論方法 23
參考文獻 27
第2章 粉末冶金高致密化成形裝置設計與測試 33
2.1 高致密化成形裝置的設計 33
2.1.1 溫壓成形工藝流程 33
2.1.2 溫壓成形工藝影響因素 35
2.1.3 溫壓成形加熱系統(tǒng)影響 38
2.1.4 加熱方式的影響 40
2.2 高速壓制成形方法及裝置 41
2.2.1 分離式霍普金森高速撞擊法 42
2.2.2 沖擊錘法 42
2.2.3 高速壓制沖擊錘法試驗裝置研制 43
2.3 粉末高速壓制成形裝置的關鍵參數(shù)與實驗測試 53
2.3.1 粉末高速壓制成形裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳感器的選擇 53
2.3.2 粉末高速壓制成形裝置的整體性能測試 57
2.3.3 粉末高速壓制成形裝置的數(shù)據(jù)采集與分析 59
參考文獻 63
第3章 粉末壓制成形中的摩擦行為與影響 64
3.1 粉末高速壓制成形技術的理論基礎 64
3.1.1 重錘下落高度和沖擊速度及壓制能量之間的關系 64
3.1.2 作用力與落錘運動之間的關系 65
3.1.3 高速壓制成形中力學分析 65
3.2 沖擊應力波理論 68
3.3 彈塑性有限元法 68
3.3.1 彈塑性力學的基本方程 69
3.3.2 彈塑性力學的邊界條件 71
3.4 經(jīng)典的壓制方程 72
3.5 摩擦特性分析模型 73
3.6 模壁摩擦系數(shù)的測定 75
3.6.1 模壁界面摩擦系數(shù)的測定設備 75
3.6.2 模壁界面摩擦系數(shù)的測量方法 77
3.7 粉末壓制成形中摩擦系數(shù)的測量 78
3.7.1 摩擦系數(shù)隨壓制時間的變化規(guī)律 78
3.7.2 摩擦系數(shù)隨壓制力的變化規(guī)律 79
3.7.3 不同粉末材料對模壁摩擦系數(shù)的變化 79
3.7.4 壓制力與壓坯密度的關系 80
參考文獻 81
第4章 粉體高速壓制成形致密化規(guī)律與機理 83
4.1 分離式霍普金森高速撞擊成形致密化 83
4.2 高速壓制沖擊錘法成形致密化 87
4.2.1 恒定沖擊高度下的致密化規(guī)律 88
4.2.2 恒定沖擊重量下的致密化規(guī)律 91
4.2.3 沖擊壓制力與摩擦系數(shù)的關系 94
參考文獻 100
第5章 高速壓制成形離散體有限元數(shù)值模擬 101
5.1 成形過程有限元模型建立 101
5.2 高速壓制有限元數(shù)值模擬結果分析 105
5.2.1 壓制成形中摩擦影響的有限元模擬 105
5.2.2 壓制成形中壓速相關的有限元模擬 108
5.2.3 壓制成形中重錘質量相關的有限元模擬 111
5.2.4 高速壓制與靜態(tài)壓制的密度對比 113
5.2.5 高速壓制時的顆粒流動及應變分析 116
5.2.6 高速壓制粉末顆粒的運動特性 120
5.2.7 隨機排布模型的高速壓制模擬 121
參考文獻 123
第6章 粉末溫壓成形致密化及有限元模擬 124
6.1 溫壓成形致密化過程 124
6.1.1 電阻式加熱致密化過程 124
6.1.2 電磁感應加熱對粉末壓坯密度的影響 131
6.2 鐵基粉末溫壓成形的關鍵參數(shù)和實驗測試 132
6.2.1 鐵基粉末溫壓材料楊氏模量的測試 132
6.2.2 鐵基粉末溫壓材料熱膨脹系數(shù)的測試 136
6.3 溫壓成形有限元數(shù)值模擬 140
6.3.1 溫壓成形溫度因素分析 140
6.3.2 壓制方式對粉末壓坯性能的影響 147
6.3.3 壓制速度對粉末冶金性能的影響 153
6.3.4 壓制力對粉末冶金性能的影響 158
6.3.5 摩擦系數(shù)對粉末冶金性能的影響 161
6.3.6 高徑比對粉末冶金性能的影響 162
參考文獻 163
第7章 單向壓制時粉末冶金臺階零件的致密化 165
7.1 單向壓制成形粉末冶金零件的制備工藝 165
7.1.1 單向壓制成形粉末冶金材料的模具設計 167
7.1.2 單向壓制成形粉末冶金的壓制和燒結工藝 168
7.1.3 單向壓制成形粉末冶金零件的密度測量 169
7.2 單向壓制成形對粉末冶金臺階零件密度分布的影響 170
7.2.1 速度對粉末冶金零件臺階密度的影響 170
7.2.2 壓制力對粉末冶金零件臺階密度的影響 174
7.2.3 臺階尺寸對粉末冶金零件臺階密度的影響 179
參考文獻 192
第8章 銅基粉末壓制成形過程及有限元模擬 193
8.1 銅基粉末壓制成形 193
8.1.1 壓制成形過程的分析 193
8.1.2 壓制力對壓坯密度的影響 194
8.2 銅基粉末壓制成形過程的摩擦 195
8.2.1 銅基粉末成形的摩擦模型分析 195
8.2.2 銅基粉末壓制成形摩擦系數(shù)測試原理 197
8.2.3 銅基粉末壓制成形摩擦系數(shù)測試 199
8.3 銅基粉末壓制成形的有限元數(shù)值模擬及分析 201
8.3.1 銅基粉末壓制成形有限元數(shù)值模擬 201
8.3.2 銅基粉末壓制成形相對密度分析 210
8.3.3 銅基粉末壓制成形的位移分析 212
8.3.4 銅基粉末壓制成形的彈性后效分析 213
8.3.5 銅基粉末成形壓坯密度分布影響因素 215
參考文獻 221
第9章 TiC金屬陶瓷復合材料成形過程與性能 223
9.1 TiC金屬陶瓷復合材料 223
9.2 粉末壓制成形TiC金屬陶瓷復合材料 224
9.2.1 TiC金屬陶瓷復合材料組分設計 224
9.2.2 TiC金屬陶瓷復合材料成形 225
9.3 TiC金屬陶瓷復合材料高溫磨損性能 227
9.3.1 高溫摩擦磨損試驗裝置的設計 227
9.3.2 TiC金屬陶瓷復合材料試驗數(shù)據(jù)采集與分析 229
9.4 TiC金屬陶瓷復合材料的組織與性能 230
9.4.1 合金成分對TiC金屬陶瓷復合材料力學性能的影響 230
9.4.2 合金成分對TiC金屬陶瓷復合材料顯微組織的影響 231
9.4.3 TiC金屬陶瓷復合材料斷口形貌 234
9.5 TiC金屬陶瓷復合材料的高溫摩擦磨損特性 235
9.5.1 TiC金屬陶瓷復合材料磨損 235
9.5.2 TiC金屬陶瓷復合材料的高溫摩擦磨損實驗 237
9.5.3 TiC金屬陶瓷復合材料的高溫摩擦磨損性能 237
9.5.4 TiC金屬陶瓷復合材料摩擦磨損后的表面演化 242
參考文獻 244
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粉末冶金致密化過程控制與數(shù)值模擬 節(jié)選
第1章 粉末冶金成形過程控制與成形方法 粉末冶金技術具備短流程、高效節(jié)能、近凈成形、少污染和性能優(yōu)異且精度高等技術優(yōu)勢，集材料制備與零件成形于一體，逐漸成為當今材料學科的獨*領域，在機械制造、交通運輸、新能源開發(fā)和航空航天等領域都得到了愈加廣泛的應用。發(fā)展高密度、高強度和高精度的粉末冶金結構零件，是粉末冶金工業(yè)的發(fā)展方向和技術研究重點。隨著科學技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)變革，粉末冶金將成為研發(fā)新材料和關鍵制品的先進技術，也為制造高性能零部件提供先進成形工藝。 在歐美發(fā)達國家中，粉末冶金零部件主要應用于汽車工業(yè)，如發(fā)動機、傳送系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)（ABS）等部件，是鐵基零件在汽車上應用*多的部位[1]。2018年，北美地區(qū)的鐵粉銷售量近39.3萬噸，較2017年增長1%，北美平均每輛汽車預計使用粉末冶金零件估計達18.6kg，而歐洲為7.2kg，日本為8kg。在未來5～10年，電動汽車的多個主要部件，如主驅動電機、油泵和冷卻泵電機等，都可以使用粉末冶金軟磁復合材料鐵芯[2]。 隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，粉末冶金制品市場需求量也在不斷增加。根據(jù)中國機械通用零部件工業(yè)協(xié)會粉末冶金專業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國粉末冶金零件銷量從1996年的2.18萬噸，增加至2017年的20.1萬噸；1996～2017年期間，粉末冶金零件銷量的平均年復合增長率達到了11.15%，其中2014年之前的復合增長率更是達到了12.83%；2010～2018年鋼鐵粉末的銷量年平均增長速率約為15%，2018年總銷量達69.5萬噸，當中年產(chǎn)值超過1萬噸的10家鋼鐵粉末公司的年總產(chǎn)值也已經(jīng)占全國年總產(chǎn)值的95%。 其中，在2001年中國粉末冶金零件銷量中，粉末冶金汽車零件僅占17.8%，至2017年，不但中國粉末冶金零件銷量增長至超2001年的4倍多，粉冶汽車零件占比也提升至53.2%。中國粉冶汽車零件的銷量由2001年的近0.9萬噸增長至2017年的11.0萬噸，2001～2017年期間，粉末冶金汽車零件銷量的平均復合年增長率達到17.2%。汽車設計中應用粉末冶金零件主要是對汽車的鏈輪、凸輪、帶輪、閥座、連桿、齒轂等零件進行設計和制造。 2017年平均每輛在中國生產(chǎn)的乘用車中，使用了約4.5kg粉末冶金零件，尚有一半的制品零件是由非中國機械通用零部件工業(yè)協(xié)會粉末冶金專業(yè)協(xié)會的會員單位配套，由此可見，中國的粉末冶金行業(yè)尚有很大的發(fā)展空間[3]，見圖1.1所示。 未來粉末冶金技術會朝著綜合化的方向發(fā)展[1]。隨著汽車市場競爭日益激烈，美國三大汽車公司為了搶占市場，降低汽車制造成本，積極將粉末冶金零件應用于車用引擎和變速器等部件中。未來，粉末冶金制品會廣泛應用于汽車，也會大大減輕汽車的重量。中南大學黃伯云等[4]指出，未來粉末冶金零件的使用范圍將持續(xù)增加，為了提高精密金屬零件制造業(yè)產(chǎn)值，粉末冶金技術的使用會進一步增加。當前，中國汽車工業(yè)的高速發(fā)展已成為世界眾多粉末冶金企業(yè)關注的熱點[5-7]，粉末冶金由于其技術和經(jīng)濟上的優(yōu)越性，在國民經(jīng)濟和國防建設中起著非常重要的作用。但國內粉末冶金行業(yè)目前仍然缺乏原創(chuàng)性的核心技術，與國際先進水平之間存在較大差距。主要原因在于企業(yè)自身的產(chǎn)品開發(fā)能力較弱，并且產(chǎn)業(yè)規(guī)模和裝備水平需要提升，不能充分滿足汽車零部件市場的需求。因此，迅速發(fā)展中國粉末冶金技術與裝備，占據(jù)高端產(chǎn)品市場，是中國粉末冶金研究與產(chǎn)業(yè)的當務之急[8，9]。 快速發(fā)展的汽車工業(yè)不僅給粉末冶金技術帶來了千載難逢的機遇，還帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)，尤其是傳統(tǒng)的粉末冶金技術生產(chǎn)出來的復雜零件，力學性能較差，難以滿足日益提高的市場需求。在粉末冶金諸多影響因素中，固有孔隙影響率不容忽視，不僅顯著影響了材料的力學、物理、化學和工藝性能，也加大了生產(chǎn)精密粉末成形制品的難度[10]。例如在壓制過程中由于密度分布不均勻，導致裂紋和缺陷的產(chǎn)生，致使力學性能明顯下降，嚴重時還可能會導致壓坯后續(xù)的燒結失敗，從而大大降低資源的利用率。 粉末混合后進行壓制成形，這是粉末冶金工藝過程的第二道基本工序，能使金屬粉末密實成具有一定形狀、尺寸、密度和強度壓坯的關鍵工藝過程。壓制工藝過程對制品的質量影響顯著，特別是力學性能。粉末冶金制品的密度大小與其性能之間成正比關系[11-13]，銅基復合粉體經(jīng)過壓制、燒結、復壓復燒的常規(guī)粉末冶金工藝制備后，具有良好的導電性能、導熱性能和高溫強度；特別對于鐵基制品，密度超過7.2g/cm3，則其各種力學性能，如硬度、抗拉強度、疲勞強度、韌性等都會隨密度的增大呈幾何級數(shù)增加[10]。以往傳統(tǒng)的一次壓制/燒結生產(chǎn)出的鐵基制品，密度一般在7.1g/cm3以下，因此其力學性能遠低于同類材料的全致密零件。而使用粉末高速壓制成形技術可以生產(chǎn)出密度更大、性能更好的制品，且成本較低、生產(chǎn)效率高，從而能夠實現(xiàn)制品的量化生產(chǎn)。因此，新型粉末高致密化成形技術被廣泛關注與探索。 粉末冶金成形制品是金屬基體和不同尺寸及分布的孔隙的復合體。由于固體孔隙的存在和分布，割裂了金屬基體的連續(xù)性；同時，孔隙也是裂紋形成和擴展的源頭。隨著孔隙率的增加，粉末冶金制品的性能逐漸下降，特別是力學性能，影響和限制了粉末冶金制品的廣泛應用。因此，要想獲得高性能（特別是力學性能）粉末冶金制品，高密度是粉末冶金技術聚焦的核心。探索粉末冶金成形過程中的粉末致密化特點、密度變化與分布的規(guī)律，有利于深化對粉末高致密化成形技術的認知，更有助于獲得高密度、高性能的粉末冶金零部件。 1.1 粉末冶金成形過程控制技術研究與發(fā)展 在傳統(tǒng)的高致密化方式中，復壓復燒、粉末鍛造、滲銅、熱等靜壓和熱壓制等技術已經(jīng)相對成熟，但在實際應用中各有其優(yōu)缺點。進入20世紀90年代以后，粉末冶金技術的研究取得了突破性進展，近年來更是呈現(xiàn)加速發(fā)展的態(tài)勢，溫壓及流動溫壓、高速壓制、動力磁性壓制、激光燒結等新技術和新工藝相繼推出[11-13]，向著高致密化、高性能化、集成化、*優(yōu)化和低成本等方向快速發(fā)展，使得粉末冶金技術的推廣及應用范圍更加廣泛，主要分為以下幾種成形工藝。 1）粉末溫壓成形工藝 1994年，Hoeganaes公司在國際粉末冶金和顆粒材料會議上正式公布粉末溫壓成形（warm compaction，WC）技術，這種新型技術使得通過粉末冶金工藝生產(chǎn)密度大、性能好的粉末冶金制品成為可能[14-18]。華南理工大學李元元等在國內率先開展金屬粉末溫壓成形技術的研究和應用，中南大學、北京科技大學、合肥工業(yè)大學等單位在粉末溫壓成形工藝研究上，也都取得了較好的進展。合肥工業(yè)大學吳玉程等[19]采用粉末溫壓成形技術，先對粉末和模具表面進行聚合物處理，再持續(xù)加熱到4.3～423K范圍內，對粉末進行壓制成形，燒結壓緊并進行致密化處理。 溫壓工藝出現(xiàn)后，因其高技術含量，具有廣泛的應用價值和較高的技術價值，受到國內外生產(chǎn)廠家的熱切關注。在其首次提出后很短的一段時間內，就約有36種溫壓產(chǎn)品迅速面市，國外多家公司也利用溫壓技術開發(fā)出高密度、高強度的斜齒輪，其中日本粉末金屬廠家就利用溫壓技術，成功制造出較為價廉物美的小節(jié)錐半角斜傘齒輪。美國FederalMogul公司利用溫壓技術加工出性能卓越、成本低廉的連桿，已成功應用于汽車工業(yè)。瑞典在該領域也取得了重大突破，其中HoganasAB與ScaniaCV公司聯(lián)合開發(fā)出的大型零件摩擦錐環(huán)（LatchCone），在重型卡車變速器中已得到應用，結束了用精密鍛造或粉末鍛造方法生產(chǎn)該零件的歷史[20-22]。通過采用溫壓工藝，齒輪的內部組織更為致密，將齒強提高約30%，從而省去了采用滾壓工藝提高齒輪局部致密性這一工藝。國內對溫壓成形技術的研究是從基礎理論，粉末材料成分、工藝技術、加熱設備等同時開始研究的，包括不銹鋼、鐵基復合材料及高合金鋼材料體系，傳統(tǒng)溫壓、低溫溫壓和模壁潤滑溫壓等工藝以及裝備和數(shù)值模擬。研究粉末溫壓成形工藝，有利于溫壓技術在國內的推廣應用，綜合提高粉末制品質量，降低產(chǎn)品成本，提高市場競爭力。 2）流動溫壓成形技術 在溫壓工藝基礎上，流動溫壓成形（warm flow compaction，WFC）技術是結合金屬注射成形技術優(yōu)點而提出來的一種新型成形技術，2000年，由德國Fraunhofer先進材料與制造研究所首次報道。通過提高混合粉末的流動、填充能力和成形速度，在較低溫度時（353～403K），就可在傳統(tǒng)壓機上實現(xiàn)復雜零件的加工及精密成形，既克服了傳統(tǒng)方式在成形復雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術的高成本。例如可加工出垂直于壓制方向的凹槽類結構，可實現(xiàn)傳統(tǒng)壓制不便的孔和螺紋孔等零件的加工等。總之，流動溫壓技術更適合生產(chǎn)形狀復雜的零件，壓坯致密度高，適用于各種類型材料的加工，可操作性強，產(chǎn)品造價低，是一項極具潛力和廣闊應用前景的新技術。 傳統(tǒng)技術是將適量的潤滑劑加入粉末的混合料中以減小摩擦，但因混進的潤滑劑密度低，該工藝降低了成品的密度和性能，縮短了燒結爐的壽命同時還造成了環(huán)境污染。為了消除這種弊端，研究人員提出了模壁潤滑技術，與其他成形技術相結合和改進，通過對模壁進行潤滑來得到高性能成品。St-Laurent將模壁潤滑與溫壓技術相結合，制備出密度大于7.4g/cm3的鋼鐵粉末生坯，技術應用成果顯著。而后日本豐田汽車又通過將高壓制應力加載的溫壓成形和模壁潤滑相結合，成功地生產(chǎn)出了接近全致密的鐵基粉末壓坯。 3）高速壓制技術 2001年，瑞典提出的一種先進的成形技術，兼有動態(tài)壓制的高沖擊能量和傳統(tǒng)壓制的高速平穩(wěn)性等多重特征，在粉末冶金技術低成本、高密度的目標方面又實現(xiàn)了一次重大突破。高速壓制技術（high velocity compaction，HVC）與傳統(tǒng)壓制相比，在壓制壓力為600～2000MPa、壓制速度為2～30m/s的條件下，對粉體進行高能錘擊，其主要特點是速度要快得多，因此在大批量生產(chǎn)零部件方面，高速壓制技術優(yōu)勢明顯。高速壓制的過程如圖1.2所示，沖錘與上模沖接觸時的速度比傳統(tǒng)壓制高2～3個數(shù)量級，調整速度可以獲得生坯不同壓制效果。 在壓制過程中，可以產(chǎn)生間隔0.3s的多重附加沖擊波，使得壓坯的致密性持續(xù)提高。當粉末在2～30m/s速度下進行高能錘擊（重5～1200kg）壓制時，粉末的燒結密度可達到7.8g/cm3以上，并可壓制成形出5～10kg重的零件。高速壓制還具有巨大的壓制壓力，能夠使粉末顆粒間結合緊密，減少壓坯空隙，提高壓坯強度，粉末冶金零件抗拉強度和屈服強度比常規(guī)粉末壓制技術提高了20%～50%；與靜態(tài)壓制相比，其彈性后效較低。采用高速壓制成形技術得到的制品，幾何尺寸固定，不易變形，密度大，壓坯開裂現(xiàn)象少。如果將高速壓制和溫壓技術兩者在一定范疇內有機結合且提升性能，也將為粉冶技術的創(chuàng)新與發(fā)展提供一個新的契機。 4）金屬注射成形技術（metal injection molding，MIM） 隨著高分子材料的應用而發(fā)展起來的金屬陶瓷粉和陶瓷粉的特殊成形方法，將微細金屬或陶瓷粉末與大量熱塑性黏結劑混合均勻，注入成形模中，施加低而均勻的等靜壓力成形，獲得的成形坯經(jīng)過脫脂處理后，接著脫黏結劑燒結，經(jīng)過一系列的處理得到粉末冶金制品[23]。這些制品具有復雜的形狀（如帶有螺紋、垂直或高叉孔銳角、多臺階、壁、翼等），密度和力學性能分布均勻，材料利用率高和自動化程度高等一系列優(yōu)點。粉末注射成形工藝過程如圖1.3所示。 粉末注射成形工藝方法具有以下特點：①零件制品密度高且分布均勻，相對密度可達95%以上，具有優(yōu)異的力學性能；②制品具有高的尺寸精度（0.3%）和表面粗糙度（Ra1～5）；③能夠成形三維形狀復雜的零部件制品，制造常規(guī)工藝不能成形的復雜形狀零件；④材料適應性廣，利用率高達95%以上，有利于實現(xiàn)材料的近凈成形；⑤自動化程度高，適合規(guī)模化生產(chǎn)，進一步降低成本。 據(jù)統(tǒng)計，粉末冶金注射65%
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