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铁基粉末冶金零件的蒸汽处理
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|系统分类:|关键词:粉末冶金 蒸汽处理 铁基零件
铁基粉末冶金零件的蒸汽处理摘要&蒸汽处理在铁基粉末冶金零件生产中得到了广泛应用。本文论述了铁基粉末冶金零件蒸汽处理的优点、机理、工艺流程以及零件在蒸汽处理后的检测方法和标准，并对常见的问题进行分析和提出相应的解决措施。关键词粉末冶金蒸汽处理铁基零件．引言粉末冶金工艺可以用来制造多种材料的零件，而铁基零件又是主要产品，在汽车、农机、仪表、家电等行业中均有使用，既可以作为减摩零件使用，比如含油轴承，也可以作为结构零件使用，比如齿轮、转子等。粉末冶金生产工序通常包括制粉、混粉、压制、烧结等，工业制造铁基粉末冶金零件，此外，高温水蒸汽处理，简称蒸汽处理，也是大部分零件中所必经的工序，它是对粉末冶金件的后续表面热处理，可以提高或改善零件的性能，比如硬度、气密性、耐磨性和耐腐蚀性等。为了使蒸汽处理更好的服务于生产，本文根据作者对蒸汽处理的理解和在实践中的一些经验总结，就蒸汽处理的优点、机理、工艺流程、质量检测以及常见问题和解决措施进行分析讨论。．蒸汽处理工艺的优点在用粉末冶金工艺开发铁基零件过程中，传统的压制烧结工艺制造的零件，一次压制密度一般在左右，即相对密度在左右，采用复压复烧工艺和温压工艺制造的零件，相对密度一般都在～之间，即粉末冶金零件不可避免的存在着空隙，蒸汽处理一个很重要的目的就是封孔作用。对于制冷压缩机用粉末冶金零件来说，蒸汽处理已经成为对其封孔，增加其气密性的最好、最经济的工艺，比如连杆式压缩机中的活塞，要求能承受～的气体压力不发生泄漏，蒸汽处理封孔仅是渗铜封孔处理的和氟塑料封孔处理的左右。为进行蒸汽处理的零件在使用和放置过程中，环境中的水汽和一些腐蚀介质容易吸附在表面和入浸到内部，在不均匀组织之间产生微电池腐蚀，导致零件较容易的生锈和被腐蚀，蒸汽处理防腐蚀的有效期比化学发蓝处理明显增加。蒸汽处理，即把铁基零件放置在加热炉中，在一定温度下，向炉中通入一定量的过饱和水蒸汽，在零件的周围就存在着大量水蒸汽，凡是接触到蒸汽的表面铁原子，包括外表面和连通空隙的内表面，就会发生氧化反应，生成一层氧化物膜，这层氧化物膜的主要成分是，属体心立方系，密度，故比铁的容积比大，使零件的内部连通空隙封闭，达到封孔的目的，增加零件的气密性。由于该氧化物膜和覆盖在零件的基体表面，非常致密牢固的黏附着，导致环境中的水汽和腐蚀介质难以进入零件内部，到达良好的防锈功能。由于的硬度很高，纯的洛氏硬度为左右，处理后的零件的表观硬度到达以上，有利于提高零件基体的表面硬度、耐磨性、抗磨损能力，抗拉强度也可以得到提高，文献显示，蒸汽处理后，铁基材料的抗拉强度提高。蒸汽处理后的零件，上乘的处理结果是零件外观颜色呈现出非常光滑美观的蓝黑色金属光泽，这种颜色，人眼看上去是比较舒适的，在分拣、包装产品时，不容易产生视觉疲劳。蒸汽处理前后对零件尺寸影响不大，氧化物层深度可能在～，尺寸一般增加约～，在技术和装置都没有苛刻的要求，企业较容易满足其处理条件，处理时对环境没有污染，能耗不高，经济环保。．蒸汽处理机理在不同的条件下，可能会生成三种氧化物，即、、，不稳定，且具有多孔结构，是非常疏松的氧化物，它们两者与铁基体的结合力都不强，不利于提高零件的硬度、气密性等，蒸汽处理应避免其生成，是一种硬质化合物，是蒸汽处理所希望得到的氧化物。影响蒸汽处理的关键参数有：蒸汽处理温度即炉中的温度、保温时间和通入炉中的水蒸汽量，根据零件的工艺要求，通过控制这三个参数来控制蒸汽处理的质量。令，即是水汽平衡常数，在℃上下和不同的蒸汽量可能会发生下面个可逆反应：℃以下，反应①℃以上，值较低：反应②℃以上，值较高：反应③℃以下③未完成：反应④值很大时：反应⑤若蒸汽处理按反应①进行，蒸汽与铁基材料发生反应生成一种粘附性的兰黑色氧化物，即，此是蒸汽处理时的理想反应，是我们想要得到的，例如在℃，时，即发生该反应。反应②是在温度超过℃，在蒸汽量较低时发生，反应③是在反应②的基础上发生的，我们单从反应结果上看，都生成了和，两者没有什么不同，但实际是不同的，由于与铁基体的结合力较弱，在此基础上生成的难以牢固的黏附于基体上，若反应②生成的没有进一步发生反应③生成，在降温时℃以下会发生反应④，这种结果同样也达不到蒸汽处理的目的。当值很大时，比如℃，，可能会发生反应⑤，生成的可能会进一步反应生成。．蒸汽处理工艺流程蒸汽处理的工艺流程一般为：抛光除油污清水洗烘干蒸汽处理浸油送检。除油污包括超声波清洗、除锈清洗等，有些零件还有煮油，煮油的目的是清除零件内部的水分，防止有些零件生锈。有些流程根据实际情况可以省去，～为前处理，前处理主要目的是除去零件的表面油污、铁锈、切削液、抛光液等，增加表面活性，是为了保证蒸汽处理的质量，是后处理，主要目的是防锈，是对结果进行检验，确保零件蒸汽处理的结果符合要求。蒸汽处理的具体过程是：将适量工件放入夹具内，在炉温达到～℃时装入炉中，～后（估计工件的温度在℃以上，以避免蒸汽凝结）通电加热，随即通入蒸汽，这时，应完全打开排气阀，进气压保持在～，以便排除炉膛中的空气，排气～，调节排气阀，提高炉膛蒸汽压力到～，进气压力相应地提高到～，然后直接升温到～℃，保温～，保温时间根据装炉量的多少和经验确定。保温时蒸汽压力保持不变。保温完毕，应立即打开排气阀，进气压力可适当加大，断电，炉冷到℃，停止输入蒸汽，出炉空冷。如果装炉量较大，一次处理出来的氧化膜颜色较浅，可采取两次蒸汽处理，以加深颜色，提高表面质量。要注意的操作事项有：首先装料必须合理，这是保证处理质量的前提，然后是清洗去油污必须干净，最后一道水清洗，水必须呈中性水质，接着是清洗后的入炉过程，操作必须迅速，通入蒸汽量要大，再次在通入蒸汽前，必须先排除管道中的污水，避免沾在零件上造成缺陷，最后为了保证安全，出炉时，最好将蒸汽，电源切断，然后出炉。．蒸汽处理质量检测蒸汽处理后的零件表面已经生成了一层氧化膜，为了保证膜的质量，应对其进行质量检测，包括外观检测、耐磨性检测、抗腐蚀性检测等，检测合格的零件按照工艺要求处理，不合格的零件，分析其发生的原因，再次进行抛光等处理，重新蒸汽处理。外观检验是在光线充足的条件下，用眼睛观察，零件表面呈均匀的黑色或微带蓝的黑色，但由于零件化学成分及蒸汽处理的时间温度不同，颜色也会略有不同。所有零件表面不允许有未氧化的部位、花斑、锈斑、附着的沉淀物、红色附着物，不允许零件表面上出现腐蚀，可以参照《电镀手册》、《黑色金属化学保护层的外观》等。零件蒸汽处理后，检测时应按《电沉积金属覆盖层和相关精饰计数检验抽样程序》从检查批中随机抽取样品，氧化膜质量的检测是根据零件的使用条件及客户的要求，根据相关标准进行检测的，均匀度及膜层厚度可以采用扫描电子显微镜测试；耐磨性可以使用壹型磨耗试验机，采用－标准；结合力也称氧化膜疏松度，可以用中性硫酸铜滴在去油后的工件光滑表面，以在内不显示铜色为合格，粗糙面及边缘棱角处则以分钟内不显示铜色为合格；耐腐蚀性采用盐雾试验，在℃下，用氯化钠水溶液作为腐蚀剂，喷一次盐雾；可以参考的标准有：《化学转化膜钢铁黑色氧化膜规范和实验方法》、兵工民品行业标准《炮弹、火箭弹、导弹、引信、火工品钢零件碱性氧化膜层规范》和《炮弹、火箭弹、导弹、引信、火工品钢零件加热氧化膜层规范》、航空工业行业标准《钢铁零件化学氧化发蓝膜层质量检验》、《轻工产品黑色金属化学保护层的测试方法》、美国国防部军标标准、德国标准等。．常见问题和解决措施粉末冶金方法生产零件，每一道工序都要对其进行检验，不合格的产品绝不流入下道工序，蒸汽处理也不例外。检验处理后的零件，通常会出现一些质量问题，下面对常见的质量问题的原因进行分析，并提出对应的解决措施，表是对其进行归纳总结。表蒸汽处理铁基粉末冶金常见问题及解决措施出现的质量问题可能的原因分析对应的解决措施零件脆性增加，强度降低蒸汽处理时间较长，氧化层较厚减少蒸汽处理时间蒸汽压偏大，速度加快，氧化膜较厚减少蒸汽压力部分零件表面附有锈迹炉内零件受热不均匀，蒸汽与部分零件没有良好的接触减少装炉量，或减少料框的装填量，或增加料框的直径（井式炉），或改善蒸汽通入方式零件氧化膜呈暗红色，甚至疏松多孔蒸汽压较大，有过多Fe2O3生成增加装炉量，或减少蒸汽压力局部温度过高，有过多 Fe2O3生成降低温度，或改善加热方式零件表面有花斑，或者氧化层不均匀蒸汽处理前零件表面受到污染，残存有油污、切削液、抛光液等增加抛光处理，清洗，烘干等工序蒸汽处理经验需要长期摸索和累积，除了表中列出的因素外，在蒸汽处理过程中还要注意以下细节，才能保证零件的合格率。比如蒸汽处理时，其它条件完全一样，产品堆放方式不同，蒸汽处理的效果就可能不一样。产品堆放有两种情况：排列有序和随意堆放。排列有序就是要根据产品的大小和形状设计相应的装料工装，产品分层摆放、相互之间留有一定的间隙，为蒸汽处理质量的一致性和均匀性提供了保障，还可以避免产品相互间的磕碰。随意堆放就是将产品装入一个框篮内，产品摆放位置、相互之间间隙不确定，对炉内蒸汽流动方式和温度均匀性就会产生差别，故对产品蒸汽处理的效果就会不一样。其二，蒸汽压力和流量的影响。在实际连续生产中，温度基本上是设定不变的，一般在℃℃范围，电器自动控制，是相对稳定的；蒸汽一般采用蒸汽发生器产生，进气压力会有一定的波动，比如设定的是，一般会在～之间波动，它是蒸汽发生器本身决定的；控制蒸汽的进气流量，比如进气流量要求是，实际上会有一定的波动和误差，减小进气流量的波动误差，可选择合适量程的仪表、提高仪表如压力表、流量计的精度来解决；要想减小蒸汽压力和流量的波动范围，应采用加大蒸汽发生器的功率和容量来保证。同时要确保炉体的密封，通常会因为炉盖边缘的翘曲、炉沿的不平整影响炉盖压紧，造成蒸汽从边缘冒出，炉内气压不稳定。还有就是装炉量，这是需要很准确控制的。由于通常生产过程中制订的蒸汽处理工艺是不变的，如果每次装炉量不同，会导致蒸汽处理产品的质量不一样。装炉量过多和过少，都会使产品表面色泽不一样，甚至出现有部分产品表面发红、尺寸不一致等质量问题，这是由于装炉量不同导致蒸汽与产品接触面积、加热速度、炉内气氛成分的变化造成的。总的来说，就是产品要排列有序，减小蒸汽压力和流量误差，准确控制装炉量，就能较好的控制产品不出现质量问题。&、总结本文论述了铁基粉末冶金零件蒸汽处理的优点、机理、工艺流程、处理后的质量检测方法和检测标准，并对蒸汽处理可能出现的质量问题进行分析，提出了相应的解决措施。文中提供的内容可供相关技术和操作人员作参考。&参考文献徐伟尹延国田清源铁基粉末冶金齿轮泵侧板摩擦学性能研究粉末冶金工业钟涛生邹伟付求涯用粉末冶金法制备f-Al复合材料研究热处理～李其龙金之铂石景罡詹斌刘宁短纤维对基金属陶瓷组织和性能的影响硬质合金～陈顺民张庆祝新发粉末冶金高速钢的特性、热处理工艺及应用热处理～李其龙基金属陶瓷中应力诱发马氏体相变强韧化机理研究合肥工业大学硕士学位论文周作平申小平粉末冶金机械零件实用技术北京化学工业出版社邵琦刘建韬蒸汽法在粉末冶金制品表面防腐处理方面的应用新技术新工艺～铁基粉末冶金材料的合金化与热处理机械工程材料韩凤麟中国模具工程大典第卷粉末冶金零件模具设计北京电子工业出版社夏永红铁基粉末冶金零件蒸汽处理中常见的质量问题及其解决措施粉末冶金工业～邵瑞铁基粉末冶金配流盘蒸汽处理表面发红质量问题分析湖南有色金属～&
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退火---淬火---回火 一．退火的种类 1． 完全退火和等温退火 & & 完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。 2． 球化退火 &
球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。 3． 去应力退火 & & 去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。 二．淬火时，最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。 三．钢回火的目的 & & 1． 降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。 & & 2． 获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。 & & 3． 稳定工件尺寸 & & 4． 对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。
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4、模具加热装置的通用性：目前有多种加热模具的方法，即热油加热、微波加热、感应加热和电阻加热。热油加热方法具有温度稳定的优点，容易实现控温，但加热装置的体积大，且加热速度较慢。另三种方法的加热速度快，但不易实现准确控温过程，特别是感应加热装置的体积也较大。因此，通常采用热油加热方式。全球现已能制造温压加热装置的生产厂家有美国的Cincinati粉末压机公司，滨州ABBOT电炉公司，德国Linde公司。由于模具加热系统的部分热量会传递到模架上而需采用隔热措施以及热油所占的体积较大，故现有温压加热设备无法直接装上普通模架。一套进口模架的价格从低至3～4万美元到高至十几万美元，若将现有引进的普通模架去掉而改换成温压专用模架，仅模架费用就在10～30万美元。对于我国已从境外引进粉末压机的P/M零件生产厂家来说，这不能不说是一笔巨大的外汇负担。这也是国内铁基P/M零件制造厂对温压工艺敬而远之的重要原因，不利于我国温压技术乃至粉末冶金工业的发展。为此，必须开发适合国情的通用性强的温压加热设备，使之能直接装在普通模架上。目前，中南工大温压工艺研究小组已设计出自成特色的温压加热装备。由于采用新的加热方式，模具加热系统的体积小，可望直接装上普通模架。另外，该加热方式具有加热速度较快，温度分布均匀及稳定的特点。5、温压过程的致密化机理：由于温压工艺是由国外粉末冶金公司最先开发出来的，且由于技术保密的需要，关于温压致密化机理的研究进展相对滞后，从而尚未见这一领域的研究成果报道。一般认为，采用温压工艺获得高密度材料的主要原因是粉末颗粒的塑性变形得以松弛的结果。然而，在温压温度下，铁的屈服强度降低幅度不足8％。因此，不可能造成粉末压坯密度的显著提高。因而在温压过程中粉末压坯致密化由别的主导机制控制。从粉末原料特性来看，在室温粉末压制过程中认为粉末颗粒不发生横向位移的观点不适用于温压过程。我们认为，在150℃左右，由于粉末硬度下降而使有限的塑性变形得以较充分进行，即产生协调性变形，有利于克服粉末颗粒之间的相互牵制，导致颗粒移动阻力下降，从而为粉末颗粒间相互填充创造了条件。因此，在温压过程中，粉末颗粒除在压制方向出现位移以外，还存在其它各方向上的移动，包括横向位移。6、温压温度的选择：根据文献报道，粉末的最佳加热温度为130℃，而模具加热温度为150℃。然而，国内的研究结果则表明粉末的加热温度应高于模具温度，且在130℃以下。这可能由于不同材质体系的粉末具有不同的热响应行为所致。因此，对于具体的材质体系，应系统地研究有利于挖掘获得最高密度潜力地温压加热温度。四、结束语温压工艺能以较低地加工成本制造高性能铁基P/M零件，为扩大粉末冶金零件的应用领域提供一条富有生命力的新技术。从字面上的理解，温压工艺似乎与普遍压制技术技术大致相同。然而，温压工艺本身隐含着复杂的技术问题。特别是，开发适用于我国国情的温压技术及其装备是一项具有深远意义的研究领域。
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三、温压工艺的关键技术问题分析及对策从表面看，温压工艺与普通压制工艺相比，除了需加热粉末和模具以外，其它几乎一样。我们似乎可以简单地推断，只需在现有地压制装备加上粉末和模具加热装置就可以实现温压，其实不然，这也是为什么目前已有十四项专利密集在温压工艺和国内仅引进两条温压生产线地直接原因，导致这一现状主要取决于涵盖温压工艺地关键技术。1、专用粉末原料：国际上普遍采用温压铁粉原料，如Starmix、Densemix、Flomet均系专利技术保护品种，其价格为普通铁粉地2倍以上，这一价格对国内铁基P/M制造厂家来说是难以接受的。为打破国外对温压用铁粉制备技术的垄断，开发出具有我国特色的温压用铁粉原料，中南工业大学P/M国家重点实验室在与攀枝花钢铁公司合作开发低成本普通工业铁粉（该项目为国家“九五”重点科技攻关课题）的基础上，研究温压用铁粉原料的制备技术。目前已制得松比3.15g/cm3，流动性27s/50g，室温压缩性为6.92g/cm3的粉末原料，很接近国外温压铁粉的工艺性能指标。从制备工艺过程来看，其成本不会超过国内水雾化铁粉，预计其价格与水雾化铁粉相当。2、新型润滑剂：在温压过程中，润滑剂除具有减摩功能以外，还必须具有防止粉末原料氧化的作用。由于温压温度一般都在120℃以上，通常用的润滑剂硬脂酸锌（熔点为90℃）会熔化。液态硬脂酸锌在铁粉及其它合金元素粉末颗粒表面上形成粘性液膜，导致粉末原料的流动性大幅下降，以致于不能实现自动压制过程。更重要的是，液态硬脂酸锌使粉末颗粒间及粉末颗粒与模具间润滑效果严重劣化，达不到温压效果。为此，必须选择熔点更高的聚合物材料作润滑剂。而目前所采用的温压过程用聚合物润滑剂均系保密或专利保护技术。另外，润滑剂的最佳添加量及其加入方式也是值得探索的重要领域。3、压模设计问题：对于普通压模，已有规范的设计准则。然而，温压温度下，这些准则需作大范围调整或修正。因为普通压模材料的回火温度与温压时模具加热温度相当，这必然导致模具的硬度下降，所以温压用模具材料通常选用YG8或YG10硬质合金作阴模。然而，由于硬质合金阴模的热膨胀系数与上、下冲头及模套材料的差异较大，温压时上、下冲头与阴模间的配合间隙的选择及模套与阴模间的预应力设计规范需作大幅度改变。正确的温压用模具设计应通过热物性计算和热弹性力学计算，确定对应的设计参数。
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2.2.3 烧结环节当生坯密度大于7.2g/cm3，采用保留式温压方式压制时会有相当多的润滑剂被挤入封闭孔洞之中。烧结时不能简单的采用通常的一次推杆炉一次烧结，必须采用低温预烧，将润滑剂在此温度下分解出的CO，H2，N2排除。实验表明，真空预烧可以较充分地排除润滑剂，在氢气中预烧次之。不低温预烧，将使最终烧结密度低于温压压制的生坯密度。温压-烧结工艺就整体效果看并不能提供密度产品。采用排出式温压可以简化烧结工艺，但排出式温压工艺的应用对所生产零件的形状和模具设计有较苛刻的要求。2.2.4 后处理环节后处理限指热处理和表面强化处理。为了进一步提高温压-烧结烧结钢零件的强度指标，试验了在残余孔洞周围形成了贝氏体，基体形成马氏体的可能性。研究表明Fe-Mo-Ni-Cu-C系，适当改变加入石墨的方式，完全可以实现烧结在线等温处理,生产出密度大于7.3g/cm3,残留孔洞周围形成缺口不敏感性的下贝氏体组织,热处理后抗拉强度大于1 200MPa.这里提到的表层强化处理的概念是,通过强化烧结(液相烧结和强化烧结)在温压烧结钢零件表层形成一定深度的全致密组织。为大幅度提高制品的疲劳强度创造条件。为开发温压轿车连杆预定技术保证，表层强化烧结温压烧结钢的思路获得了国家自然科学基金（年）的资助，现已取得可喜进展。3 产业化3.1 强力发掘市场需求高密度，高强度粉末冶金烧结钢零件的市场需求是温压技术产业化的源动力。长期以来，中、低密度粉末冶金零件的市场已趋于饱和，其零件较低的强度性能对粉末冶金烧结钢的市场声誉有一定的负面影响。特别是应用粉末冶金产品的设计人员，往往对高强度、高密度存有疑虑。因此，市场开发人员应当真正了解温压产品的优异性能，以具体的技术数据，及国内外生产的主要产品如链轮、齿轮的经验，作好开发工作。任何一个企业，如果在实际上没有强力发掘市场需求的能力，在计划时代还可能生存；那么在面临加入WTO后严酷的竞争形势面前，只能“坐以待（关）闭”。3.2 选择正确的结合部温压技术的产业化即国产化，只有充分结合我国产业的实际情况进行开发，才能可能获得较大的进展。从国民经济的全局看，粉末冶金行业是一个小产业，它的发展必须也只能依附于国民经济支柱产业的发展。轿车产业的发展规划曾经给粉末冶金的发展规划带来某种刺激。现在看来，真正把降低几十公斤零件成本而采用粉末冶金产品这件事看得很重的发动机主机厂为数并不多。因此，高密度温压粉末零件的一大出路应当着眼于配件市场。只要高密度温压冶金零件的质量过硬，拥有了用户，就一定会促进主机市场的开发，这就是市场的结合部问题。其次是，温压技术与粉末冶金厂家本身的结合问题。没有引进国外先进技术的粉末冶金厂家占多数，资金的投向一定是非“待闭”企业，因而是可持续发展或有可能持续发展的粉末冶金厂，温压技术必然会转化成生产力。3.3 市场经济条件下的“研究―企业集合”体国外温压技术从实验室到产业化大致用了5年左右的时间。与其它先进技术相比，温压技术产业化的速度是快的。其中一条成功的经验是，该技术从一开始就是以“研究―企业集合”的面貌出现的。粉末冶金工艺人员、压机制造商、化工、化学研究人员，组成一个集合体来突破技术的各个环节。在这方面行业协会或学会应当发挥更大的作用。温压技术产业化的根本出路在于，真正理解和掌握温压―烧结工艺系统的各个环节，在有可能持续发展的骨干粉末冶金企业的牵头和带动下，组成一个各方均可受益的粉末、制件、压机、化工厂商和研究团体的“研究―企业集合”体，以典型的温压系列产品开拓钢铁粉末内冶金高密度、高强度零件的新市场。
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这里之所以提到内润滑温压技术，是因为目前出现的新专利和某些经验表明，将内润滑温压技术改变为外润滑温压技术是温压发展的必然趋势。外润滑指的是模壁润滑，其与温压是平行的两个提高铁基结构零件密度的手段。模壁润滑分湿润滑和干润滑。较早的研究和探索是利用于润滑剂和润滑液体喷向模壁的润滑方式，称为湿润滑。湿模壁润滑的模具结构复杂，难以实现自动化生产。近期发展的干模壁润滑，它不仅克服了湿模壁润滑制备的压坯表面易粘粉，影响烧结件的表面质量；而且，用非聚四氟乙烯干粉润滑剂以静电吸附的防护司粘着在阴模内壁，铁零件的压坯密度已达7.55g/cm3，加拿大QMP公司决定在2002年开展在温压的过程中采用模壁润滑，以期铁基零件的密度大于7.4g/cm3。我国“十五”863华南理工大学、北京科技大学和中南大学的温压研究项目也有这方面的内容。北京科技大学正加紧开发成本低、适用性强的干粉模壁润滑装置。（4）温压温度。没有一成不变的温压温度，也就是说最佳温压温度（包括粉末温度和模具温度）的制定，必须根据零件的几何尺寸来调整。加拿大QMP公司的经验是同一种材质装粉高度为1.0cm，最佳粉末温度为140℃，装粉高度为2.5cm和3.8cm时，最佳粉末温度分别降到100℃和90℃左右。北京科技大学在理论上初步进行了分析，建立了一个温压压制压力、零件几何尺寸和最佳温压温度之间的因果关系，为制定温压工艺提供了一个量的预测方法。就粉末温度和模具温度的高低而言，与ANCORDENSE温压工艺不同，北京科技大学强调了两种不同的温压制度的:应用即保留式温压和排出式温压。这两种不同的饿温压制度影响着而后的烧结制度的选择。保留式温压在模具温度低于润滑剂的熔点范围。润滑剂在温压过后仍有相当一部分保留在压坯之内；排出式温压指的是选择模具的某一部分的温度高于润滑剂的熔点范围，润滑剂在完成了润滑粉末颗粒的作用后大部分被排挤出压坯。究竟选取何种温压制度必须根据零件尺寸、模具结构、批量大小和烧结工艺等因素进行综合考虑。
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经过从化学成分，粒度组成，颗粒形貌等分析和实验工作，确认了适合于温压的铁粉的基本特性，即：含O2量＜0.1%，含C量＜0.006%，含N2量＜0.003%，松装密度3.0～3.2g/cm3。与国外的水雾化铁粉相比，1995年我国的成批量供货的最好的粉末含O2量为0.25%，含C量为0.02%，含N2量为0.0043%。但是到了2001年，至少鞍钢粉材厂的水雾化铁粉在含O2量和含C量的指标上，已达到了这个标准。然而，作为温压用粉的内在质量是非常重要的，因为它是在已有的粉末压缩性上，再提高一定的量。就温压而言，国内粉和国外粉的主要差距是高压制力下的压缩性不够高，如700～800MPa下的粉末压缩性并不比600MPa下的高，而且模具拉伤严重。为了获得高质量的国产水雾化 温压粉，首先，在确保低的含O2量和含C量的前提下，大幅度降低含N2量 。其次，要降低粉末中的非金属夹杂物。进而通过改变和优化雾化条件，调整粒度组成和颗粒形状，以利于粉末在压制过程中的颗粒重排。关于粉末颗粒重排，中南大学曾经由冶金粉尘中回收铁粉，适当扩散合金化，制备出温压原料。其温压机制被认定为粉末颗粒重排效果的改善。（2）润滑剂。分析了由年的17篇美国专利，与温压工艺直接相关的有4篇，其余为温压粉润滑方式、温压发展及形成相关的专利。在这些专利中，对润滑剂予以了特别强调。几乎所有的热塑性高聚物及其复合高聚物全部被专利所覆盖。国外专利化的润滑剂是一种复合的酰胺基蜡，有一个150～250℃的熔化温度区间。低熔点的单酰胺在温压温度下熔化，起液体润滑作用，二酰胺和聚酰胺有较高的熔点，可起固体润滑剂作用。美国生产的一种可以作为温压用的润滑剂。商品牌号为：ADVAWAX 450 amide，生产公司为Morton International，Cincinnati，Ohio USA。考虑到知识产权的约束，为配制新的润滑剂，北京科技大学进行了复合润滑剂玻璃化温度随压制压力变化规律的理论探讨，提出了某种数量关系。改进的润滑剂不必局限于热塑性高聚物。某些低聚物或大分子量润滑剂与特定的压制温度相匹配，也可以应用于温压，这一点是北京科技大学1995年攻关中的一个重要结果。（3）模具。北京科技大学与武钢集团粉末冶金有限公司，针对磁轭零件于1996年在国内研制出第一套自行设计的温压模具。实践中发现，模具的设计并不神秘。模具材料以M2高速钢为实验材质。在小型批量生产中，采用内镶硬质合金模具以适应温压环境。另外，关键的是实现自动模具结构，可保证操作的安全性和简易性。华南理工大学与广东华金公司，在粉末冶金齿轮温压模具的设计与制造方面积累了较丰富的经验，现已有数种齿轮由内润滑温压技术生产。
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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。从零件的高径比对温压有效性的影响来看，对不同高度的制品，温压后零件截面的密度分布可能更加不均匀。因此在设计零件工艺时，除了考虑补偿装粉外，还要考虑模具的温度分布。在化学成分和原材料形态方面，值得注意的是过量的硬脆合金元素如磷-铁合金粉会降低温压生坯密度。合金元素水雾化铁粉Fe-Cu-C成分的温压效果比水雾化（Fe-Mo）合金粉Fe-Ni-Mo-C成分的温度密度低得多，而石墨的添加对温压生坯密度有明显的负面影响。改变石墨的种类，粒度和形态以增加生坯密度是零件成分设计时必须考虑的重要问题。2.2.2 温压环节已经研究的温压工艺的影响因素包括：润滑剂和粘结剂的加入对铁粉流动性和松装密度的影响；温压压制过程润滑剂的优选；铁粉特性对温压生坯密度的影响，压制参数对铁粉温压致密化的过程的影响；温压过程致密化机理探讨，详述如下：（1）铁粉。1995年，研究伊始发现，没有一种国产品牌粉末可以原封不动得以供货态用于温压工艺。处于这种无米之炊的境地是很自然的。ANCORDENSE温压系统的第一个环节是用特定的钢铁粉末，这个特定的定义是限定在高压缩比水雾化铁粉的范围之内。这种钢铁粉自发明以来已经经过近30年左右的完善和产业化过程。而国产的水雾化铁粉从整体上说还达不到这种水平。
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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。
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粉末冶金温压技术的发展自1994年钢铁粉末冶金温压工艺在国际上取得突破以来，国内除宁波东睦，扬州保来得粉末冶金有限公司少数厂家引进温压生产线以为，大多数企业处于观望状态。有限的几个大专院校，科研院所对该技术进行了消化，吸收和试图国产化的研究。国家863计划、95攻关等项目也对此有不同强度的支持。可以确定的是，新技术通过一次压制，一次烧结的较低成本工艺使零件密度提高0.15～0.25g/cm3。问题是这个密度的提高究竟给我们提示了什么？温压技术对粉末冶金铁基结构零件的发展前景？经过6年的实践，国际上有什么新进展，我们到底对温压技术有一个怎样的基本认识，温压技术的控制因素--温压技术的“瓶颈”问题什么，产业化的困难及具有操作性的对策，这些都需要认真思考。6年来的总体工作表明，温压技术的实施和实现产业化取决于两个系统工程的成功实施；即开拓市场需求的系统工程和技术系统工程的合理操作。系统中的各个环节相互制约，需要通盘考虑。如果某一个环节出现问题，都不会得到好的高密度温压产品，更不要说温压技术实现产业化了。1 开拓市场需求的系统工程与标志性产品温压技术产业化所需要的第一个系统工程是需求的系统工程即：“企业需求--市场需求的推动--市场需求--再到企业需求”。企业对发展的迫切需求是温压技术诞生的原动力。从温压技术发展史看，在粉末冶金铁基结构零件生产技术方面，第一个取得专利的企业是美国Hoeganaes公司。该公司为瑞典在美国的分公司，高质量的还原铁粉是早期的主打产品。温压技术能从该公司诞生，而不是从高水平的压件公司诞生，其关键原因是该公司长期以来不断追求发展，不断研究提高粉末质量的途径，在部分预合金铁粉、无偏析（包复）混合粉开发成功以后，就为温压技术的出现奠定了基础。实际上，单就在100～300℃温度下压制混合粉末的这一个技术操作而言，早在80年代中期，美国通用汽车公司就已开始了系统的研究。施压的对象是铁粉、润滑剂与聚合物的混合物。其作法是将有机润滑剂，聚合物均匀的包复在铁粉颗粒表面，压制或注射成形后不烧结，压坯由相互绝缘的铁粉组成以便用铁合金颗粒铁芯替代交叠层变压器用硅钢片铁芯。后来的研究导致了1991年以后粘结永磁Nd-Fe-B材料的净形零件的产业化。由文献上看，当时美国通用汽车公司提供的数据已包含了少量包复的有机润滑剂可以提高压坯的整体密度的内容。但那时没有谁往铁基结构件上联想，即便考虑到了，也没有大批量合适的生产原料。80年代末至90年代初，美国Hoeganaes公司开发的部分预合金铁粉，无偏析（包复）混合物不仅满足了高质量中密度铁基结构件的需要，而且也为温压技术的研究开发与成功提供了条件。可以说，没有企业对发展（包括技术与产品）实质上的需求，就没有温压技术的诞生。新技术问世后，市场需求的推动是极为重要的。其目的是让温压铁基结构件逐步扩大它的市场占有份额。为此，温压技术必须解决这样几个问题：①温压与室温压制相比压坯密度提高0.15～0.25g/cm3，如果高密度在烧结后能保持下来，则对铁基结构零件性能的影响。②是否有室温一次压制工艺不能制造的，新而多的标志性产品。③温压工艺的适用性和局限性有多大。仅就疲劳性能来说明密度的提高对性能的影响。高性能粉末冶金铁基零件的标志之一是它的疲劳性能要高。比如，全致密合金钢（0.6C1.5Cu0.5Mo1.75Ni余Fe）的疲劳强度为460MPa（2*108次循环），而密度为6.9g/cm3的材料强度仅为130MPa（2*108次循环）。如果材料的密度提高到7.19g/cm3（0.5C1.5Cu0.55Mo2.0Ni余Fe）疲劳强度则可提高到368MPa。密度提高到7.28g/cm3，需加入合金元素Cu，Mo，Ni，或用0.4C和Fe，疲劳强度可以达到449MPa（1*107次循环），接近致密钢材的疲劳强度。使性能大幅度的提高这是粉末冶金铁基结构零件的开发者和生产者梦寐以求的。
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二、温压工艺的技术特点：温压工艺被誉为“开创粉末冶金零件应用新纪元的一项新型制造技术”，其关键在于以较低的成本制造出高性能的铁基P/M零件，为轿车用零部件在性能与成本之间找到了一个较佳的结合点。据资料分析，虽然温压工艺比常规一次压制烧结工艺的相对成分提高了20％，但比浸铜工艺，复压复烧工艺，粉末热锻工艺分别降低20%,30%和80%。除此以外，温压工艺还具有自身独特技术优点：1、压坯密度和烧结密度高。采用温压工艺，通常可获得7.25～7.60g/cm3的铁基P/M零件。在同一压制压力下，比一次压制烧结工艺的密度提高0.15～0.30g/cm3。相应的，获得相同密度所需的压制压力降低140MPAa左右，这为较低吨位粉末压机压制大尺寸中密度铁基P/M零件创造了条件，相对地增大了压机的吨位。2、压坯强度高。在相同密度水平下，经温压的压坯，其强度是常规压制压坯的1.25～2.0倍。这一特点为粉末冶金工艺制造形状复杂的机械零件提供了方便，也提高了粉末冶金技术与其它零件制造竞争的能力。一方面，普通压制烧结工艺由于其压坯强度低，在脱模过程中很容易导致形状复杂压坯的破坏，从而无法成形。然而，温压工艺克服了这一缺点。另一方面根据粉末冶金技术和压机工作特点，垂直于压制方向的P/M零件侧面形状特征是不可能成形的，如横向孔等。采用温压工艺后，由于压坯强度高，可在烧结工序之前直接对压坯进行机加工，节约机加工工时和提高刀具的使用寿命。3、脱模压力低。温压工艺的脱模压力比普通压制工艺降低30％以上。低的脱模压力意味着温压工艺易于压制形状复杂的铁基P/M零件和减少模具磨损从而延长其使用寿命。同时，还可以降低粉末料中润滑剂的添加量，进一步提高压坯密度。因为，润滑剂每降低0.1％，压坯密度将增加0.05g/cm3。4、弹性后效小。烧结后零件尺寸变化比普通压制要低得多，如Distaloy AE基材粉末经温压后的烧结收缩接近于零，易于获得高尺寸精度的铁基P/M零件。5、当零件密度、材质相同时，采用温压工艺制得的材料极限抗拉强度比复压复烧工艺所制得的材料提高10％左右，而疲劳强度提高了10～40％。特别是，零件经温压、烧结后进行适度的复压，其疲劳性能与粉末热锻件相当。这些力学性能指标达到了轿车发动机，传动及刹车装置的使用性能的要求，可望为连杆的制造提供一条可行的技术途径。6、压坯密度分布均匀。采用温压工艺制备齿轮类零件时齿部与根部间的密度差比常规压制工艺低0.1～0.2g/cm3。由于这些特点，在国际粉末冶金学界，人们称温压工艺是导致粉末冶金技术革命的一项新技术。