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自1994年鋼鐵粉末冶金溫壓工藝在國際上取得突破以來，國內除寧波東睦，揚州保來得粉末冶金有限公司少數廠家引進溫壓生產線以為，大多數企業處于觀望狀態。有限的幾個大專院校，科研院所對該技術進行了消化，吸收和試圖國產化的研究。國家863計劃、95攻關等項目也對此有不同強度的支持。

可以確定的是，新技術通過一次壓制，一次燒結的較低成本工藝使零件密度提高0.15～0.25g/cm3。問題是這個密度的提高究竟給我們提示了什么？溫壓技術對粉末冶金鐵基結構零件的發展前景？經過6年的實踐，國際上有什么新進展，我們到底對溫壓技術有一個怎樣的基本認識，溫壓技術的控制因素--溫壓技術的“瓶頸”問題什么，產業化的困難及具有操作性的對策，這些都需要認真思考。

6年來的總體工作表明，溫壓技術的實施和實現產業化取決于兩個系統工程的成功實施；即開拓市場需求的系統工程和技術系統工程的合理操作。系統中的各個環節相互制約，需要通盤考慮。如果某一個環節出現問題，都不會得到好的高密度溫壓產品，更不要說溫壓技術實現產業化了。

1 開拓市場需求的系統工程與標志性產品

溫壓技術產業化所需要的*個系統工程是需求的系統工程即：“企業需求--市場需求的推動--市場需求--再到企業需求”。

企業對發展的迫切需求是溫壓技術誕生的原動力。從溫壓技術發展史看，在粉末冶金鐵基結構零件生產技術方面，*個取得專利的企業是美國Hoeganaes公司。該公司為瑞典在美國的分公司，高質量的還原鐵粉是早期的主打產品。溫壓技術能從該公司誕生，而不是從高水平的壓件公司誕生，其關鍵原因是該公司長期以來不斷追求發展，不斷研究提高粉末質量的途徑，在部分預合金鐵粉、無偏析（包復）混合粉開發成功以后，就為溫壓技術的出現奠定了基礎。

實際上，單就在100～300℃溫度下壓制混合粉末的這一個技術操作而言，早在80年代中期，美國通用汽車公司就已開始了系統的研究。施壓的對象是鐵粉、潤滑劑與聚合物的混合物。其作法是將有機潤滑劑，聚合物均勻的包復在鐵粉顆粒表面，壓制或注射成形后不燒結，壓坯由相互絕緣的鐵粉組成以便用鐵合金顆粒鐵芯替代交疊層變壓器用硅鋼片鐵芯。后來的研究導致了1991年以后粘結永磁Nd-Fe-B材料的凈形零件的產業化。

由文獻上看，當時美國通用汽車公司提供的數據已包含了少量包復的有機潤滑劑可以提高壓坯的整體密度的內容。但那時沒有誰往鐵基結構件上聯想，即便考慮到了，也沒有大批量合適的生產原料。

80年代末至90年代初，美國Hoeganaes公司開發的部分預合金鐵粉，無偏析（包復）混合物不僅滿足了高質量中密度鐵基結構件的需要，而且也為溫壓技術的研究開發與成功提供了條件。可以說，沒有企業對發展（包括技術與產品）實質上的需求，就沒有溫壓技術的誕生。

新技術問世后，市場需求的推動是極為重要的。其目的是讓溫壓鐵基結構件逐步擴大它的市場占有份額。為此，溫壓技術必須解決這樣幾個問題：①溫壓與室溫壓制相比壓坯密度提高0.15～0.25g/cm3，如果高密度在燒結后能保持下來，則對鐵基結構零件性能的影響。②是否有室溫一次壓制工藝不能制造的，新而多的標志性產品。③溫壓工藝的適用性和局限性有多大。

僅就疲勞性能來說明密度的提高對性能的影響。高性能粉末冶金鐵基零件的標志之一是它的疲勞性能要高。比如，全致密合金鋼（0.6C1.5Cu0.5Mo1.75Ni余Fe）的疲勞強度為460MPa（2*108次循環），而密度為6.9g/cm3的材料強度僅為130MPa（2*108次循環）。如果材料的密度提高到7.19g/cm3（0.5C1.5Cu0.55Mo2.0Ni余Fe）疲勞強度則可提高到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，疲勞強度可以達到449MPa（1*107次循環），接近致密鋼材的疲勞強度。使性能大幅度的提高這是粉末冶金鐵基結構零件的*和生產者夢寐以求的。 

溫壓技術正在制造出室溫一次壓制工藝不可能制造出來的，新的越來越多的標志性產品。

例如，德國Sinterstahl GmbH公司用溫壓技術生產復雜的摩擦傳動用同步齒環，在美國新奧爾蘭舉行的PM2TEC 2001國際會議上獲獎。該零件的齒部密度超過7.3g/cm3，環體密度超過7.1g/cm3，生坯強度達到28MPa。采用了擴散合金化的燒結硬壓粉末，*低抗拉強度為850MPa。由于使用了溫壓技術和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38%。

美國Chicago Powdered Metal公司從1995年已開始用溫壓技術生產電力機車發動機齒鼓零件。該零件重達1.1kg，密度7.3g/cm3，是Ford Motor Co公司采用的*個溫壓零件。Chicago Powdered Metal公司認為，溫壓技術的產業化將為粉末金屬的應用開拓了一個新時代。

瑞典Hogannas AB公司溫壓Ni-Cu-Mo鋼粉，為重載車輛（如公共汽車和大卡車）制造變速箱用零件，零件的密度為7.25～7.35g/cm3。詳細地研究了密度，組織，熱處理特點。跑車試驗證明，溫壓燒結鋼的零件不僅能夠滿足重載車輛的使用要求，而且會使零件的成本降低。

在我國，也不斷出現溫壓新產品。195年北京科技大學與武漢鋼鐵（集團）粉末冶金公司合作通過國家95攻關，于1997年成功的利用全部國產設備，國產原料，自行設計的溫壓模具一次壓制軟磁產品，重量為950g，磁軛的生坯密度達到7.37g/cm3、燒結密度7.41g/cm3。磁性能Hc=84.4A/m，Umax=5 850，Bmax=1.50T，代替了原復壓復燒工藝。

華南理工大學于2001年研制成功兩種有代表性的溫壓新產品，高性能斜齒輪和薄壁氣門導筒。

斜齒輪參數為：法向模數mn=5.5，齒數z=10，an=25o，螺旋角β=8.1o，齒寬B=32mm。采用了有模壁潤滑的溫壓技術。無模壁潤滑的溫壓技術的零件密度為7.2g/cm3，而有模壁潤滑的溫壓技術的零件密度達到7.28g/cm3。

壁厚為2mm的薄壁氣門導筒的材質是高含量陶瓷顆粒增強的鐵基粉末冶金復合材料。采用 兩次裝粉，即導筒的筒身和筒底是兩種不同的粉末，依次裝粉。溫壓技術的采用，不僅保證零件有高于98%相對密度，而且減少了層次開裂等壓制缺陷。

2 技術系統工程

目前，溫壓技術已從只涉及壓制的溫壓發展到同時考慮壓制、燒結及后處理的溫壓。壓制過程從粉末內潤滑，發展到同時使用有效的模壁潤滑。*佳溫壓溫度的確定，從試驗探索到定量的預測分析。溫壓的對象也從鐵和鋼粉發展到不銹鋼粉、復合材料粉等。符合中國國情的溫壓壓機改造成功并已定型制造。以下就這幾方面的進展作一簡要介紹。

2.1 只涉及壓制的ANCORDENSE溫壓系統

美國Hoeganaes公司宣稱的低成本，高密度的ANCORDENSE溫壓工藝一開始就被強調為只涉及壓制的一個系統。其基本思路是：用特定的鋼鐵粉末，用特定的潤滑劑，用特定的混合技術，用特定的溫壓工裝和特定的溫壓溫度才能壓制出特定的高于7.30g/cm3（壓制壓力為690MPa）的鐵基零件。每一個特定是該系統的一個環節，缺一不可。購買這樣一套系統的模具和操作工藝，1996年的價格是4～5萬美元。附加條件是必須使用售貨方的粉末，并承諾不得將模具結構和工藝擴散給第三方。

2.2 改進的“設計—溫壓—燒結—后處理”全過程工藝系統

溫壓只是鐵基粉末冶金零件生產過程中的一道工序。它的成功并不一定代表*終零件生產的成功。必須把溫壓放在零件生產的全過程中加以考慮。經過5年的實踐，北京科技大學逐漸形成了一個以“設計—溫壓—燒結—后處理”逐道工序構成，前后統籌考慮的“溫壓—燒結”分析和實施系統。

2.2.1 設計環節

從零件的幾何尺寸考慮，是否所有的鐵基粉末冶金零件都可以用溫壓工藝來提高其生坯密度？從零件的化學成分考慮，是否通常Fe-Cu-C，Fe-P-C，Fe-Ni-Mo-Cu-C的化學成分構成都適用于溫壓？

通過建立溫壓生坯密度預測方程和引入溫壓側壓系數，建立了零件的幾何尺寸，特別是高徑比的不同，對溫壓效果的影響。唯象理論的分析表明，大的高徑比的零件并不適用于溫壓工藝。在相同的溫壓制度下，大的高徑比零件的生坯密度低于小的高徑比（如圓盤零件）0.2g/cm3Z左右，溫壓失去有效性。 

從零件的高徑比對溫壓有效性的影響來看，對不同高度的制品，溫壓后零件截面的密度分布可能更加不均勻。因此在設計零件工藝時，除了考慮補償裝粉外，還要考慮模具的溫度分布。

在化學成分和原材料形態方面，值得注意的是過量的硬脆合金元素如磷-鐵合金粉會降低溫壓生坯密度。合金元素水霧化鐵粉Fe-Cu-C成分的溫壓效果比水霧化（Fe-Mo）合金粉Fe-Ni-Mo-C成分的溫度密度低得多，而石墨的添加對溫壓生坯密度有明顯的負面影響。改變石墨的種類，粒度和形態以增加生坯密度是零件成分設計時必須考慮的重要問題。

2.2.2 溫壓環節

已經研究的溫壓工藝的影響因素包括：潤滑劑和粘結劑的加入對鐵粉流動性和松裝密度的影響；溫壓壓制過程潤滑劑的優選；鐵粉特性對溫壓生坯密度的影響，壓制參數對鐵粉溫壓致密化的過程的影響；溫壓過程致密化機理探討，詳述如下：

（1）鐵粉。1995年，研究伊始發現，沒有一種國產品牌粉末可以原封不動得以供貨態用于溫壓工藝。處于這種無米之炊的境地是很自然的。ANCORDENSE溫壓系統的*個環節是用特定的鋼鐵粉末，這個特定的定義是限定在高壓縮比水霧化鐵粉的范圍之內。這種鋼鐵粉自發明以來已經經過近30年左右的完善和產業化過程。而國產的水霧化鐵粉從整體上說還達不到這種水平。

經過從化學成分，粒度組成，顆粒形貌等分析和實驗工作，確認了適合于溫壓的鐵粉的基本特性，即：含O2量＜0.1%，含C量＜0.006%，含N2量＜0.003%，松裝密度3.0～3.2g/cm3。與國外的水霧化鐵粉相比，1995年我國的成批量供貨的*好的粉末含O2量為0.25%，含C量為0.02%，含N2量為0.0043%。但是到了2001年，至少鞍鋼粉材廠的水霧化鐵粉在含O2量和含C量的指標上，已達到了這個標準。

然而，作為溫壓用粉的內在質量是非常重要的，因為它是在已有的粉末壓縮性上，再提高一定的量。就溫壓而言，國內粉和國外粉的主要差距是高壓制力下的壓縮性不夠高，如700～800MPa下的粉末壓縮性并不比600MPa下的高，而且模具拉傷嚴重。

為了獲得高質量的國產水霧化 溫壓粉，首先，在確保低的含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屬夾雜物。進而通過改變和優化霧化條件，調整粒度組成和顆粒形狀，以利于粉末在壓制過程中的顆粒重排。關于粉末顆粒重排，中南大學曾經由冶金粉塵中回收鐵粉，適當擴散合金化，制備出溫壓原料。其溫壓機制被認定為粉末顆粒重排效果的改善。

（2）潤滑劑。分析了由1976～1994年的17篇美國專利，與溫壓工藝直接相關的有4篇，其余為溫壓粉潤滑方式、溫壓發展及形成相關的專利。在這些專利中，對潤滑劑予以了特別強調。幾乎所有的熱塑性高聚物及其復合高聚物全部被專利所覆蓋。國外專利化的潤滑劑是一種復合的酰胺基蠟，有一個150～250℃的熔化溫度區間。低熔點的單酰胺在溫壓溫度下熔化，起液體潤滑作用，二酰胺和聚酰胺有較高的熔點，可起固體潤滑劑作用。美國生產的一種可以作為溫壓用的潤滑劑。商品牌號為：ADVAWAX 450 amide，生產公司為Morton International，Cincinnati，Ohio USA。

考慮到知識產權的約束，為配制新的潤滑劑，北京科技大學進行了復合潤滑劑玻璃化溫度隨壓制壓力變化規律的理論探討，提出了某種數量關系。改進的潤滑劑不必局限于熱塑性高聚物。某些低聚物或大分子量潤滑劑與特定的壓制溫度相匹配，也可以應用于溫壓，這一點是北京科技大學1995年攻關中的一個重要結果。

（3）模具。北京科技大學與武鋼集團粉末冶金有限公司，針對磁軛零件于1996年在國內研制出*套自行設計的溫壓模具。實踐中發現，模具的設計并不神秘。模具材料以M2高速鋼為實驗材質。在小型批量生產中，采用內鑲硬質合金模具以適應溫壓環境。另外，關鍵的是實現自動模具結構，可保證操作的安全性和簡易性。 

華南理工大學與廣東華金公司，在粉末冶金齒輪溫壓模具的設計與制造方面積累了較豐富的經驗，現已有數種齒輪由內潤滑溫壓技術生產。

這里之所以提到內潤滑溫壓技術，是因為目前出現的新專利和某些經驗表明，將內潤滑溫壓技術改變為外潤滑溫壓技術是溫壓發展的必然趨勢。外潤滑指的是模壁潤滑，其與溫壓是平行的兩個提高鐵基結構零件密度的手段。

模壁潤滑分濕潤滑和干潤滑。較早的研究和探索是利用于潤滑劑和潤滑液體噴向模壁的潤滑方式，稱為濕潤滑。濕模壁潤滑的模具結構復雜，難以實現自動化生產。近期發展的干模壁潤滑，它不僅克服了濕模壁潤滑制備的壓坯表面易粘粉，影響燒結件的表面質量；而且，用非聚四氟乙烯干粉潤滑劑以靜電吸附的防護司粘著在陰模內壁，鐵零件的壓坯密度已達7.55g/cm3，加拿大QMP公司決定在2002年開展在溫壓的過程中采用模壁潤滑，以期鐵基零件的密度大于7.4g/cm3。我國“十五”863華南理工大學、北京科技大學和中南大學的溫壓研究項目也有這方面的內容。北京科技大學正加緊開發成本低、適用性強的干粉模壁潤滑裝置。

（4）溫壓溫度。沒有一成不變的溫壓溫度，也就是說*佳溫壓溫度（包括粉末溫度和模具溫度）的制定，必須根據零件的幾何尺寸來調整。加拿大QMP公司的經驗是同一種材質裝粉高度為1.0cm，*佳粉末溫度為140℃，裝粉高度為2.5cm和3.8cm時，*佳粉末溫度分別降到100℃和90℃左右。北京科技大學在理論上初步進行了分析，建立了一個溫壓壓制壓力、零件幾何尺寸和*佳溫壓溫度之間的因果關系，為制定溫壓工藝提供了一個量的預測方法。

就粉末溫度和模具溫度的高低而言，與ANCORDENSE溫壓工藝不同，北京科技大學強調了兩種不同的溫壓制度的:應用即保留式溫壓和排出式溫壓。這兩種不同的餓溫壓制度影響著而后的燒結制度的選擇。保留式溫壓在模具溫度低于潤滑劑的熔點范圍。潤滑劑在溫壓過后仍有相當一部分保留在壓坯之內；排出式溫壓指的是選擇模具的某一部分的溫度高于潤滑劑的熔點范圍，潤滑劑在完成了潤滑粉末顆粒的作用后大部分被排擠出壓坯。究竟選取何種溫壓制度必須根據零件尺寸、模具結構、批量大小和燒結工藝等因素進行綜合考慮。

2.2.3 燒結環節

當生坯密度大于7.2g/cm3，采用保留式溫壓方式壓制時會有相當多的潤滑劑被擠入封閉孔洞之中。燒結時不能簡單的采用通常的一次推桿爐一次燒結，必須采用低溫預燒，將潤滑劑在此溫度下分解出的CO，H2，N2排除。實驗表明，真空預燒可以較充分地排除潤滑劑，在氫氣中預燒次之。不低溫預燒，將使*終燒結密度低于溫壓壓制的生坯密度。溫壓-燒結工藝就整體效果看并不能提供密度產品。采用排出式溫壓可以簡化燒結工藝，但排出式溫壓工藝的應用對所生產零件的形狀和模具設計有較苛刻的要求。

2.2.4 后處理環節

后處理限指熱處理和表面強化處理。為了進一步提高溫壓-燒結燒結鋼零件的強度指標，試驗了在殘余孔洞周圍形成了貝氏體，基體形成馬氏體的可能性。研究表明Fe-Mo-Ni-Cu-C系，適當改變加入石墨的方式，完全可以實現燒結在線等溫處理,生產出密度大于7.3g/cm3,殘留孔洞周圍形成缺口不敏感性的下貝氏體組織,熱處理后抗拉強度大于1 200MPa.

這里提到的表層強化處理的概念是,通過強化燒結(液相燒結和強化燒結)在溫壓燒結鋼零件表層形成一定深度的全致密組織。為大幅度提高制品的疲勞強度創造條件。為開發溫壓轎車連桿預定技術保證，表層強化燒結溫壓燒結鋼的思路獲得了國家自然科學基金（2000～2003年）的資助，現已取得可喜進展。

3 產業化

3.1 強力發掘市場需求

高密度，高強度粉末冶金燒結鋼零件的市場需求是溫壓技術產業化的源動力。長期以來，中、低密度粉末冶金零件的市場已趨于飽和，其零件較低的強度性能對粉末冶金燒結鋼的市場聲譽有一定的負面影響。特別是應用粉末冶金產品的設計人員，往往對高強度、高密度存有疑慮。因此，市場開發人員應當真正了解溫壓產品的優異性能，以具體的技術數據，及國內外生產的主要產品如鏈輪、齒輪的經驗，作好開發工作。任何一個企業，如果在實際上沒有強力發掘市場需求的能力，在計劃時代還可能生存；那么在面臨加入WTO后嚴酷的競爭形勢面前，只能“坐以待（關）閉”。 

3.2 選擇正確的結合部

溫壓技術的產業化即國產化，只有充分結合我國產業的實際情況進行開發，才能可能獲得較大的進展。從國民經濟的全局看，粉末冶金行業是一個小產業，它的發展必須也只能依附于國民經濟支柱產業的發展。轎車產業的發展規劃曾經給粉末冶金的發展規劃帶來某種刺激。現在看來，真正把降低幾十公斤零件成本而采用粉末冶金產品這件事看得很重的發動機主機廠為數并不多。因此，高密度溫壓粉末零件的一大出路應當著眼于配件市場。只要高密度溫壓冶金零件的質量過硬，擁有了用戶，就一定會促進主機市場的開發，這就是市場的結合部問題。

其次是，溫壓技術與粉末冶金廠家本身的結合問題。沒有引進國外先進技術的粉末冶金廠家占多數，資金的投向一定是非“待閉”企業，因而是可持續發展或有可能持續發展的粉末冶金廠，溫壓技術必然會轉化成生產力。

3.3 市場經濟條件下的“研究—企業集合”體

國外溫壓技術從實驗室到產業化大致用了5年左右的時間。與其它先進技術相比，溫壓技術產業化的速度是快的。其中一條成功的經驗是，該技術從一開始就是以“研究—企業集合”的面貌出現的。粉末冶金工藝人員、壓機制造商、化工、化學研究人員，組成一個集合體來突破技術的各個環節。在這方面行業協會或學會應當發揮更大的作用。

溫壓技術產業化的根本出路在于，真正理解和掌握溫壓—燒結工藝系統的各個環節，在有可能持續發展的骨干粉末冶金企業的牽頭和帶動下，組成一個各方均可受益的粉末、制件、壓機、化工廠商和研究團體的“研究—企業集合”體，以典型的溫壓系列產品開拓鋼鐵粉末內冶金高密度、高強度零件的新市場。