中国粉体网讯 粉末锻造是一种将粉末冶金与精密锻造相结合的近净成形工艺，应用此技术制得的材料能够接近全致密化，以改善粉末冶金材料强度不足的缺点。
与传统锻造工艺不同的是，粉末锻造先利用粉末冶金方法制备具有一定形状的预成形坯，再将预成形坯置于保护气氛或真空环境下加热至一定温度，然后快速转移至经过预热的闭式锻模中进行锻造。
粉末锻造既具备粉末冶金切削加工少，材料利用率高的优点，又具备锻件相对密度高，组织细小，强度、韧性等力学性能好的特点。从二十世纪七十年代，我国陆续开始在粉末锻造材料、设备、产品等领域开展理论与实践研究，并在汽车行星齿轮、发动机连杆方面得到显著进展。
粉末锻造技术特点
粉末热锻工艺流程
（1）近净成形，材料利用率高
粉末锻造结合了粉末冶金与精密锻造两种工艺手段，同时也保留了两种工艺手段的技术特点。粉末冶金是一种近净成形工艺，压制后所得的预成形坯无需进行机加工，材料利用率可达到100%。精密模锻限制了材料在锻造过程中的塑性流动，锻后无飞边和加工余量产生，锻件的材料利用率能达到95%以上，远高于传统模锻钢。
（2）力学性能好
粉锻合金宏观成分均匀，不会出现铸造工艺中经常出现的成分偏析等问题。在锻前加热过程中，材料中有回复与再结晶现象的发生，晶界面积的增加抑制了晶粒的长大，使得组织均匀细化。锻造过程能够消除材料中的非闭合孔隙，消除孔隙的不利影响，有效地提高了材料的致密度。另外，锻造过程中锻压设备所产生的外力作用会使得晶粒破碎，从而达到细化晶粒的作用。
（3）尺寸精度高，模具寿命长
由于孔隙的存在，粉末冶金烧结件在锻造过程中的变形抗力较小，因此所需的锻造加热温度低于普通锻钢。较低的加热温度使得材料在锻造过程中基本无氧化皮的产生，因此锻件的表面尺寸精度较高。锻件较高的尺寸精度减少了模具的表面磨损，增加了模具的使用寿命。
4）生产效率高，成本低
粉末锻件生产简单，仅需经过压制成形、烧结、再加热与锻压等步骤，一些形状简单、精度要求较低的的锻件甚至无需经过整形等后处理，而普通模锻需要制坯、预锻、切边冲孔、清洗、精压等多道工序。因此，粉末锻造有效地提高了零件的生产效率并降低了生产成本。除此之外，材料利用率高、切削加工少、模具使用寿命长，这些特点均能降低粉末锻造零件的生产成本。
粉末锻造的工艺影响因素
粉料选取
粉末锻造对材料纯度要求较高，因此所使用的金属和非金属粉末原料的杂质与含氧量必须严格限制，又根据粉体颗粒的纯度、流动性能、压制性能及制备成本等综合考虑，粉锻工艺中通常采用纯度较高，流动性能较好，易于压制的雾化粉末作为原材料。
粉末锻造中应选择粒度分布范围较大的铁粉颗粒，以确保材料具有较好的压制性能与烧结性能。材料中所添加的合金元素的颗粒尺寸通常小于铁粉颗粒尺寸。但为了避免因粉料过细而造成的颗粒团聚等现象，合金元素的颗粒尺寸范围通常为45~75μm。
粉料混合
将试验或生产中所需的各类金属或非金属粉体原料，以及在压制过程中起润滑作用的硬脂酸锌等润滑剂或其他添加剂，放入混料机中进行机械混合，以得到满足工艺性能要求，并且均匀而无偏析的粉料。粉料的混合时间通常为5~60 min，以防止混料不均对材料组织和性能产生不利影响，以及混料时间过长引起的加工硬化。
预成形密度
当预成形密度较小时，材料中存在大量孔隙，锻造过程中所受的变形抗力较小，塑性变形能力强，更易发生宏观金属流动。因而只需要很小的锻造力，就可以使金属填满型腔中的间隙。并且，较小的变形抗力使得材料在锻造过程中对模具的损伤减小，延长模具使用时间，降低生产成本。但当预成形的密度过低时，原子间的结合力较低，锻造过程中锻件容易发生变形与开裂，因此预成形密度不宜选择过低。
烧结温度
若烧结温度过低则可能无法达到合金的再结晶温度，粉体颗粒之间不能相互接触、粘结以及形成烧结颈，使合金的强度与密度无法提升。提高合金的烧结温度，粉体颗粒的宏观流动与颗粒间的相互扩散将会加速进行，合金中的孔隙逐渐闭合，合金的密度与强度逐渐提高。但烧结温度过高时，合金中的晶粒会发生异常长大，甚至出现过烧现象，降低合金的性能。因此，粉末锻造合金的烧结温度需要根据合金的成分，以及所需求的力学性能等而综合选择。
粉末锻造工艺方法
粉末锻造根据工艺的不同可以分为粉末直接锻造、锻造烧结、烧结锻造三种。粉末直接锻造是将粉体颗粒压制成形后经过加热直接进行锻造。这种方法工艺简单，但由于颗粒间未经烧结形成原子间作用力，因而在锻造过程中容易产生破碎或裂痕。锻造烧结是指预成形坯先经过锻造，再将锻坯置于烧结炉中进行烧结。利用锻造烧结制得的成品力学性能较为优异，但同样由于锻前未经烧结，零件在锻造过程中容易产生破碎或裂痕。烧结锻造是预成形坯烧结后经过再加热至一定温度，在摩擦压力机等机械设备上进行锻造的工艺。
锻造温度
对于铁基锻轧材料，在锻造之前，需要利用箱式炉于保护气氛或利用感应加热炉于空气中将预制坯加热到一定温度，即始锻温度。为了保证锻造过程中合金具有良好的塑性变形能力，并且在锻后获得优异的组织性能，因此对合金的终锻温度同样具有一定的要求。
粉末锻造技术的应用
粉末锻造连杆
粉末锻造连杆是粉末锻造零件的典型代表，自1986年以来，已有超过5亿根粉锻连杆安装于各类汽车之上。粉末锻造连杆强度高，性能好，质量轻，汽车市场上应用的发动机连杆主要分为以Fe-(0.3~0.5)C-(0.2~0.4)Ni-(0.2~0.4)Mo-(0.3~0.4)Mn-(0.1~0.25)Mn为代表的铁-碳-镍-钼系粉锻连杆，以及以Fe-0.55C-2Cu为代表的铁-碳-铜系连杆。
粉末锻造齿轮
从上个世纪七十年代开始，多家粉末冶金科研院所以及各大高校，如中科院金属所，中南大学，北京粉末冶金研究所等相继开展了对粉末锻造齿轮的研究。经过几十年的发展，粉末锻造齿轮的性能得到了质的提升，利用粉末锻造技术制备齿轮，还可以大幅减少后续的机加工工序，显著降低连杆的生产成本。
参考来源：
[1]孙露：加工工艺对粉末锻造低合金钢显微组织与力学性能的影响，南京理工大学
[2]牛彤：高性能环形制件粉末锻造工艺研究，合肥工业大学
（中国粉体网编辑整理/平安）
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