压制速度高
目前在Hydropulsor公司的高速压制成形机上实现的压制速度为2～10m·s-1,压制速度比常规压制的高2～3个量级,是自由锻锤的速度的2倍以上。在对国内外不同工艺、不同公司生产的铁粉、铜粉、软磁材料等典型金属粉末进行的高速压制的研究中,得到了如研究者所期望的相同的密度变化规律,即随着压制速度的提高,压制压力的增加,生坯密度得到提高。北京科技大学在HYP35-2型设备上采用赫格纳斯公司生产的雾化铁粉以及北京有研粉末公司生产的电解铜粉进行高速压制的实验结果发现,生坯密度随压制速度的增大而增加较快,当压制速度超过7.9m·s-1后生坯密度的增长趋缓。
压坯密度高且密度分布均匀
高速压制时压制压力由静压变成动压,粉末体受到静压力P和动量mv的作用,作用时间短,瞬时冲击力F=mv/t很大,从而使压坯的密度相对提高。赫格纳斯公司对不同成分的铁基零件材料进行了实验,D.AE是Fe4Ni115Cu015Mo的母合金混合粉末,AstaloyCrM是水雾化Fe3Cr015Mo的预合金粉末,HVC使2种成分的材料的生坯密度提高0.3g·cm-3。对316L不锈钢的实验表明,生坯密度提高0.25g·cm-3。高速压制的生坯密度与其他粉末冶金工艺相比,优势是很明显的,HVC技术不仅可以获得高密度零件,而且密度均匀,零件不同部位的密度差减到最小。在高速压制时压坯沿轴向的密度分布要比静压时均匀,对于长径比为6.7的圆柱体零件来说,烧结体的密度差为0.2g·cm-3。
多次压制提高密度
在常规的压制条件下,压坯的密度主要取决于压制压力,而高速压制的压坯密度取决于压制能量,极短时间内的多次高速压制使压制能量得以累加,使粉末的致密度提高,如在4000J能量的冲击下达到的生坯密度可以用2000J的能量2次冲击来完成,这就为使用中小型的设备生产大尺寸零件提供了可能。
弹性后效低,脱模压力小
高速压制时压坯的弹性后效低于常规压制。Erics-son等发现,ASC100129水雾化粉成形的直径为31mm的圆柱体,其弹性后效较常规压制低40%。低的弹性后效降低了脱模压力。高速压制时的侧压系数明显低于静态压制。在一定的材料和压坯的密度条件下,高速压制时的脱模压力比静态压制低1.5～2.5倍。
优异的综合性能
提高材料密度及其均匀性是提高粉末冶金制品性能的有效措施。HVC使粉末冶金材料的性能明显改善。SkoglundP等的研究发现,材料的硬度和抗拉强度随着密度的增加成比例提高,AstaloyCrM+014%C粉末最大密度值接近7.6g/cm3,硬度为3400MPa,屈服强度和抗拉强度分别达到800MPa和1150MPa,疲劳极限为380MPa。如果经高温烧结和烧结硬化工艺处理,AstaloyCrM+0.4%C合金的屈服强度大于1200MPa,抗拉强度接近1400MPa[21]。对于AstaloybMo+0.2%C粉末的最大压制密度为717g/cm3,经表面渗碳+淬火工艺,弯曲疲劳极限大于550MPa。
生产率高,可经济成形大型零件
HVC整个压制过程实现全自动化,极大地提高了生产效率。由于压坯的高密度可以缩短烧结时间,所以进一步有利于晶粒度的控制,进而提升制品的性能,并降低了成本[31]。由表1的生产成本与制品密度之间的性价比来看,对制备高密度、高性能的P/M零部件来说,HVC一次压制在成本与性能之间找到了最佳结合点。HVC2次压制和粉末锻造工艺相比具有成本优势。因此HVC有着广泛的应用前景,适用于制备阀门、简单齿轮、气门导筒、主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、轴套与轴承套圈和凸轮凸角机构等产品。
(来源：中国材料进展）
