英文
hotforging of powderpreform
简介
将未烧结的、预烧的或已烧结过的金属粉末预成形坯加热后在闭式模中锻造成零件的工艺。简称粉末热锻。它是结合传统粉末冶金工艺和精密模锻的一种新工艺。粉末锻件的相对密度可达98%以上，大大超过传统粉末冶金工艺所能达到的水平。且制件内部组织均匀，性能可接近甚至超过普通锻件。此外，粉末锻件的形状可比较复杂，飞边少，精度高。粉末热锻工艺也保留了粉末冶金工艺生产率高、材料利用率高以及少、无切削等特点。粉末热锻主要应用于各种铁基合金和锻钢、钛合金、铝合金和镍基高温合金等材料。
简史 粉末热锻始于1910年，当时研究成功了可锻钨。40年代初，德国和美国将其应用于铁粉锻造。但粉末热锻的迅速崛起是从60年代中期开始的。美、英、日、瑞典等国都建成了汽车齿轮等零件的粉末热锻生产自动线，有关粉末热锻的研究论文也陆续大量发表，这段时期内，粉末热锻工艺迅速发展。70年代仍继续发展。到了80年代，由于原料粉末价格、模具寿命等经济上的原因，粉末热锻的发展势头稍有降低。此后，粉末热锻工艺经受了考验而进一步完善。
工艺方法 粉末热锻方法有两种：(1)烧结锻造，用粉末冶金工艺将原料粉末成形为适当的预成形坯，烧结并冷却出炉后，重新加热至锻造温度进行锻造;(2)粉末锻造，将预成形坯烧结并在炉内冷却至锻造温度出炉锻造。中国多采用第(1)种方法。粉末锻件一般要进行热处理，有时还需对锻件补充加工。粉末热锻的原料粉以雾化预合金粉为宜。锻造初期，锻模需适当预热，当锻造一定数量的零件后，需考虑模具的冷却问题。在模壁上涂以石墨基或非石墨基的润滑剂可减少摩擦。预成形坯必须在保护气氛中加热以防氧化和脱碳。加热方式有中频感应加热和电阻炉加热两种。粉末热锻设备主要有摩擦螺旋压力机、液压螺旋压力机、电动螺旋压力机和离合式螺旋压力机4种。
基本原理 粉末预成形坯锻造的基本原理已由美国库恩(H.A.Kuhn)等人进行了详细的研究。预成形坯由于存在孔隙，其锻造时的变形行为与致密金属锻造有很大差别。致密金属内部无孔，锻造变形时，金属体积在变形前后都保持不变。致密圆柱体无摩擦单轴压缩时，其横向应变与高度应变的比值——泊松比保持为常数0.5。而多孔预成形坯锻造时，高度压缩使部分材料流入孔隙而体积缩小，且横向应变大大小于高度应变。因此，多孔预成形坯锻造不但伴有明显的体积变化，泊松比小于0.5，而且泊松比值不为常数，而是随变形的进行而变化。多孔预成形坯的另一特点是在变形初期的变形抗力较致密体低，而且在相同变形条件下，多孔预成形坯的塑性低于相应的致密体，因而更容易开裂。
预成形坯设计 多孔预成形坯在有摩擦的单轴压缩时存在一种周向拉应力，它会使坯块的鼓形表面产生裂纹。摩擦力增加和预成形坯的高径比减小，都会使鼓形表面曲率增加，周向拉应力提高，裂纹则愈易产生。因此，预成形坯的设计和制造是粉末锻造的关键问题之一。设计时应考虑选择适当的横向流动量。横向流动量增大，有利于提高锻件的力学性能，但也增加开裂的可能性。因此，最理想的横向流动量是：使预成形坯的自由鼓形表面在将要开裂前就与模壁相接触，从而使表面的拉应力转变为压应力，以防止裂纹产生。剩余的致密化以复压方式完成。预成形坯的形状有简单形状和与成品相似的复杂形状两种形式。前者在锻造时金属流动量大，锻件力学性能高，但容易产生裂纹，模具寿命较低，适合于制造不带尖角的制品。后者的优缺点与前者相反，适合于制造形状复杂带尖角的制品。此外，预成形坯的形状设计还应从装模和脱模方便、容易自动定位找正和尽量减少与锻模的接触面积，以减少热量损失等方面来考虑。预成形坯的密度一般以相对密度80%为宜，单重偏差应精确控制在±0.5%左右。