粉末冶金高速压制成形技术最新研究进展.pdf

第 2 2 卷第 2 期 2 0 1 2年 4月 粉 末 冶 金 工 业 POW DER M ET ALLURGY I NDUS T RY V0 1 ． 22 NO ．2 Apr ．20 12 粉末冶金高速压制成形技术最新研究进展 马春 宇 ， 肖志瑜 ’ ， 李 超杰 ’ ， 陈进 ’ 1 ．华南理工大学机械与汽车工程学 院 ， 广州 5 1 0 6 4 0 ； 2 ． 广州 番禺职业技术学 院 ， 广州 5 1 1 4 8 3 摘 要 高速 压制 成形技 术 近几年 取得 了快速发展 ， 本文从 成 形装备 、 模 具结 构优化 、 成 形过程 数值模拟 、 致密化机理、 成分体 系适应性等方面的最新研 究成果进行 综述 ， 并对粉末 冶金 高速 压制成形技术的发展方向进行分析与展 望， 以期对高速压制技术的进一步发展提供参考。 关键 词 粉 末 冶金 ；高速压 制 ；研 究进展 中图分类 号 TF 1 2 4 ． 3 文献 标识 码 A 文章 编号 1 0 0 6 6 5 4 3 2 0 1 2 0 2 0 0 5 5 0 6 RECENT PROGRESS ON H I GH VELOCI TY COM PACTI ON TECH NOLOGY I N POW DER M ETA LLURGY MA Ch u n - y u ， XI AO Zh i - y u ， L I C h a o - j i e 。 CHEN J i n 1 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d Au t o mo t i v e E n g i n e e r i n g ， S o u t h C h i n a Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y 。 Gu a n g z h o u 5 1 0 6 4 0， Ch i n a ； 2 ． Gu a n g z h o u Pa n y u P o l y t e c h n i c。 Gu a n g z h o u 5 1 1 4 8 3 ， Ch i n a Abs t r a c t Tr e m e nd ou s p r og r e s s i n hi g h v e l o c i t y c omp a c t i on t e c hn ol o g y， i nc l ud i ng de ve l o p me nt o f c omp a c t i on e qu i p m e nt ， o pt i mi z a t i o n o f di e s t r u c t u r e ， nu m e r i c a l a n a l y s i s o f c o mpa c t i o n p r o c e s s ， me c h a ni s m o f de ns i f i c a t i on a n d t he a d a pt a bi l i t y o f m a t e r i a l we r e o v e r v i e we d． The r e s e a r c h i n t e r e s t s o n h i gh v e l o c i t y c o m p a c t i on t e c hno l o gy i n t he f ut ur e we r e an a l y z e d a s we l 1 ． Ke y wo r ds p owd e r m e t a l l ur g y； hi gh ve l o c i t y c o mpa c t i o n； r e s e a r c h pr o gr e s s 高 速 压 制 h i g h v e l o c i t y c o mp a c t i o n ， 简 称 HV C _ 1 成形技术是 瑞典 H6 g a n O s公 司和 Hy d r o p u l s o r公 司于 2 0 0 1年 共 同 开发 的一 种 粉 末 冶 金新 技术。其基本原理是通过高速运动的锤头产生强烈 的冲击应力波 ， 在 0 ． 0 2 8内将冲击能量通过压模传 递给粉末进行致密化， 通过附加间隔 0 ． 3 S的高频 冲击应力波可以进一 步提高材料的密度， 强烈的冲 击压制使金属粉末制品达 到高密度 ， 从而使制品性 能更加优异 。由于成形原理 的特殊性 ， 高速压制技 术具有密度高且分布均匀 、 径 向弹性后效小容易脱 模、 生产率高 、 成本低等诸多优势 ， 因此高速压制技 术被 认 为是粉 末冶 金行 业 寻求低 成本 高密 度材 料加 工技术的又一次新突破 ， 成为近几年的研究热点 ， 尤 其引起了美国、 法国、 瑞典等工业发达国家的高度重 视 ， 如 美 国 国防 部 出 资 1 0 0万 美 元 资 助 L MC公 司 研究采用 HVC技术 压制致密 的钛粉末冶金制 品， 而美 国的粉末 冶金 技术 中心 C P MT 也 开 始 了 旨在 通过 单 次压制 制备 “ 全密 度 ” 粉末 冶 金 材 料 的计 划 ， 并将 HV C作为第一阶段的主要研究方 向。为了推 动高速压制成形技术 的快速发展 ， 作 者将从成形装 备、 模具结构优化、 成形过程数值模拟、 致密化机理 、 成分体系适应性等几方面对高速压制成形技术近几 年的最新研究进展进行综述， 并对粉末冶金高速压 制 的发展 方 向进行分 析 与展望 。 收稿 日期 2 0 1 1 一o 9 2 0 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 5 0 8 7 4 0 5 1 、 广东省产学研项 目 0 9 1 2 2 1 0 5 0 0 0 0 8 和 国家金属材料近净成形工程技术研究 中心开放基 金 项 目 2 0 1 1 0 0 3 作者简介 马春宇 1 9 8 1 一 ， 男 汉 ， 内蒙古人 ， 博士研究生 ， 研究方向为粉末冶金高速压 制技术 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 6 粉末冶金工业 第 2 2卷 1 高速压制成形技术最新研究进展 1 ． 1成形 装备 成形设备是实现粉末冶金高速压制成形的硬件 基础 ， 是发挥高速压制成形技术优势的前提条件 ， 因 此成形设备的研究进展也是高速压制技术研究人员 关注的重点。为使冲击锤头获得高速度和高能量脉 冲， 目前可 以采用的技术包括压缩空气、 燃烧汽油一 空气混合气、 爆炸、 电容器放电、 叠并磁场、 磁力驱动 和机械 弹簧等 [ 2 ] 。 目前 ， 基 于液 压驱动 、 重力 势能 驱 动 、 机械弹簧蓄能驱动 的高速压制成形设备进展较 快 。 Hy d r o p u l s o r 公司以专利技术液压动力单位控 制油路系统实现锤头的高速下降和提升 ， 可实现高 速的冲击压制和在极短时间间隔内多次高速压制 ， 该公司已经成功开发出第 四代 HVC压机 ， 可供应 2 0 0 0 t 、 9 0 0 t 、 3 5 0 t 、 1 O 0 t 等不 同规格的机型 ， 并销 往多个 国家和地 区， 对高速压制成形技术 的研究起 到积极的推动作用 。但该类 HVC成形设备成本较 高 、 售 价 高 昂 ， 且 压制 速度 通常在 1 0 m／ s 以下 ， 无 加 热等辅助装置 ， 在一定程度上限制了它的普及。 重力势能驱动 的 HVC成形装 置具有成本 低 廉 ， 压制速度调节范围大等优势引起 了研究人员 的 高度重视 ， 华南理工大学 肖志瑜教授等人 3 自行设 计制造了一种重锤式 温粉末 高速压制成形试验装 置 。该装置采用独特 的冲击结构 ， 直接利用重力势 能获得压制能量 ， 通过调节重锤下落高度获得不 同 的冲击速度 ， 最大理论速度可达 1 8 ． 7 8 m／ s ， 与 Ku ma r l 4 等人采用的重锤式试验装置冲击速度 只能达 到 1 0 m／ s 相比， 具有明显的优势。该装置通过加热 圈直 接对模 具进 行加 热 ， 替 代 了热 油加 热 ， 简 化 了加 热元件的安装 ， 加热温度可 以精确控制， 通过测温仪 可以读出模具温度。同时 ， 拿掉加热圈， 就可 以进行 传统的高速压制 ， 从而进行高速压制和温高速压制 的对比实验 ， 为研究提供了极大的方便。 华南理工大学邵明教授等人l 5 ] ， 自行设计和制 造 了一种基于机械弹簧蓄能的粉末冶金高速压制压 力机 ， 并用于基础探索研究。该设备可以将气动、 液 压或其他动力机构能量储蓄在机械弹簧中， 通过一 个锤柄锁紧释放机构将压缩弹簧的机械势能瞬问释 放， 驱动冲击锤头达到 1 0 m／ s以上的高速度， 使压 制瞬间的重锤 冲击速度达到 HVC技术 的要求 ， 并 将冲击波通过上模冲传递给金属粉末颗粒 ， 使其在 极 短 时间 内致 密成 形 。 1 ． 2 模 具 结构 优化 模具的稳定性和寿命影响着高速压制技术 的工 业化应用 ， 而改善高速压制模具寿命 的手段不外乎 于合理选材和优化模具结构设计 。在高速压制过程 中， 上模 冲要承受剧烈的冲击 ， 因此宜选用韧性好的 材料 ； 而模具结构优化方面 ， 一般认为冲锤与模 冲直 径相等且均为等截面杆时， 对模 冲寿命和撞击效率 来说 都 是 最 佳 选 择， 但 这 势 必 会 缩小 高速 压 制 HVC 技术的应用范围， 因此需要对模具进行进一 步的结构优化 ， 目前利用高速压制技术除已成功制 备了圆柱体、 环形、 棒体和凸轮等单层零件外 ， 还可 以成功制备 轴承 盖、 牙 齿 冒等 复杂 多级产 品。如 Hi n z ma n n 等人即成功设计出可用于多级零部件 高速压制成形的模具 ， 他指 出模具设计时采用单个 上模冲和每级一个下模冲的结构更有利于模具寿命 和冲击能量的传递； L e I 7 等人用高速压制 的方法将 WC F e 等材 质成 功压制 成 多级试 样 ， 并 对界 面 的凝 聚力 和界 面几 何尺 寸进 行 了分 析 ； 法 国机 械工 程 技 术中心 C E T I M 采用 HVC技术成功制备 了多 阶 零件和有 内齿或沿高度方 向有外齿 的复杂形状部 件 8 ； E r i k s s o n等人- g 采 用 HVC和弹性模 相结合 的方法 ， 使冲击能量通过弹性模 以准等静压方式转 移至零件的不 同部位进行压制 ， 成功制备 了形状复 杂 的 3 D齿 帽零件 。 1 ． 3成形过 程数值 模 拟 数值模拟能大幅度降低设计成本 、 缩短设计周 期 ， 因此对高速压制致密 化过程的数值模拟也是 近 几年 的研究 热 点 。对 于粉 末 压 制 成形 的数 值 模拟 ， 目前主要是基于金属塑性力学和广义塑性力学两种 方法 ， 但在低密度情况下 ， 其假设条件与实际情况有 出入 ， 因此在实际应用中， 粉末压制模型是以完全致 密化材料的基本模型为基础 ， 加上给定的一系列引 起塑性流动 的条件而建立 的。Ha g g b l a d [ 1 0 , 1 1 ] 等利 用 Ho p k i n s o n实验装 置对硅胶 和钛 粉进行高速压 制 ， 根据 所得数 据分 别建 立 了相应 的数学 模型 ， 用有 限元法模拟了硅胶模 中压制钛粉的情况得 出密度分 布和最佳尺寸设计 ， 其结果 与实验结果一致 。中南 大学的郑洲顺教授n 等对高速压 制成形过程 中应 力波的传播特征和粉末流动过程进行了数学建模和 数值模拟 ， 其研究结果表明， 高速压制过程中， 应力 波的传播会使粉末应力突跃到峰值 ， 每层 的应力峰 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 马春宇等 粉末 冶金高速压制成形技术最新研究进展 5 7 值 随时间以指数衰减 ， 从上层到下 层应力峰值呈指 数下降； 应力波作用后 ， 铁粉压坯垂直方 向的线密度 值从上层到底层递减 ， 中间各层的线密度均匀； 压制 过程开始后 ， 密度最先变化 的是底层的单元 ， 它们之 间 的空隙迅 速缩 小 对 应 颗 粒 重排 ， 顶 层 的单 元 继 续 往下 运动 对应 颗 粒 塑 性 变形 ， 顶 层 颗 粒 受 压继 续往下运动而底层颗粒运动基本达到平衡 ， 粉末的 密 度分 布开 始趋 于 均 匀 ， 这一 过 程 与 高 速 压 制 成形 的试验结果 相符[ 1 。J e r i e r等_ 1 建立 了一种 高密 度粉体接触模型 ， 并在 YADE开源软件系统上进行 了离散元 DE M 数值模拟 ， 其结果与多粒子有限元 数值模拟及试验结果 吻合程度均较高， 在一定程度 上克服了离散元法 DE M 数值模 拟不 能正确 推演 高密 度粉 末 压制过 程 应 力 演 变 的 缺 点 ， 为金 属粉 末 高密度压制的数值模拟拓展了新理论和新方法 。秦 宣云_ 1 等通过等效热阻法建立 了粉末散体空 间导 热 的并联 模 型 ， 并考 虑 了热辐 射 的贡献 ， 推 导 的有效 导热率的计算公式表达 了分形维数、 温度对有效导 热率的影响。 1 ． 4致 密化 机理 高速压制技术 已经成功用于生产实际， 但 高速 压制的致密化机理 目前 尚无定论 ， HVC致密化机理 的分 析 也一 直 是 研究 热 点 之一 。果 世 驹教 授 等 人n 胡提 出了“ 热 软化 剪切 致密 化 机 制” ， 据 此 给 出 了 相应的压制方程 ， 该方程可合理地定性 与定量解释 高速 压制 下粉末 压 坯 的致 密 化行 为与 特性 ； S e t h i 等 人[ 2 认为 HVC过程 中并无 冲击波产生 ， 粉 末体受 冲击时， 应力波形是一种逐渐上升的波形 ， 在冲击速 度不是非常高的情况下 ， 很难在 粉末 内产生真正的 冲击波； 北京科技大学曲选辉教授等人_ 1 对铁 粉、 铜粉、 钛粉等多种粉末 进行 的压 制中证 明了 HVC 过程中温升现象的存在 ， 但并未发现绝热剪切现象； 易 明军 等[ 】 初 步研 究 了 HVC过程 中应力 波 波形 的 基 本特 征 和对压坯 质 量 的影 响 ， 结果 表 明 ， 应力 波 为 锯齿波形 ， 每一个加载波形上都有数个极值点 ， 其持 续 时 间受 加 载速 率 的影 响 ， 且 应 力 波 在 自由端 面反 射后会造成拉应力 ， 从而导致压坯表面分层和剥落 。 陈进_ 】 对高速压制致密化机理进行 了初步探讨 ， 他 认为粉末剧烈的塑性变形和颗粒间的摩擦产生较大 温升 ， 对粉末致密化起到主导作用。此外在成形过 程中， 气体绝热压缩对致密化也起到了重要 的作用 ， 即在高速压制时 ， 瞬间内气体难 以逸 出而产 生绝热 压缩 ， 使温度升高 ， 从而使孔隙中气体分子的热运动 加速 ， 使粉末散体的传热增强 ， 能量沉积在颗粒界面 而使其软化 ， 有利于进一步致密化 。 此外 ， 高速压制 的压坯密度不仅取决于冲击能 量 ， 还与压坯质量有很大关系， 因此应该采用既能体 现 冲击 能量 又能反 映压 坯质 量 的质量 能量密 度 的概 念 ， 即单位质量的压坯在压制过程中所受到的冲击 能量， 单位为 J ／ g 。闫志巧等_ 2 。 通过钛粉高速压制 试验 得知 ， 对外 径 6 0 mm 内径 3 0 mm 圆环 形压 坯 ， 质量能量密度为 4 O ． 1 J ／ g时相对密度达到 7 6 ． 2 ； 而对 直径 2 O mm 的 圆柱 形 压 坯 ， 质 量 能 量 密 度 为 1 2 1 ． 7 J ／ g时 相 对 密度 达 到 9 6 ． 0 ％ ； 不 同压 坯 形 状 的致 密化 机理有 所 不 同 ， 圆环形 压 坯 主 要 以 颗粒 滑 动和颗粒重排为主 ， 而圆柱形压坯主要 以塑性变形 为 主 。 目前 HVC研究 的压 制 速 度 一般 在 1 0 m／ s左 右， 其机理无法套用爆炸成形的致密化机理， 需要进 一 步进行研究与探索 ， 尤其是重点研究粉末 颗粒 的 微观行为 ， 如粉末塑性变形 、 粉末碎裂等 ， 以及粉末 颗粒界面的显微组织形成与演变 ， 粉末颗粒边界 的 扩散 、 焊合过程 ， 孑 L 隙形状的演变等现象。 1 ． 5 H V C的成 分体 系适 应性 近几 年 ， 国内外 研 究 人 员 已 经对 铁 粉 、 铜 粉 、 钛 粉、 合金钢粉末 、 软磁材料以及聚合物等成分体系的 高速压制致密化行为进行 了初步探索， 如 B o s L 2 等 人 所在 的 S KF公 司 用 HV C技 术 大规 模 制 备 高 密 度 、 高强度的铁基和 3 1 6 L不锈钢零件 ， 所生产的铁 基齿轮件密度可达 7 ． 7 g ／ c m。 ； 王建 忠 。 等人对 铁粉和铜粉的高速压制试验表明 单次压制铁粉时， 当冲击 能量增加到 6 5 1 0 J时生坯密度达到 7 ． 3 3 6 g ／ c m。 ， 相对密度约为 9 7 ； 单 次压制铜粉时， 当冲 击能量为 6 0 7 6 J时， 试样 的生坯密度达到最大， 为 8 ． 4 2 g ／ c m。 ， 相对 密度约为 9 5 ； E r i k s s o n [ 2 等人 采用 HVC技 术制 备 了致 密 度 为 9 8 ． 5 ％ 的钛／ 羟基 磷 灰石 复合 压 坯 ， 在 5 0 0 ℃ 的低 温 即 可 实 现 材料 的 烧结 ； 闫志巧 等人 的研究表 明， 高速压制 可制备 高密度的钛粉压坯 ， 当冲击能量为 1 2 1 7 J时， 直径 为 2 0 mm 圆柱试 样 的 压坯 密度 最 大， 达 到 4 ． 3 8 g ／ c m。 ， 相对密度为 9 7 ． 4 ％ ； 中南大学的王志法口 ． 2 7 _ 教授等人 在 9 5 0 ℃高速 压制获得 了相对 密度大 于 8 O ． 6 5 的 w 骨 架 ， 从 而 为 高 温熔 渗 制 备 9 0 W一 1 0 C u复合 材料 奠定 了基础 ； An d e r s s o n [ 2 。 等 人指 出， 由于高速压制 HVc 技术能显著提高磁粉的压 制密度 ， 从而能大幅提高其磁性能 ， 使软磁材料具有 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 8 粉末冶金工业 第 2 2卷 更强的竞争力和更广泛的应用范围； P o i t o u 等人 对聚四氟乙烯进行高速压制 ， 发现其密度 、 晶体质量 分数、 抗磨损性能等物理和力学性能相对常规压制 有所提高 ； J a u f f r e s c 。 等人采用高速压制技术对超 大分子量聚乙烯进行成形 ， 研究发现其杨 氏模量、 延 伸率 、 屈服强度 、 蠕变强度和耐磨性等各项性能指标 均优于传统压制成形方法 。 在上述研究的基础上 ， 应进一步拓展合金钢粉 末 、 复合材料粉末、 铜合金粉末、 钨合金粉末 、 铝合金 粉末、 磁性材料及非晶合金材料等成分体系的高速 压制技术 ， 从而为制备高密度高性能粉末冶金制品 提 供新 途径 。 2 高速压制成形技术 的发展方 向 高速压制是在传统模压中输入高速度机械能产 生的新型压制技术 ， 作为近十年才发展起来 的一种 新技术 ， 其相关基础研究还不够系统和深入。此外 ， 为了进行技术创新 ， 可 以考虑将高速压制技术与温 压 、 模壁润滑 、 复压复烧等工艺有机地结合起来， 更 深入 、 更全面地进行探索。尤其要深化以下几个方 面 的研究 2 ． 1 温 高速压 制 华南理工大学 肖志瑜教授等人【 3 提出了一种高 速压制和温压相结合的温高速压制 wa r m h i g h v e l o c i t y c o mp a c t i o n ， 简称 WHVC 技 术 的 思 路 ， 并 设 计制造 出了实验装备 ， 开展了相关基础研究 ， 并取得 一 系列研究成果 。其实验结果 表明， 温高速压制能 否获得更高的压坯密度， 取决于粉末的种类和特性 。 对于 3 1 6 L不锈钢粉末 、 混合铁粉 、 电解铜粉等粉末 来说 ， 温高速压制压坯密度高于传统高速压制 ， 这是 因为 1 在温 度场 条 件下 ， 粉末 中潮 气得 到 充 分 挥 发 ， 同时粉 末 中气体 也得 到较好 地排 出 ； 2 在一 定 的加热温度下能够降低粉末 的屈服强度 ， 延缓其加 工硬化程度并提高其塑性变形能力 ， 塑性变形能力 的改善为颗粒重排过程提供协调性变形 ， 克服粉末 颗粒之间的相互牵制 ， 从而降低颗粒重排阻力 ， 有利 于颗粒重排的充分进行。而对 于铝粉来说 ， 温高速 压制和传统高速压制致密化程度相差不大， 这是 因 为铝是面心立方结构 的金属 ， 且具有 1 2个滑移系 ， 发生滑移的临界分切应力很小， 塑性变形能力非常 高， 传统高速压制 已经能够 达到理想的压坯密度。 在实验基础上 ， 还对温高速压制的致密化机理和应 力波特点进行了分析， 认为在致密化过程 中温升效 应起了很大作用， 致密化过程 主要 以剧烈塑性变形 和颗粒冷焊为主。截止 目前 ， 温粉末高速压制成形 技 术 的研 究 只有华 南 理 工大 学 开 展 ， 其研 究 具 有 前 瞻性和新颖性 ， 有望在高密度成形中获得新 的突破。 2 ． 2 润滑条 件对 HV C结 果的影 响 由于高速压制 自身的特点 ， HVC成形粉末时可 在少量润滑剂甚至无润滑剂 的条件下成形 ， 减少 了脱脂和间隙元素引起 的污染 。如何在润滑剂最少 的前 提下 获得最 理想 的致密 化程 度是一 个重 要 的研 究 目标 。 对于铁基、 铜基等成形性较好的粉末通常采用 模壁润滑 即外润滑 ， 如邓三才等[ 3 。 研究了模壁润 滑 对 F e - 2 C u 一 1 C粉末 高 速压 制 成形 效 果 的影 响 ， 研 究 结果 表 明 ， 模壁 润滑 能 有 效 降低 粉 末 与模 壁 之 间 的摩擦 ， 减少粉末颗粒与模壁冷焊的机会 ，相对提 高有效压制压力 ， 从而获得较高的生坯密度和生坯 强度 ， 以及较弱的弹性后效 ； 此外 ， 在相 同压制速度 时， 有模壁润滑时的最大冲击力要高于无模壁润滑 时的最大冲击力 ， 且脱模力要小 5 ～2 0 k N。对于钛 粉、 钼粉等高硬化速率粉末的高速压制 ， 通常采用内 部添加润滑剂的方式 即内润滑 ， 如闫志巧等人[ 3 ] 研究 了润滑剂含量对钛粉 高速压制性 能的影响， 结 果表明， 加入适量的润滑剂 ， 可以提高钛粉成形时的 质量能量密度 ， 从而获得更高密度的压坯 。当润滑 剂 加入 量为 0 ． 3 质 量分 数 时 ， 钛 粉 成 形 的最 大 质量 能量 密 度 为 0 ． 1 9 2 k J ／ g ， 压 坯 密 度 为 4 ． 3 8 g ／ c m。 ， 相对密度为 9 7 ． 4 。此外 ， 适量的润滑剂能 提高钛粉压制过程中的最大冲击力降低脱模力 ， 但 却会显著降低压坯的强度 ， 密度较低 的纯钛压坯 的 强度显著高于致密度较高的含润滑剂压坯。对于不 同润 滑剂 含量 的压坯 ， 当密 度接 近时 ， 其 强度 相差不 大 。 在更广泛的成分体系 内， 研究润滑方式 、 润滑剂 种类 、 润滑剂添加量对高速压制成形效果的影响 ， 开 发适合高速压制条件下的新型润滑剂 ， 如高分子极 性润滑剂、 大分子极性润滑剂 、 无机层间化合物润滑 剂等都是今后较有价值的研究方 向。 2 ． 3复压 复烧对 HV C效 果的影 响 一 般认为 ， 与传统压制压坯密度只取决于压制 压力而不随压制次数 的增加 而显著提高不同， 高速 压制的能量是可以累加的， 即可以通过多次小 冲击 能量的压制得到与一 次大冲击 能量 压制相 同的效 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 马春宇等 粉末冶金高速压制成形技术最新研究进展 5 9 果， 但王建忠等l_ 3 5 _ 对铁粉进行高速压制 时发 现， 在 总冲击能量相同的情况下 ， 分两次压制制备 的压坯 密 度 最 大 ， 分 三 次 压 制 的最 小 ， 一 次 压 制 的居 中。 Me t e c 粉末冶金公 司采用高速复压技术 HVR 制 造 出密度 为 7 ． 7 g ／ c m。的铁 基 粉 末 冶 金 制 品 ， 此 外 还通过高速 压制 3 1 6 L不锈钢 金属粉和 1 3 8 5 ℃烧 结工艺生产出高密度不锈钢零件 ， 此类不锈钢制品 在抗拉强度 、 冲击韧性 和延展性等方面性能均较为 突出。陈进等[ 3 ] 在多次压制 的基础上对铁 粉进行 了复 压试验 ， 即在两 次 高 速 压 制之 间 引入 预 烧 结 工 序 ， 其研 究 结果表 明 ， 在 冲击 能 量 相 同 的条件 下 ，复 压 I-次高速压制得到的生坯 的密度更高 ， 且随着 复压冲击能量的增加生坯密度逐渐增大 ， 在相同复 压 冲击能量下 ， 预烧结温度为 7 8 0 ℃时生坯密度最 高 ， 径向弹性后效最小 。复压能大 幅度提高生坯密 度 ， 主要是 因为 压坯 经 过 预 烧结 阶段 的 回复 与 再结 晶 ， 粉末 颗 粒 的强度 和硬度 下 降 ， 弹性 储 能得 到一 定 的释放 ， 再 进行 复压后 ， 润 滑剂 的去 除促 进更 多 的粉 末颗粒发生塑性变形 、 微观焊接和熔合， 颗粒界面得 以消失 ， 这有 利 于致密 度 的提 高 。此外 ， 复压能 量更 多 用 于预压 坯 的塑性 变形 ， 弹性 能量 释放 的少 ， 一定 程度上减轻了压坯尺寸的弹性膨胀 ， 使得压坯 与模 具模壁的摩擦减小 ， 从而导致复压时 的脱模力 较单 次高速压制 时显著降低。F e C粉末复压压坯经过 复烧之后 ， 密度高， 孔隙少 ， 珠光体较多且分布均匀 ， 裂纹可能在晶粒内部沿着珠光体相或颗粒“ 烧结” 界 面展开 ， 诱发了沿 晶断裂 ， 使得抗弯强度 明显增强 。 复压复烧工艺是进一步发挥高速压制优越性 的重要 方 向之一 ， 需要 进行 更 广泛 、 更细 致 、 更 深 入的研 究 。 3 结语 高速压制是近十年来 ， 国外探索 的一种成本低 于粉 末锻 造 ， 密度 和 性 能接 近 粉 末 锻 造 的成 形 新 技 术 ， 目前已引起 了国内外的高度重视 ， 正呈现出加速 发展的态势 ， 但距离实现大规模、 大范围工业化应用 仍存在一定距 离 ， 成形设 备 的普及 、 模具结 构的优 化、 模具寿命 的改善 、 致密化机理的明确等关键问题 仍需进一步探索， 此外 ， 还需要将高速压制技术与温 压、 模壁润滑、 复压复烧等工艺进行交叉复合 ， 以实 现更多的技术创新。加强对高速压制技术的专项研 究 ， 不但有利于更深入地了解其过程特征， 还有利于 提高我国粉末冶金零件 的制备 能力 ， 具有重要 的学 术 意 义和实 用价 值 。 参 考 文献 [ 1 ] S k o g l u n d P ， K e j z e l ma n M， Ha u e r I ． Hi g h d e n s i t y P ／ M c o mp o n e n t s b y h i g h v e l o c i t y c o mp a c t i o n[ J ] ．Ad v a n c e s i n P o wd e r Me t a l l u r g y a n d Pa r t i c u l a t e M a t e r i a l s，2 00 2 4 8 5． I- 2 ] S e t h i G， Ha u c k E， G e r ma n R M．Hi g h v e l o c i t y c o m p a c t i o n c o mp a r e d wi t h c o n v e n t i o n a l c o mp a c t i o n[ J ] ． Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ，2 0 0 6，2 2 8 9 5 5 9 59 ． [ 3 ] Ta n g C Y， X i a o z Y， C h e n J， e t a 1 ．I n C o mp a c t i o n e x pe r i me n t o n t h e ne wl y de s i g ne d wa r m hi gh ve l o c i t y c o mp a c t i o n e q u i p me n t [ C ] ，2 0 1 0 I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e nc e on M a nu f a c t ur i n g Eng i ne e r i ng a nd Aut o ma t i on， I CM EA2 O1 0，Tr a ns Tec h Pub l i c a t i on s， 2 01 0 4 85 4 88 ． [ 4 7 Ku ma r D R，Ku ma r R K ，P h i l i p P ．I n v e s t i g a t i o n s o n d yn a mi c c o mpa c t i o n of me t a l po wde r sPa r t 1Ex pe r i me n t a l [ J ] ．P o wd e r Me t a l l u r g y ， 2 0 0 2 ， 4 5 3 2 1 9 2 2 6 ． I- 5 ] Gu a n H J， S h a o M ， Xi a o z Y．De s i g n a n d S i mu l a t i o n Ba s e d o n Vi r t ua l Pr o t ot y pe of Ne w App a r a t us f o r Hi g h V e l o c i t y C o mp a c t i o n [ J ] ．A d v a n c e s i n Ma t e r i a l s Pr oc e s s i ng I X ， 20 1 0，44 3 17 7 18 2． [ 6 ] Hi n z m a n n G， S t e r k e n b u r g D．HV C s e t t O mo v e o n t o mu l t i l e v e l P M a p p l i c a t i o n s [ J ] ．Me t a l P o w d e r Re p o r t ， 2 0 0 5 ，6 0 5 3 2 3 3 ． [ 7 ] L e G Y，D o r e mu s P， I mb a u l t D．Th e mu l t i p l e l a y e r s o f Hi g h Ve l o c i t y C o mp a c t i o n [ J ] ．Me t a l P o wd e r R e p or t， 2 00 9，64 2 5 2 6， 2 8． [ 8 ]D o r e F ，L a z z a r o t t o L，B o u r d i n S ．I n Hig h v e l o c i t y c o mp a c t i o n o v e r v i e w o f ma t e r i a l s ， a p p l i c a t i o n s a n d p o t e n t i a l [ C ] ，T r a n s T e c h P u b l 2 0 0 7 2 9 3 2 9 6 ． [ 9 ]E r i k s s o n M H，g g b l a d H，B e r g g r e n C， e t a 1 ．Ne w s e mi 。 i s os t a t i c h i g h v e l o c i t y c o mpa c t i o n me t ho d t o pr e p a r e t i t a n i u m d e n t a l c o p i n g s l- J ] ．P o w d e r Me t a l l u r g y ， 2 0 0 4，4 7 4 3 3 5 3 4 2 ． [ 1 O ]Ha g g b l a d H A ， Ho c k a u f M，E r i k s s o n M， e t a 1 ．S i m ul a t i o n o f hi g h v e l oc i t y c o mpa c t i on o f po wd e r i n a r ub b e r moul d wi t h c ha r a c t e r i z a t i o n of s i l i c on e r ubb e r a nd t i t a n i u m p o wd e r u s i n g a mo d i f i e d s p l i t Ho p k i n s o n s e t u p [ J ] ．P o w d e r Te c h n o l o g y， 2 0 0 5 ，1 5 4 3 3 4 2 ． [ 1 1 ] E r i k s s o n M ， Ha g g b l a d H A， B e r g g r e n C ，e t a 1 ．Ne w s e mi - i s o s t a t i c h i g h v e l o c i t y c o mp a c t i o n me t h o d t o p r e p a r e t i t a n i u m d e n t a l c o p i n g s [ J ] ．P o w d e r Me t a l l u r g y ， 2 0 0 4，4 7 4 3 3 5 3 4 2 ． [ 1 2 ] 郑洲顺 ， 朱远鹏 ， 裴 朝旭 ， 等． 高速压制成形 中应力波传 播 的特征[ J ] ． 系统仿真学报 ， 2 0 0 9 ， 2 ，