温压过程致密化机制探讨

D0I:10.13374/j.issn1001053x.2000.02.010 第22卷第2期 北京科技大学学报 Vol.22 No.2 2000年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2000 温压过程致密化机制探讨 林涛果世驹李明怡魏延平 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要从温压的压制压力、压制温度、压坯中铁粉颗粒的显微硬度和润滑剂在乐坯中的分布 等方面对温压过程致密化机制作了分析，结果表明，温压过程中铁粉的固结规律基本上与传统 压制过程的相同，温压压坯密度比传统压制提高的值相当于相同压制压力下有效压制压力的 增大，温压温度的作用在于延缓铁粉压制过程的加工硬化程度和提高铁粉的塑性变形能力.润 滑剂在最佳的温压温度下具有粘流性，部分被挤出压坯，有效地减小铁粉颗粒之间及颗粒与模 壁之间的摩擦，降低了脱模压力 关键词温压：铁粉；压制压力：温度：润滑剂 分类号TF12 温压技术的出现是获得高性能铁基制品技 图1中2条曲线的平行走向表明，在温压(100℃) 术的一大突破，目前有的工作己经从工艺上做 和室温的压制过程中，粉末固结的规律性基本 了大量实验，并已经试图从理论上对温压过程 相同，即都经过颗粒重新排布、颗粒塑性变形、 进行剖析.如用唯像分析的方法得出了温压压 颗粒断裂3个阶段.在某一压制压力下，由于有 坯密度与压制压力、压制温度、装粉高度等因素 效压制压力的提高，温压所获得的压坯密度高 的关系".但是温压可以达到比传统压制高的 于室温压制的压坯密度， 压坯密度的机制尚不很清楚.本文将从压制压 30 力、压制温度及温压润滑剂在温压过程中的作 温压压制 用来分析这一机制. 20 室温压制 1实验方法 10 0 实验原料为武钢水雾化铁粉，温压润滑剂 0 场 40 6080 自制.实验装置参见文献[3].压坯外径为 P/kN 10mm,高9mm左右.压机为12t材料力学试验 图1铁粉的压制曲线 机.压坯中铁粉颗粒的显微硬度值由HX一【型 Fig.1 Compaction curve of iron powder 显微硬度计测定， 2.2压制温度 压制温度T对铁粉压坯密度的作用如图2 2结果与讨论 所示.从图中可以看出，压坯密度并不是随着压 2.1压制压力 制温度的升高而单调递增，而是存在一个最佳 图1给出了铁粉的室温压制及100℃压制 压制温度，在此温度下压坯能获得最大的密度. 的压制曲线，由图可以看出，2条曲线具有平行 在金属粉末的冷压过程中，由于加工硬化 的走向由于模具的内径是相同的，装粉量也相 的存在，使粉末达到完全致密化儿乎是不可能 同，因此压制过程的位移1与压坯密度p具有对 的，铁粉颗粒的显微硬度值可以直接地反映出 应关系；而压制时的载荷即是压制压力P.因此， 其加工硬化程度.表1为不同压制温度下压坯 图1实际上是反映出了压坯密度随压制压力的 中铁粉颗粒的显微硬度值.3种温度下，铁粉颗 变化，即随压制压力的增大压坯密度单调增大， 粒的显微硬度值基本相等，可以认为铁粉的最 终加工硬化程度相同.但考虑到压制温度从室 1999-1117收稿林涛，男，29岁，博士生 温分别升高到80和100℃时，压坯密度有明显 *国家“九五"攻关顶目N0.95-527-03-04-01) 增大，表明铁粉的塑性变形程度也增大.在温度

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 】 温压 过程致密化机制探讨 林 涛 果世驹 李明 怡 魏延平 北京科技大学材料科学 与工程学 院 ， 北京 摘 要 从温 压 的压 制压 力 、 压 制温度 、 压 坯 中铁粉 颗 粒 的显 微硬度 和 润滑 剂在 压 坯 中的分布 等 方 面对温压过程致密 化机 制作 了分 析 结果 表 明 ， 温压 过程 中铁 粉 的 固结规 律基本 上 与传统 压 制 过程 的相 同 温压 压 坯密 度 比传 统 压 制提 高 的值相 当于 相 同压 制 压 力 下 有效 压 制压 力 的 增 大 温压温度 的作 用在 于 延 缓铁 粉压 制过程 的加 工 硬 化程 度和 提 高铁粉 的塑 性变形 能力 润 滑 剂在 最 佳 的温 压温度 下 具 有粘流 性 ， 部分被 挤 出压 坯 ， 有 效地减 小铁粉颗 粒之 间及 颗粒 与模 壁 之 间 的摩 擦 ， 降低 了脱模压 力 关键 词 温压 铁粉 压 制 压 力 温度 润滑 剂 分 类号 月、任 温压 技 术 的 出现是 获得 高性 能铁基 制 品技 术 的 一 大 突 破 ， 目前 有 的工 作 己 经 从 工 艺 上 做 了大 量 实验 ， 并 已 经 试 图从 理 论 上 对温压 过 程 进行 剖析 如 用 唯 像 分 析 的方法 得 出 了温 压 压 坯 密度 与压制 压 力 、 压 制温度 、 装 粉 高度等 因 素 的关 系 ’， 但 是 温 压 可 以达 到 比传 统 压 制 高 的 压 坯 密 度 的机制 尚不 很清 楚 本 文 将 从 压 制 压 力 、 压 制温度及 温 压 润 滑 剂在温 压 过 程 中的作 用 来 分 析 这 一 机制 图 中 条 曲线 的平行走 向表 明 ， 在温压 ℃ 和 室 温 的压 制 过程 中 ， 粉 末 固 结 的规律性 基本 相 同 ， 即 都经 过 颗 粒 重 新排 布 、 颗粒 塑 性 变形 、 颗 粒 断裂 个 阶段 在 某一 压 制 压 力下 ， 由于 有 效 压 制 压 力 的提 高 ， 温 压 所 获得 的压 坯 密 度 高 于 室温 压 制 的压 坯 密 度 实验方法 实 验 原 料 为武 钢 水 雾 化 铁粉 ， 温压 润 滑 剂 自制 实 验 装 置 参 见 文 献 压 坯 外 径 为 ， 高 左 右 压 机 为 材 料 力学 试验 机 压 坯 中铁 粉颗粒 的 显 微硬 度值 由 一 型 显 微硬度 计 测 定 结果 与讨论 压 制压 力 图 给 出 了铁粉 的室 温 压 制及 ℃ 压 制 的压 制 曲线 由 图可 以看 出 ， 条 曲线 具 有平 行 的走 向 由于 模 具 的 内径 是 相 同 的 ， 装 粉量 也 相 同 ， 因此压 制 过 程 的位 移 与压 坯 密 度 具 有对 应 关 系 而 压 制 时 的载荷 即是 压制压力 尸 因此 ， 图 实 际 上 是 反 映 出 了压 坯 密 度 随 压 制 压 力 的 变化 ， 即 随压 制 压 力 的增 大压坯 密 度单调 增 大 一 一 收稿 林 涛 ， 男 ， 岁 ， 博士 生 国家 “ 九 五 ” 攻关 项 目 一 一 一 一 娜 图 铁粉 广 的压 制 曲线 压 制温度 压 制 温度 对 铁 粉压 坯 密 度 的作 用 如 图 所 示 从 图 中可 以看 出 ， 压 坯密 度 并 不 是 随着压 制 温度 的升 高而 单 调 递增 ， 而 是 存 在 一 个 最 佳 压 制温度 ， 在 此温度 下 压 坯 能获得最 大 的密度 在 金 属 粉 末 的冷 压 过 程 中 ， 由于 加 工 硬 化 的 存 在 ， 使粉末 达 到 完全致 密 化 几 乎 是 不 可 能 的 铁粉 颗 粒 的显 微 硬 度值 可 以直 接地 反 映 出 其 加 工 硬化程 度 表 为不 同压 制 温 度下 压 坯 中铁 粉颗 粒 的显 微 硬度 值 种温 度下 ， 铁粉 颗 粒 的 显微硬 度值基 本 相 等 ， 可 以认 为铁 粉 的最 终 加 工 硬化 程 度相 同 但考 虑 到 压 制温度 从 室 温 分 别 升 高到 和 ℃ 时 ， 压 坯 密度有 明 显 增 大 ， 表 明铁粉 的塑 性变形 程度 也增 大 在温度 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2000．02．010

·132 北京科技大学学报 2000年第2期 相等的情况下，塑性变形程度的增大，意味着加 压将获得最大压坯密度，如图2所示. 工硬化程度的增加.而此时，3种温度下铁粉的 实验中还发现，温压时被挤出压坯的润滑 加工硬化程度却基本相同，说明温度减缓了压 剂，部分填充于压坯与模壁之间，使脱模压力从 制过程中铁粉的加工硬化程度，提高了铁粉的 62.4MPa减小到0.90MPa,从而提高了模具寿 塑性变形能力， 命，这也为在超过常规的大的压制压力下进行 压制提供了可能，因此可以进一步提高压坯密 7.20 度.这一点在传统压制中是不存在的. 7.15 号 (a) 7.10 7.05 7.00 0 4080 120160 t℃ 图2压还密度随压制温度的变化（压制压力650MP) Fig.2 Dependence of green density on compaction temperature 表】压还中铁粉颗粒的显微硬度值 (b) Table 1 Microhardness of iron particles in the compact t℃ 室温 80 100 显微硬度/GPa1.04 1.04 1.03 2.3润滑剂 图3(a)和b)分别为室温和100℃下压制的 压坯的扫描电镜二次电子像.室温下压制的压 坯，润滑剂基本上分布在颗粒界面上（呈白色）， 孔隙处几乎没有：而温压的正好相反，颗粒界面 处几乎无润滑剂，而主要集中在孔隙处.说明润 图3童温压制(a)和100℃温压b)压还的显微形貌 滑剂在室温压制时所起作用与常规压制相同， (白色为润滑剂) Fig.3 Microstructure of compacts compacted at room tem- 即减小颗粒间及颗粒与模壁间的摩擦，但其作 perature(a)and 100C (b)where in white area indicates 用程度是很有限的.在100℃温压时，通过观察 the lubricant 脱模后的压坯可以发现，压坯表面和模中及模 壁上都粘附有润滑剂.因此，温压时润滑剂发生 3结论 玻璃化，粘流性增加，在压力作用下发生流动， (1)在压制压力作用下，温压时粉末的固结 特别是在压制后期，除部分残留于封闭的孔隙 中外，其余则被挤出压坯，大大缓解了颗粒与模 规律与传统压制时基本相同，增大压制压力，可 壁间的摩擦，增大了有效压制压力，从而提高了 以提高压坯密度。 (2)压制温度减缓了铁粉的加工硬化速度， 压坯密度， 增大铁粉的塑性变形能力，提高压坯密度， 但是，由于有效压制压力随粉末颗粒与模 (3)温压时润滑剂具有粘流性，改善了粉末 壁间摩擦因数的增大呈指数关系减小，而由润 滑剂的斯贝里克曲线可知周，润滑剂的粘度达到 之间的摩擦状态，提高压坯密度， 某一合适的值时，摩擦因数最小.此时有效压制 (4)温压时润滑剂大部分被挤出压坯，降低 压力最大，温压将获得最大的压坯密度，但随温 了粉末与模壁之间的摩擦，提高压坯密度， 度升高，粘度减小时，摩擦因数急剧增大，有效 参考文献 压制压力急剧降低，温压压坯密度快速下降，因 】果世驹，林涛，温压压制压力强化因子及压制曲线的 此，温压存在一个最佳压制温度，在此温度下温 唯像分析.粉末冶金技术，1998.16(3)165 2果世驹，林涛.侧压系数及压坯高径比对温压有效性

Vol.22 No.2 林涛等：温压过程致密化机制探讨 ·133· 的影响.粉末冶金工业，1998(4)：7 4黄培云.粉末冶金原理.北京：冶金工业出版社，1982. 3果世驹，林涛.细磷铁粉的制备及其对铁粉温压行为 185 的影响.粉末冶金技术，1997,15(1)：14 5钱祥.润滑剂与添加剂.北京：高等教育出版社，1993.5 Densification Mechanism of Warm Compaction LIN Tao,GUO Shiju,LI Mingyi,WEI Yanping Materials Science and Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT Throughout studying the relationship between the compact density and the compacting pressure the compacting temperature,testing the microhardness of particles in the compact,detecting the distribution of lubricant in the compact,the densification mechanism of warm compaction can be concluded as following: the compaction principle of iron powder is the same as that of conventional compaction,while the effective pressure during warm compaction is larger than that of conventional compaction.The temperature during com- paction can slow down the progress of work hardness and improve the plasticity of iron powder.The lubricant is only effective at the optimum temperature.Under this condition,the lubrication takes place of viscous flow, which can be squeezed out of the compact,effectively reducing the friction between particles and between par- ticle and die wall,and also decreasing the ejection pressure. KEY WORDS warm compaction;iron powder;compaction pressure;temperature;lubricant (上接第123页) 3 Baligidad R G,Prokash U,Rao V R,Rao P K,Ballal N B.4 Li Z B.Mechanism of Oxide Inclusions Removal in the Processing of Fe,Al Based Intermerallic Alloys Through ESR Process.In:Proc 9th ICVM on Special Melting, Elecro-slay Remelting.ISIJ International,1996,36:1448 1988.732 Electroslag Refining Processing of Iron-aluminium Based Intermetallic Alloys GAO Dechun,YANG Wangyue,CHEN Chongxi,SUN Zuqing Materials Science and Technology School,UST Beijing,Beijing 100083 ABSTRACT A process route comprising air induction melting(AIM)and electroslag remelting(ESR)for production of Fe,Al based containing Cr alloys has been developed.The effect of melting practice on the purity of elements,inclusions and properties is reported.Proper selection and control of power input during electro- slag remelting resulted in clean,sound,homogenous and defect-free ingots.The content of S,O,H,P in the sam- ples were decreased,and the size and distribution of inclusion were changed.After hot forging and thermo- mechanical process,the longitudinal elongation at room temperature is over 8%and 10%for two kinds of ma- terials,yield strength is over 400 MPa,and ultimate tensile strength is about 700 MPa.It is more possible to melt Fe,Al based alloys by ESR. KEYWORDS iron-aluminide;electroslag refining;air induced melting;mechanical properties

】 一 林涛 等 温 压 过程 致密 化机制 探讨 一 的影 响 粉 末 冶金工 业 ， 果世驹 ， 林涛 细 磷 铁粉 的制 备及其 对 铁 粉温压 行 为 的影 响 粉末 冶金 技术 ， ， 黄培 云 粉末 冶 金 原 理 北 京 冶金工 业 出版社 ， 钱祥 ， 润滑剂与添加 剂 北 京 高等 教育 出版社 ， 五石 矶 扩， 舒， 环代 ， ， ， 即 ， ， ， ， ， ， ， ， 倪币 丫曰 带 贷尸 资日 兄币 甸分 匀分 乍币 倪归 两夕 佃夕 口弓沂曰伪夕 马夕 贷尹 卿钾 倪币 匕 倪尸 马曰 、 日 弓听 ， 佗币， 倪币 ， 马日 佃矛 甸夕 倪尸 、 夕 乌夕 又‘ ， 佗币 钩夕 日钩矛 气护 知钾 佗睡曰弓归 渐 ，佗嗬州二丫尹 丫 ， 倪币 ， 佃夕 龟分 月翻夕 句笋 勺夕 上接第 页 ， ， ， ， ， 一 ， ， 一 月 ， 瀚 刀 夕 ， 〔 石咙刀 口刀名戈衣 〔 ， ， 吧 叔 丽 ， ， ， 一 ， ， ， ， ， ， ， ， 勿 一 由 飞