粉末預成形件熱鍛（hot-forgingofpowderpreform）

將未燒結(jié)的、預燒的或已燒結(jié)過的金屬粉末預成形坯加熱后在閉式模中鍛造成零件的工藝。簡稱粉末熱鍛。它是結(jié)合傳統(tǒng)粉末冶金工藝和精密模鍛的一種新工藝。粉末鍛件的相對密度可達98％以上，大大超過傳統(tǒng)粉末冶金工藝所能達到的水平。且制件內(nèi)部組織均勻，性能可接近甚至超過普通鍛件。此外，粉末鍛件的形狀可比較復雜，飛邊少，精度高。粉末熱鍛工藝也保留了粉末冶金工藝生產(chǎn)率高、材料利用率高以及少、無切削等特點。粉末熱鍛主要應用于各種鐵基合金和鍛鋼、鈦合金、鋁合金和鎳基高溫合金等材料。

簡史粉末熱鍛始于1910年，當時研究成功了可鍛鎢。40年代初，德國和美國將其應用于鐵粉鍛造。但粉末熱鍛的迅速崛起是從60年代中期開始的。美、英、日、瑞典等國都建成了汽車齒輪等零件的粉末熱鍛生產(chǎn)自動線，有關粉末熱鍛的研究論文也陸續(xù)大量發(fā)表，這段時期內(nèi)，粉末熱鍛工藝迅速發(fā)展。70年代仍繼續(xù)發(fā)展。到了80年代，由于原料粉末價格、模具壽命等經(jīng)濟上的原因，粉末熱鍛的發(fā)展勢頭稍有降低。此后，粉末熱鍛工藝經(jīng)受了考驗而進一步完善。

工藝方法粉末熱鍛方法有兩種：(1)燒結(jié)鍛造，用粉末冶金工藝將原料粉末成形為適當?shù)念A成形坯，燒結(jié)并冷卻出爐后，重新加熱至鍛造溫度進行鍛造；(2)粉末鍛造，將預成形坯燒結(jié)并在爐內(nèi)冷卻至鍛造溫度出爐鍛造。中國多采用第(1)種方法。粉末鍛件一般要進行熱處理，有時還需對鍛件補充加工。粉末熱鍛的原料粉以霧化預合金粉為宜。鍛造初期，鍛模需適當預熱，當鍛造一定數(shù)量的零件后，需考慮模具的冷卻問題。在模壁上涂以石墨基或非石墨基的潤滑劑可減少摩擦。預成形坯必須在保護氣氛中加熱以防氧化和脫碳。加熱方式有中頻感應加熱和電阻爐加熱兩種。粉末熱鍛設備主要有摩擦螺旋壓力機、液壓螺旋壓力機、電動螺旋壓力機和離合式螺旋壓力機4種。

基本原理粉末預成形坯鍛造的基本原理已由美國庫恩(H．A．Kuhn)等人進行了詳細的研究。預成形坯由于存在孔隙，其鍛造時的變形行為與致密金屬鍛造有很大差別。致密金屬內(nèi)部無孔，鍛造變形時，金屬體積在變形前后都保持不變。致密圓柱體無摩擦單軸壓縮時，其橫向應變與高度應變的比值——泊松比保持為常數(shù)0.5。而多孔預成形坯鍛造時，高度壓縮使部分材料流入孔隙而體積縮小，且橫向應變大大小于高度應變。因此，多孔預成形坯鍛造不但伴有明顯的體積變化，泊松比小于0.5，而且泊松比值不為常數(shù)，而是隨變形的進行而變化。多孔預成形坯的另一特點是在變形初期的變形抗力較致密體低，而且在相同變形條件下，多孔預成形坯的塑性低于相應的致密體，因而更容易開裂。

預成形坯設計多孔預成形坯在有摩擦的單軸壓縮時存在一種周向拉應力，它會使坯塊的鼓形表面產(chǎn)生裂紋。摩擦力增加和預成形坯的高徑比減小，都會使鼓形表面曲率增加，周向拉應力提高，裂紋則愈易產(chǎn)生。因此，預成形坯的設計和制造是粉末鍛造的關鍵問題之一。設計時應考慮選擇適當?shù)臋M向流動量。橫向流動量增大，有利于提高鍛件的力學性能，但也增加開裂的可能性。因此，最理想的橫向流動量是：使預成形坯的自由鼓形表面在將要開裂前就與模壁相接觸，從而使表面的拉應力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯Γ苑乐沽鸭y產(chǎn)生。剩余的致密化以復壓方式完成。預成形坯的形狀有簡單形狀和與成品相似的復雜形狀兩種形式。前者在鍛造時金屬流動量大，鍛件力學性能高，但容易產(chǎn)生裂紋，模具壽命較低，適合于制造不帶尖角的制品。后者的優(yōu)缺點與前者相反，適合于制造形狀復雜帶尖角的制品。此外，預成形坯的形狀設計還應從裝模和脫模方便、容易自動定位找正和盡量減少與鍛模的接觸面積，以減少熱量損失等方面來考慮。預成形坯的密度一般以相對密度80％為宜，單重偏差應精確控制在±0.5％左右。