鐵基粉末冶金工藝制造機夾可轉位車刀桿
粉末冶金是通過制取金屬粉末或以金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經過成型和燒結，制成金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工藝技 術。應用粉末冶金工藝可以獲得具有特殊性能和一般工藝無法生產的材料和零件，而且材料利用率高，加工量少，具有可觀的經濟效益，并已廣泛應用于機械、汽 車、冶金、輕工、儀表、電器及國防等行業及領域。
我院校辦廠——株洲冶金工具廠從1970年開始鐵基粉末冶金制品的生產，1974年正式生產機夾可轉位車刀和焊接車刀，取得了較好的經濟效益。
一、鐵基粉末冶金刀桿生產工藝
鐵基粉末冶金刀桿屬于Fe-Cu-C系列材料，主要原材料是鋼廠軋材后留下的氧化鐵鱗。整個生產過程主要分為制粉、成型和機械加工三個主要階段。
制粉
水洗 將鐵鱗置于水中清洗，一般在攪拌槽或清洗槽中進行，目的是去除可溶于水中或浮于水上的雜物；
干燥 把水洗后的鐵鱗放在干燥爐或干燥箱中，加溫到500～800℃，去除鐵鱗中的水份和可燃雜質，促使鐵鱗進一步氧化，增強鐵鱗的磁性，以提高磁選效果；
磁選利用氧化鐵鱗具有磁性的特點，通過多級磁選，進一步去除雜質，提高鐵鱗的含鐵量；
球磨過篩 此工序可使鐵鱗粒度細化，為下一道還原工序增加鐵鱗與還原劑(CO或H2)的接觸表面積，改善還原氣體在鐵鱗內部的擴散速度。鐵鱗的顆粒度控制在40～60目之間為宜；
還原此工序的目的是把細顆粒的Fe3O4或Fe2O3中的氧分子去掉，從而產生海綿狀的鐵粉。目前我國制粉生產中常用的還原劑有木炭、焦炭和無煙煤，它們的理化性能和使用效果見下表。表常用還原劑的理化性能及使用效果還原劑水份
%揮發物
%灰份
%固定碳
%硫
%氣孔率
%還原工藝參數
溫度(℃)時間(h)
木炭3～10 10～20 0.5～2.5 70～80 70～80 1080 24
焦炭2～8 1～6 8～14 70～80 0.5～1.5 30～50 1100 30
無煙煤3～5 1～5 4.5～8 85～90.5 0.5～1.5 2～4 1100 50
由表可見，木炭的還原能力最強，焦炭次之無，無煙煤最差。因為木炭有最大的氣孔率，參加氣化反應的面積最大，活性也最大。另外，木炭中揮發物含量較高，其主 要成分是H2和各種碳硅化合物，而H2是固碳還原過程中最好的觸媒劑。因此，用木炭作還原劑生產的鐵粉質量最好，但成本較高，且木炭資源有限。
當還原溫度高于570℃時，固體碳還原氧化物的過程分三個階段：Fe2O3—→Fe3O4—→浮斯體(Fe·Fe3O4)—→Fe，其化學反應式為
3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2，DH298=-15050卡
Fe3O4+CO=3FeO+CO2，DH298=5030卡
FeO+CO=Fe+CO2，DH298=-3150卡
成型
壓制刀桿毛坯對還原后的海綿狀鐵切片進行球磨，制成不同粒度的鐵粉，根據刀桿材質的要求，適量加入某些金屬和非金屬，混合均勻形成以鐵粉為基體的金屬混合料。然后將混合料置于壓模中加壓，生產出刀桿毛坯。要求毛坯的壓制密度為6.8～6.9g/cm3；毛坯不能出現分層、裂紋和掉邊角等現象。
燒結刀桿燒結過程比較復雜，對產品性能起著關鍵作用。在燒結過程中將產生氣體脫附、潤滑劑揮發、回復再結晶、奧氏體形成、聚集再結晶、粒粘結、合金化、部 分金屬或合金熔化、孔隙集中和消除等現象，刀桿燒結后冷卻時又會產生奧氏體分解為珠光體、石墨析出、滲碳體分解和液相重結晶等過程。燒結后的刀桿的密度為6.9～7.5g/cm3，硬度大于150HB。
機械加工及熱處理。
機械加工對燒結后的刀桿毛坯進行適當的機械加工。主要工序有：銑削、鉆削、攻絲、鉗修等，從而保證刀桿的外觀尺寸和配合精度。
熱處理刀桿的硬度和強度對于保證刀桿使用性能有著重要影響。為保證刀桿的強度和硬度，在熱處理過程中，必須采用特定的加熱時間和溫度。熱處理后刀桿的硬度為38～42HRC，抗彎強度為1102～1190N/mm2。
表面氧化處理一般采用低溫堿性發黑，即將刀桿在一定濃度的堿和氧化劑溶液中加熱、氧化，使金屬表面生成一層帶有磁性的Fe3O4薄膜，氧化過程為：Fe—→NaFeO2—→Na2Fe2O4—→Fe3O4，其化學反應式為
3Fe+NaNO2+5NaOH—→3Na2FeO2+NH3+H2O
6Na2FeO2+NaNO2+5H2O—→3Na2Fe2O4+NH3+7NaOH
Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2—→Fe3O4↓+4NaOH
表面氧化的主要目的為：①起防銹作用；②增加表面的美觀及光澤；③消除淬火過程中的應力作用。
二、刀桿切削力的分析
目前制造刀桿通常采用鍛造或鑄造工藝，而應用粉末冶金工藝制造的刀桿能否承受切削力的沖擊，下面進行分析對比。
在正常工作情況下，C620車床的車刀所承受的切削力為：
主切削力Pz=200×t×s=200×5×0.3=300kg
當吃刀深度t=5mm，進刀量S=0.3mm/r時
徑向力Py≈0.4Pz=0.4×300kg=120kg
軸向力Px≈0.25Pz=0.25×300kg=75kg
車削總合力P=(Px2+Py2+Pz2)½=331.7kg
相應的抗彎強度值為：sbb=3PL/2h2b=31.63N/mm2(測試中P=331.7kgf，試樣跨度L=80mm，高度h=24.8mm，寬度b=19.8mm)。
根據公式計算數據，考慮切削過程中的各種特殊情況，在制定生產標準時，把強度值定為≥1050N/mm2。而我們生產的鐵基粉末冶金刀桿的強度值經實測為1102～1190N/mm2。由此可見，粉末冶金工藝制造的刀桿具有足夠的安全系數和可靠的承受力。
三、結語 采用粉末冶金工藝生產車刀桿，同傳統的鍛造和精密鑄造工藝生產車刀桿相比，具有廣闊的發展前景和較好的經濟效益，其優點如下：
由 于全部采用模具壓制成型，產品的外形尺寸和幾何角度基本一致。只要模具制造精度高，生產工藝控制嚴格，許多型面和角度可免去機械加工工序，充分發揮粉末冶 金產品少切削或無切削的優越性，適合于大批量生產。與用優質鋼材加工刀桿相比，可節約材料30%，降低加工成本60%，提高工效三倍；粉末冶金刀桿的主要 原材料是氧化鐵鱗，從而可節約大量的優質鋼材；粉末冶金刀桿彈性變形小，抗振性能強，在切削過程中，有利于降低工件表面粗糙度，提高產品的精度和質量；在 熱處理過程中，刀桿變形極小，有利于保證刀桿加工后的幾何精度。
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