以钨为主要原材料的钨合金和硬质合金在许多应用方面具有很独特的性能优势，是国防军工、航空航天、金属加工、矿山开采、石油钻探等工业不可缺少的材料。随着现代国防、航空航天和电子加工业、交通行业等民用行业的发展，钨合金和硬质合金正在获得越来越广泛的应用，而现代技术的发展对合金零部件形状复杂程度要求越来越高和制造成本降低，如近年来硬质合金在手表壳、高压喷嘴、锯齿链等耐磨性零件中得到了广泛的应用，钨合金在变截面的穿甲弹弹芯、散弹、高尔夫球头、手机振子、鱼坠等方面也正在获得越来越广泛的应用，这些零部件往往形状比较复杂，通常有孔、槽、变截面等特点，这就要求钨合金和硬质合金零部件向高的三维形状设计自由度发展。PIM工艺在难熔钨合金和硬质合金方面的应用优势主要体现在以下几个方面：
(1)钨合金和硬质合金的熔点高，只能采用粉末冶金方法制备，这一点决定了它用粉末混合方法制备零部件的唯一性与必然性。
(2)难熔钨合金和硬质合金的硬度高、脆性大、导电性差，切削加工困难，形状复杂程度的提高会使得传统P/M产品的切削加工成本大大增加。
(3)采用传统P/M方法制备硬质合金和钨合金零件在形状上受到限制，不能很好地满足形状复杂性的要求。
(4) PIM技术具有很大的三维形状设计自由度。
(5) PIM产品的原材料利用率高，这一点对于原材料越来越贵的钨合金和硬质合金非常重要。
(6)钨是一种战略性物资，而且钨资源越来越有限，为了充分利用钨资源和充分利用原材料，开展钨制品的深度加工技术具有很广阔的发展应用前景。
由此可见，PIM技术用来制备钨合金和硬质合金制品具有其他材料无可比拟的优势，无论在军工、航空航天还是在民用各行业都具有很广阔的发展空间。

钨合金粉末注射成形技术是将热塑性有机聚合物加热到熔融态后加入一定比例的粉末，利用高剪切混料机将粉末与熔融态的有机物混合均匀、冷却，并制成粒状喂料，然后在加热状态下（100~180℃），利用粘结剂的流变性，用注射成形机以一定的注射压力和注射速度将塑料体喂料注入模腔内，成形为各种形状的零部件，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂完全脱除，最后经烧结致密化和必要的后续加工工序得到最终产品。因此，粉末注射成形技术是将传统粉末冶金技术与传统塑料注射成形技术相结合而产生的一门近净形成形的新技术，它适合于各种金属、合金、陶瓷粉末的注射成形。根据粉末类型，粉末注射成形有时被称为金属注射成形( Met-al Injection Molding，简称MIM）或陶瓷注射成形（Ceramic Injection Molding，简称CIM）。PIM是现今粉末冶金领域中发展最迅速的新工艺，也是金属成形的新工艺，相对于铸造、锻轧、机加工、焊接、粉末冶金等，PIM被称为“第五代”金属成形方法，在制造几何形状复杂、组织结构均匀、高性能的近净形零部件方面具有独特的优势，具有更为广泛的应用。随着国民经济的发展和现代科学技术的进步，对产品的形状要求越来越复杂，PIM作为一种新型的粉末冶金近净形成技术愈来愈受到重视，被国际上誉为“当今最热门的零部件成形技术”。

与传统粉末冶金和精密铸造相比，注射成形具有许多优点，具体表现在：

(1)产品形状可以非常复杂和非常细小（厚度可小于0.25mm），可以成形为最终的几何形状。与精密铸造相比，尺寸精度高，表面粗糙度低，无需或稍需后续加工；

(2)产品的强度、硬度、延性等力学性能高，耐磨性好，耐疲劳，组织均匀；

(3)自动化程度高，可连续生产，缩短工序；

(4)原材料利用率高，对于原材料较贵、本身只能采用粉末方法生产的形状复杂的零部件（如高密度合金、硬质合金、特种陶瓷等）具有更大的优势与潜力；

(5)产品的烧结密度高，这对磁性材料和电子材料非常有利；

(6)可以注射不同成分的材料，零件的一部分采用一种材料，而另一部分采用另一种材料；

(7)在生产高性能、形状非常复杂的小的零部件方面，减少许多道加工工序，可以以很低成本的优势，获取可观的利润。




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PIM工艺早在20世纪20年代末就开始发展，Schwartzwalder率先采用PIM工艺制造了陶瓷零部件。二战期间，采用粉末注射成形将镍粉和有机黏结剂成形制备出了用于气相扩散工艺的浓缩铀过滤管。20世纪50年代，前苏联用石蜡作为黏结剂成形了陶瓷制品。但那时的发展速度相当缓慢。直到70年代末80年代初，采用PIM工艺生产出液体燃料、火箭发动机的铌合金推动器和铌合金喷嘴以及波音707和727飞机上采用的镍螺旋密封垫，并获得美国工业协会的粉末冶金零部件年度奖之后，人们才对PIM技术产生浓厚的兴趣。1981年美国Ford Aerospace Communications Crop．开始致力于采用该工艺生产导弹尾翼底座的研究，其材料采用难熔金属与铁基合金，尾翼的截面从底部向翼梢逐渐减薄，由38mm厚度降为25. 4mm。为了缩短粉末注射成形的生产周期，各国学者对粉末注射成形的粘结剂和脱脂技术进行了大量的研究。在采用原始石蜡单组元作为黏结剂和缓慢的长时间热脱脂（600h以上）的基础上，开发了多种黏结剂和多种脱脂技术。比较典型的黏结剂有蜡基多组元黏结剂、油基黏结剂、聚醛基催化脱脂黏结剂，与此相应的几种比较典型的脱脂技术有Wiech、Injectamax、Metamold和BASF公司的Caltamold脱脂技术。在烧结炉方面，德国CREMER公司针对Metamold脱脂法制备了一种连续脱脂技术，该炉实现了脱脂、烧结一体化，从而缩短了生产周期，降低了生产成本。粉末注射成形技术适合于许多不同金属、钨合金、陶瓷等粉末零部件的制备，到目前为止，各国学者已经将PIM工艺用来研究了陶瓷、镍铁、Invar合金、17-4PH阴沉淀硬化性不锈钢、316L不锈钢、工具钢和其他不锈钢、硬质合金、钨合金‘44-例、钨铜电子封装材料、钛合金等的成形技术。PIM产品的尺寸精度对PIM工艺发展和应用也很重要，各国学者和从事PIM产业的公司把尺寸精度作为PIM工艺成熟性发展的一个很关键的指标。220世纪80年代末，日本Nippon Seisen公司报道，尺寸精度可以控制在±0.5%~±0.7%；20世纪90年代，美国Parmatech、以色列Metalor 2000公司报道为±0.3%，德国Thale公司为±0.2070～±0.4%; 1993年，德国BASF公司报道尺寸精度已经控制在±0.1%，1997年该公司报道尺寸精度最好可以控制在±0. 05%。




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冷加工、锻造虽然提高了屈服强度和抗拉强度，但降低了合金的延性。当锻造变形量达到30%以上时材料会出现微裂纹，延性和韧性急剧下降。而且当合金的钨含量很高时，合金承受冷加工变形的能力较差。为了使高钨含量的合金具有很高的变形能力，而同时又不对材料造成破坏，于是，发展了一种新的热机械加工技术。热机械加工技术的特点是，在变形过程中对钨合金加热，变形在一定温度下进行，一次变形量很大，比静液挤压的变形量还要大得多（最高可达到95%以上），而且合金的延性很好。热机械加工技术包括热挤压、热轧和热挤压、热轧与锻造的复合变形技术。

热挤压与热挤压-锻造复合变形工艺

热挤压技术是通过对冷挤压技术改进而产生的一种新的先进变形工艺，它对高密度钨合金大变形制备强度、延性和韧性都很好的高强韧钨合金具有很大的优越性，其工作原理与静液挤压技术大致一样，不同的是热挤压的工作环境是高温，采用的工作介质在挤压过程中起压力传递和润滑的作用，工作介质选取的好坏直接影响稳定流体润滑层的形成，一般是选用混合物来充当工作介质，如石墨-玻璃的混合物，当玻璃介质处于熔融状态时能很好地满足静液挤压对润滑介质的要求，具有合适的黏度，可形成良好的动力润滑层，很好地解决了模具的密封问题和防止了润滑介质的泄漏。由于热挤压技术是在比较高的温度下进行，因此加工变形量更大，强化作用更大，组织不均匀性小，而且挤压压力较冷挤压小，延长了模具使用寿命。

热轧变形工艺

热轧或热轧-锻造复合变形是热工艺变形的另一种工艺。变形在加热条件下进行，经过多次轧制和中间退火，最后轧制成所需尺寸和性能要求的材料。对脆性大的钨合金材料，尤其是固相烧结脆性钨合金、纯钨和钨-铜复合材料采用这种变形工艺提高材料的延性和强度特别有优势，该工艺变形量大，主要用于将钨合金材料变形加工成薄板、薄片。对于钨含量较低(70%-80%)的钨合金，由于钨含量低，液相烧结难以控制得到可轧制厚度均匀的棒材。对该合金采用固相烧结，然后热轧，可以使合金的伸长率达到30070—35%，经过轧制，可以得到厚度为0.15mm厚的薄片。




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