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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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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静液挤压形变强化技术是一种先进的变形加工工艺，能够一次获得60%-80%的大变形量，进一步变形可以获得90%以上的变形，其工作原理是：棒料在高压液体介质的作用下产生塑性变形，在静液挤压过程中，工件变形处于极高的三向压应力状态，钨合金材料内部组织中的固有微裂纹随挤压过程的进行而不断地发生愈合，最终使材料内部的缺陷减少而起到形变强化的作用。

与普通旋锻工艺相比，静液挤压工艺形变强化的优势在于：其一，在变形量相同的条件下，静液挤压钨合金的强度要高于旋锻处理钨合的强度；其二，在静液挤压工艺下，特别是合理的选择挤压工艺参数后，钨合金的变形能力相对而言得到了大幅度提高，仅一次挤压就能使钨合金获得60%-80%的变形量，而对旋锻工艺来说，当一次变形量超过20%时钨合金的废品率就会大大增加，其最大循环变形量也很少超过70%，否则材料容易破坏；其三，静液挤压由于材料在变形过程中始终处于良好的润滑条件，挤压过程中摩擦力小，材料的变形均匀性好，挤压变形量大使得材料的心部与边缘的力学性能相差很小。因此，静液挤压工艺是钨合金目前最为有效的一种形变强化工艺。通常烧结态93钨合金的静态抗拉强度为900-950MPa，伸长率为20%-30%，可见形变强化后合金的强度得到了很大提高，但延性降低。在相同变形量条件下，静液挤压钨合金的性能均匀，硬度均匀性好，形变强化效果明显好于普通的旋锻工艺。随着静液挤压形变量的增加，形变强化作用增强，材料的强度也随之增加，塑性下降，其主要原因是静液挤压工艺可以使钨合金获得纤维化的微观组织，从而大大提高了合金的强度，而由于加工硬化而使其塑性降低。

静液挤压形变强化之所以具有如此好的优越性，主要是由于在静液挤压过程中，工件变形处于极高的三向压应力的包围之中，这就使得钨合金材料内部组织中所固有的微裂纹随着挤压过程的进行而不断地发生愈合作用，最终会使材料内部缺陷减少而起到变形强化的作用。另外，在静液挤压过程中，由于高压液体的润滑效果使得被挤压材料表层与挤压模具内壁的摩擦减少，在较高的速度条件下，一旦形成流体动力润滑，二者之间的摩擦剪切力将降低到最低(摩擦系数值可降至0.005%-0.008%），这就大大降低了变形过程中钨合金表面裂纹及缺陷的产生。




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