李元元教授著的《金属粉末温压成形原理与技术》于2008年12月由华南理工大学出版社出版。该书是国内外第一本关于金属粉末温压成形技术方面的专著,系统阐述了金属粉末温压成形的基本原理和技术,包括温压粉末的制备、温压成形的过程、温压成形中粉末的摩擦和塑性变形行为、温压致密化的主导机制、温压过程的有限元数值模拟技术,以及温压成形坯的烧结技术、温压零件的机械加工技术、温压成形的精密制造系统和温压成形技术的应用等。《金属粉末温压成形原理与技术》一书的出版对促进我国的粉末冶金技术创新和绿色制造技术的发展,具有较高的科学意义和工程价值。
该书的特点之一是内容非常翔实,涉及温压成形技术诸多关键工艺环节的技术细节。例如,在第二章中,作者细致地介绍了温压粉末原料的基本要求、常用温压粉末及其性能,温压润滑剂的选择、配比和加入方式对温压粉末性能的影响;在第三章中,详尽介绍了温压成形的各影响因素及其对成形密度的影响规律;在第六章中介绍了温压成形坯的不同烧结工艺对温压烧结体密度、强度、硬度、韧性等的影响规律。全书对不同的技术和工艺方法所能达到技术指标和工艺可实现性进行了全面对比分析,为读者在科研和生产实际中提供了有较强针对性的指导。
特点之二是在内容阐述上条理清楚、深入浅出,把复杂的理论模型和繁多的数学公式去粗取精,简练地表述给读者。金属粉末温压成形致密化过程中,金属粉末的润滑、移动、摩擦、变形、磨损的行为和规律非常复杂。相对于致密金属材料的研究理论基础来说,对粉末这种复杂非常连续体的材料非线性、几何非线性和边界条件非线性,以及力学模型求解的研究还不成熟,对温压致密化的主导机制的认识也尚无定论。《金属粉末温压成形原理与技术》一书中,李元元教授在简要概述了国内外学者在温压成形致密化过程方面的主要研究成果和学术观点的基础上,重点介绍了温压致密化的唯象分析和功效分析,热弹塑性力学问题的基本方程和相关本构关系,温压数值模拟的各种流动应力模型。
特点之三是先进性。《金属粉末温压成形原理与技术》一书不仅介绍了温压技术的基本原理和方法,而且介绍了国内外许多科研和生产的最新成果和研究进展;不仅对金属粉末温压成形技术的发展历程作了完整清晰的回顾,介绍了国内外的成功应用实例,而且对金属粉末温压成形技术作了全面的发展展望,即温压技术主要朝着两个方向发展:适用材料体系向多方向拓展和工艺过程向纵深方向延伸。
特点之四是实用性。本书知识面很广,基本涵盖温压成形工艺及设备方面的全部内容,还比较系统地介绍了新近迅速发展的金属粉末温压过程的有限元数值模拟技术,介绍了典型温压零件的数值模拟过程及模拟结果,并与实际试验结果进行了对比分析。对于已经从事粉末温压成形的研究和技术开发的读者,可以根据自己的实际工作需要,查阅相关章节,了解有关原理、技术和应用等方面的内容;对于希望对温压技术有所了解的读者,通过比较系统地研读全书,会对金属粉末温压成形技术从适用范围、工艺技术环节及要求到温压成形件的加工等全工艺流程和相应的工装设备有比较清晰的整体认识。
李元元教授所领导的研究梯队的科研成果在该书中得到了全面的展示,本书中的每一章节都有作者自己的研究成果。由于金属粉末温压成形技术的基础理论涉及热力学、传热学和烧结理论等多学科的交叉,著述一本该领域的专著难度很大,在该书出版之前尚没有此领域的专著出版。
1994年,在加拿大多伦多举行的PM2TEC94会议上,美国Hoeganaes公司公布了其开发的一项高密度粉末冶金零件的生产新技术——Ancordense温压工艺。温压技术被认为是进入20世纪90年代以来粉末冶金零件生产技术方面最为重要的一项技术进步,于1995年获得美国粉末冶金协会的新技术新发展功勋奖,Hoeganaes公司也因在温压工艺方面的开创性成就而荣获1996年度MPR最高荣誉奖。温压工艺自问世之日起便以其经济上可行、产品性能优异而引起轰动,有望发展成为21世纪最有前途的零部件绿色制造技术之一。温压技术很好地满足了制造业结构调整、产品升级的需求,和材料加工技术朝着高性能、低成本、低能耗、短流程、高效率和净终成形的方向发展的需求。
温压成形是通过改进传统的粉末冶金压机,采用专门的粉末加热、粉末输送和模具加热系统,将混有温压专用润滑剂/黏结剂的混合粉末加热到一个特定温度(一般130～150C)进行压制,再用传统的烧结工艺进行烧结,以获得较高产品密度的工艺技术。粉末冶金温压成形技术能以较低的成本制造出较高性能的粉末冶金零件,在性能与成本之间找到了一个最佳的结合点。
经过10余年的发展,包括世界著名的美国Hoeganaes公司、德国Linde公司、瑞士Sinterwerke AG公司、加拿大Quebec Metal Powder公司以及中国台湾的保来得公司在内的国内外多家单位已建立了70余条温压生产线并投入运行,200多种温压零件获得大批量生产,温压技术正在制造新的越来越多的标志性产品。采用温压技术开发出高密度、高强度和高精度的粉末冶金结构零部件,将带动汽车、摩托车、电动工具、家电、办公设备等行业零件制造技术的发展,市场前景非常广阔。在我国,深入研究和大力发展温压成形这种高性能低成本的粉末冶金生产技术,对提高我国粉末冶金产品的档次和技术水平,赶超世界先进制造水平具有重要的现实意义。
李元元教授长期从事材料加工工程和机械工程方面的教学、科研及产业化工作,在高性能粉末冶金材料及其复合材料的制备与精密成形、高性能有色合金的制备与成形等方面颇有建树。他所领导的华南理工大学国家金属材料近净成型工程技术研究中心、广东省金属新材料制备与成形重点实验室10多年来一直在开展金属粉末温压成形技术的研究工作,对温压成形的理论和技术进行了系统深入的研究,研制开发多种新材料及其零件,已广泛应用于国防军工及民用行业,为国家和企业创造了巨大的经济效益和社会效益。
《金属粉末温压成形原理与技术》一书不仅可作为材料学和材料加工工程等专业的研究生教材或参考书,对于粉末冶金、材料、机械等领域的科研、设计和工程技术人员也不失为一本好的专业参考书。该书的出版将有助于推动我国在粉末冶金工程领域的基础研究、新技术开发和新产品的应用,提高我国粉末冶金行业的技术创新能力和国际竞争力。评
作者单位:北京科技大学材料
科学与工程学院