兵器粉末冶金技術(shù)是指采用金屬或其它粉末材料，經(jīng)過(guò)混粉、壓坯、燒結(jié)、成型和后處理等工藝過(guò)程制造各種多孔、半致密或全致密兵器零件與制品的技術(shù)。兵器粉末冶金技術(shù)是反坦克動(dòng)能穿甲彈彈芯、導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、陶瓷裝甲元件、坦克動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦片等元件的關(guān)鍵制造技術(shù)，包括：兵器特殊零件的熱等靜壓、冷等靜壓技術(shù)、燒結(jié)工藝、自蔓燃高溫合成技術(shù)、粉末注射成型技術(shù)、粉末鍛造技術(shù)、粉末冶金件性能測(cè)試與無(wú)損檢測(cè)技術(shù)等。由于粉末冶金技術(shù)具有工藝成本低、材料利用率高、能實(shí)現(xiàn)制造零件的凈成型或近成型、特別適用于大批量生產(chǎn)，用于取代某些兵器零件的常規(guī)制造工藝，還能夠?qū)崿F(xiàn)提高產(chǎn)品性能，縮短周期，延長(zhǎng)使用壽命，降低生產(chǎn)成本的效果。

    1、國(guó)外兵器粉末冶金技術(shù)研究和應(yīng)用廣泛

    粉末冶金技術(shù)在美軍彈藥引信上的應(yīng)用已超過(guò)30年。如M549、M550彈保險(xiǎn)及解除保險(xiǎn)裝置的卡銷均為粉末冶金黃銅件；50mm（毫米）彈的引信保險(xiǎn)器、Beehive戰(zhàn)斗部的引信定時(shí)器殼和引信底座等均采用了316L不銹鋼粉末冶金件；此外，銅斑蛇導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)中也有形狀復(fù)雜的粉末冶金鋼質(zhì)件。

    粉末冶金技術(shù)在彈藥中應(yīng)用廣泛。如20mm、50mm彈的純鐵質(zhì)粉末冶金旋轉(zhuǎn)彈帶、鎢重金屬粉末冶金動(dòng)能穿甲彈芯、金屬粉末注射成型穿甲彈尾翼、破甲彈藥形罩、自動(dòng)尋的導(dǎo)引頭粉末冶金件等等，其應(yīng)用量非常大。俄羅斯大口徑炮彈也采用黃銅粉末冶金成型彈帶。

    粉末冶金技術(shù)在槍械中的應(yīng)用非常廣闊。如12.7mm口徑M85機(jī)槍的快慢機(jī)、護(hù)筒、閉鎖機(jī)、閂鎖等22種零件可用粉末冶金鋼鍛件來(lái)代替；12.7mm口徑M2機(jī)槍的計(jì)算尺、托架、槍栓等12種零件可用粉末冶金件代替；7.62mm M60機(jī)槍的撞針桿、送彈桿、前后瞄準(zhǔn)器等18種零件可由粉末冶金件代替。如金屬粉末注射成型槍械發(fā)射阻鐵，為4340鋼粉末冶金件，熱處理后硬度達(dá)到38～42HRC（洛氏硬度），氧化發(fā)黑后可代替以前的精密鑄件。M16步槍激光瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的可調(diào)旋鈕也采用黃銅、鋼及不銹鋼粉末冶金件。

    在坦克裝甲車輛方面，粉末冶金件的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。美國(guó)XM-1坦克發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪即采用了粉末冶金件，其性能完全合格，且成本可降低約60%。M15lA2軍用車輛的差速器中，側(cè)面齒輪、軸齒輪、配對(duì)齒輪均為粉末冶金件，其性能均很好，成本降低約30%。M60坦克驅(qū)動(dòng)系的正齒輪采用了4620鋼粉末冶金件。軍用車輛的制動(dòng)泵活塞，燒結(jié)的鐵質(zhì)粉末冶金件比以往的鋁質(zhì)產(chǎn)品在耐磨性、耐燒蝕性方面均占優(yōu)勢(shì)，顯著提高產(chǎn)品壽命。

    在火炮的應(yīng)用上，奧地利用粉末冶金技術(shù)制造了耐燒燒蝕鎳基或鈷基合金內(nèi)襯置于炮管內(nèi)膛提高性能，具有耐燒蝕、耐磨損、耐磨蝕等特性，且制造技術(shù)比較成熟。美國(guó)用熱等靜壓技術(shù)制造形狀復(fù)雜的M113型175mm炮斷隔螺紋炮閂，每件可節(jié)省材料34kg（公斤），工時(shí)15個(gè)，質(zhì)量減輕近25%。另外，美國(guó)還利用釩改性4600鋼粉和天然石墨混合料，通過(guò)粉末鍛造方法制造近成形的環(huán)形件，用于大口徑火炮炮尾組合件中的閉氣環(huán)。

    2、取代傳統(tǒng)工藝和材料的研究應(yīng)用證實(shí)了其可行性

    粉末冶金技術(shù)除了用于制造一些特殊的兵器產(chǎn)品零件（如動(dòng)能穿甲彈芯、火炮、彈箭防燒蝕內(nèi)襯等）之外，還可以取代傳統(tǒng)材料和工藝，用于制造裝甲車輛、槍械、火炮或彈箭零件，進(jìn)一步改進(jìn)性能和降低成本。國(guó)外許多研究或應(yīng)用實(shí)例已證實(shí)了在性能、使用壽命、成本方面的可行性，例如：

     （1）105mm榴彈炮凸輪

    該零件件尺寸約241mm ×152mm ，厚約12.7mm，加強(qiáng)肋高度/厚度比大于10，加強(qiáng)肋厚度約5mm.該凸輪槽具有復(fù)雜構(gòu)形，允許誤差±50μm（微米）。美國(guó)陸軍研究證實(shí)了粉末冶金蠕變鍛造技術(shù)的應(yīng)用可行性。他們采用100目7075鋁粉，于276MPa（兆帕）壓力下冷等靜壓制坯，在550℃氮?dú)庵袩�結(jié)2小時(shí)后，將預(yù)型坯和鍛模預(yù)熱到530℃，進(jìn)行等溫蠕變鍛造。結(jié)果表明，*終機(jī)械性能滿足QQ-A-367H技術(shù)規(guī)范，抗拉強(qiáng)度大于490MPa，屈服強(qiáng)度超過(guò)434MPa，延伸率高于3%。工藝成本對(duì)比分析表明，可節(jié)約開(kāi)支30%。

     （2）151A2軍車差速器齒輪和制動(dòng)泵活塞

    美國(guó)陸軍采用4620鋼粉，通過(guò)粉末冶金等溫鍛造技術(shù)制造差速側(cè)齒輪和傘齒輪，*終材料密度可達(dá)到99.5%理論密度，抗拉強(qiáng)度876MPa，屈服強(qiáng)度630MPa，延伸率11.6%，斷面收縮率54.4%，沖擊值與4600鍛鋼性能相當(dāng)。將這些齒輪裝在7部M15lA2車上進(jìn)行35000km（公里）公路和越野跑車考核，結(jié)果證明是合格的。但是用這種粉末冶金等溫鍛造技術(shù)制造的齒輪，成本降低了25%。制動(dòng)泵活塞采用燒結(jié)鐵是為了取代鋁活塞，解決腐蝕問(wèn)題。燒結(jié)鐵粉中有少量錫銻銅合金粉，經(jīng)制坯壓實(shí)、燒結(jié)，硬度達(dá)到85-95HB，與標(biāo)準(zhǔn)鋁活塞接近。氣孔率為2%，浸漬聚氧乙二醇類合成防腐潤(rùn)滑劑后，他們將該燒結(jié)鐵活塞裝車，進(jìn)行20000km考核試驗(yàn)，對(duì)比結(jié)果表明，鋁活塞出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕、粘合，但燒結(jié)鐵活塞無(wú)任何過(guò)度磨損或腐蝕，性能優(yōu)于鋁活塞。

     （3）M60坦克正齒輪

    這種正齒輪用于M60坦克驅(qū)動(dòng)鏈，與主驅(qū)動(dòng)齒輪相匹配。美國(guó)TRW公司在陸軍支持下研究認(rèn)為，用粉末冶金技術(shù)制造這種高性能齒輪替代鍛鋼件是可行的。采用工業(yè)水霧化4620鋼粉，在414MPa壓力下冷等靜壓制成預(yù)型坯，然后在1200℃氫氣中燒結(jié)1小時(shí)，再于900℃，10t（噸）/平方英寸下進(jìn)行精密等溫鍛造。*終材料密度可達(dá)99.5%理論密度，機(jī)械性能與鍛鋼件性能相當(dāng)，抗拉強(qiáng)度約758MPa，屈服強(qiáng)度約580MPa，延伸率15%，面縮率40%。

     （4）海軍127mm制導(dǎo)炮彈尾翼

    這種尾翼有極嚴(yán)格的幾何形狀要求，總長(zhǎng)198mm，翼型寬58mm，厚約9mm.原設(shè)計(jì)采用17-4PH鋼鑄件，*低強(qiáng)度為1172MPa.美國(guó)海軍海面武器中心認(rèn)為，可以用粉末冶金鍛造技術(shù)制造這種高強(qiáng)度精密尾翼。他們采用4640鋼粉340g（克），與0.48%石墨和0.75%硬脂酸鋅混合壓坯，燒結(jié)后達(dá)到80%-85%理論密度，然后于1200℃預(yù)熱后立即進(jìn)行精密等溫模鍛，鍛后密度可達(dá)99.5%～100%理論密度，尺寸精度可達(dá)±2.5μm.機(jī)械性能均可滿足設(shè)計(jì)要求，抗拉強(qiáng)度可達(dá)1207MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)1193MPa ，延伸率5.3%，斷面收縮率25.0%，材料利用率達(dá)83%。

     （5）M567引信定位栓

    美國(guó)陸軍證實(shí)了可以用粉末冶金技術(shù)制造炮彈引信中的鋁件。其中，60和81mm迫彈引信定位栓原設(shè)計(jì)采用2014-T6鋁棒坯，切削加工，材料抗拉強(qiáng)度為400MPa，根據(jù)該件功能，實(shí)際并不需要達(dá)到這一強(qiáng)度等級(jí)。采用粉末冶金技術(shù)制造這種零件，材料是工業(yè)201AB鋁粉，成分與2014鋁相似，經(jīng)多模壓機(jī)制成坯件后，于593℃氮?dú)夥罩袩�結(jié)30分鐘，再進(jìn)行T4或T6狀態(tài)固溶、時(shí)效熱處理，機(jī)加為成品件。機(jī)械性能試驗(yàn)表明，T4熱處理?xiàng)l件下，抗拉強(qiáng)度超過(guò)290MPa，屈服強(qiáng)度240MPa，延伸率5%-6%，T6條件下抗拉強(qiáng)度達(dá)350 MPa ，延伸率1%-2%。尺寸分析和密度測(cè)量結(jié)果表明，*終尺寸變化小于0.3%，材料密度達(dá)到99%理論密度。為證實(shí)其使用性能。進(jìn)行了空氣炮發(fā)射試驗(yàn)，將定位栓裝在M567引信件中，評(píng)價(jià)其發(fā)射后的結(jié)構(gòu)完整性，試驗(yàn)結(jié)果表明，未出現(xiàn)任何破壞或尺寸變化。成本分析表明，傳統(tǒng)切削工藝中，有60%材料成為切削廢料，而粉末冶金件中的切削材料損失不超過(guò)5%。分析表明總成本可降低25%。

     （6）粉末冶金彈帶

    美國(guó)陸軍為改進(jìn)鐵粉末冶金彈帶性能，研究了銅熔滲鐵粉末燒結(jié)彈帶材料性能，結(jié)果表明銅熔滲可提高鐵粉末冶金彈帶強(qiáng)度。例如，鐵粉壓坯經(jīng)1120℃燒結(jié)8分鐘后，抗拉強(qiáng)度為365MPa，屈服強(qiáng)度為172MPa，延伸率21%，尺寸變化0.006，經(jīng)銅熔滲1分鐘后，抗拉強(qiáng)度提高到372MPa，屈服強(qiáng)度提高到220MPa，延伸率下降到19%，尺寸變化為0.008。

     （7）粉末冶金槍械零件

    美國(guó)陸軍0.50口徑M85機(jī)槍快慢機(jī)是一個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。原采用4640鋼錘鍛、切削工藝制造。為降低成本，TRW公司用4640預(yù)合金鋼粉通過(guò)粉末冶金鍛造技術(shù)制造了400個(gè)粉末冶金鍛造快慢機(jī)交給陸軍進(jìn)行考核。經(jīng)過(guò)大量性能試驗(yàn)和室溫與低溫射擊考核，結(jié)果非常令人滿意。因此陸軍制定了M-85機(jī)槍26種零件粉末冶金鍛造的軍用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（MIL-F-45961）。對(duì)比分析結(jié)果表明，4640鋼粉末冶金件的強(qiáng)度、韌性與鍛鋼件相當(dāng)，硬度為30～33HRC ，疲勞強(qiáng)度414MPa，室溫夏氏V型缺口沖擊值6.9kgf.m（公斤.力米），纖維組織為細(xì)回火馬氏體。但是與傳統(tǒng)工藝相比，成本降低50%，制造工序從27道減至7道，材料利用率從17%提高到90%。