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粉末冶金新技術范文1
關鍵詞：粉末冶金；汽車零件；金屬粉末；高性能
粉末冶金材料是指用若干種金屬粉末或是金屬粉末與非金屬粉末作原料， 通過按比例配料、壓制成形、燒結等工藝過程而制成的材料。這種生產工藝過程也就是粉末冶金法， 它屬于一種不同于熔煉和鑄造的方法。由于其生產工藝過程與陶瓷制品工藝極為相似， 所以粉末冶金法又被稱為金屬陶瓷法。粉末冶金法不僅是制造某些具有特殊性能材料的方法， 同時也是一種無切屑或少切屑的加工方法。它具有生產效率高、材料利用率高、節省機床和生產占地面積等特點。但其也存在一定的缺陷，如金屬粉末和模具費用高， 制品大小和形狀受到一定限制， 制品的韌性也較差。粉末冶金法常被用于制作硬質合金材料、結構材料、減磨材料、難熔金屬材料、摩擦材料、過濾材料、無偏析高速工具鋼、金屬陶瓷、耐熱材料、磁性材料等。
一、粉末冶金技術的含義及其特點
粉末冶金技術附屬于材料制備和成形的加工技術，而作為粉末冶金的雛形就是塊煉鐵技術，塊煉鐵技術也是人類最初制取鐵器的唯一手段，其對人類社會進步作出了巨大貢獻。
1、 粉末冶金技術的含義
粉末冶金的方法其實誕生已久。人類早期通過機械粉碎法來制取金、銀、銅和青銅的粉末，用來當作陶器等的裝飾涂料。早在200年前，一些歐洲國家，如俄、英等國就曾大規模的制取海綿鉑粒，并經過熱壓、鍛和模壓、燒結等加工工藝來制造錢幣和一些貴重器物。1890 年，美國的庫利吉發明用粉末冶金方法制造燈泡用鎢絲，從而奠定了現代粉末冶金技術的基礎。直到1910年左右，人們已經開始用粉末冶金法來大量制造了鎢鉬合金制品、青銅含油軸承、硬質合金、集電刷、多孔過濾器等，并逐步形成了一整套粉末冶金相關技術。上世紀30年代，旋渦研磨鐵粉和碳還原鐵粉技術問世后，從而為粉末冶金法制造鐵基機械零件較快的發展機遇。從第二次世界大戰后，粉末冶金技術得到了較快的發展，新型的生產工藝和技術裝備、新的材料和制品不斷出現，開拓出一些能制造特殊材料的領域，成為現代工業中的重要組成部分。
2、 粉末冶金技術的主要作用
由于粉末冶金技術的具有特殊優點，使其已成為解決新材料問題的有效途徑，而且在新材料的發展中歷程中發揮著舉足輕重的作用。
粉末冶金技術由于其可以在最大限度地來減少合金成分發生偏聚，消除粗大且不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土發光材料、稀土儲氫材料、高溫超導材料、稀土催化劑、新型金屬材料上具有獨特的作用。同時還可以制備非晶、納米晶、準晶、微晶以及超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料由于具有優異的電學、光學、磁學和力學性能。因此可以較容易地實現多種功能類型的復合，充分發揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產高性能金屬基和陶瓷復合材料的工藝技術。可以生產普通熔煉法無法生產的具有特殊結構和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結構陶瓷和功能陶瓷材料等。可以實現凈近形成形和自動化批量生產，從而，可以有效地降低生產的資源和能源消耗?？梢猿浞掷玫V石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術。
二、粉末冶金技術的發展趨勢
隨著汽車和飛機零件以及切削和成形工具發展的需要，粉末冶金制造零部件的強度和質量都得到了較好的改善和提高。汽車制造業作為粉末冶金零件的最大用戶，1996 年汽車行業占有美國粉末治金零件的市場份額的69%，成為美國粉末冶金零件的最大市場。發展粉末冶金需要制取新技術、新工藝及其過程理論。
1 、向全致密化發展
粉末冶金的重點是超細粉末和納米粉末的相關制備技術，機械合金化技術，快速冷凝制備非晶、微晶和準晶粉末制備技術，粉末粒度、結構、形貌、成分控制技術，自蔓延高溫合成技術。粉末冶金技術發展的總趨勢是向超細、超純、粉末特性可控方向發展，從而建立以“凈近形成形”技術為中心的各種新型固結技術及其過程模過程理論，如粉末注射成形、擠壓成形、噴射成形、溫壓成形、粉末鍛造等。建立以“全致密化”為主要目標的新型固結技術及其過程模擬技術。
2 、向高性能化、集成化和低成本等方向發展
粉末冶金制造零部件相關的新的成形技術層出不窮，如：粉末注射成形、溫壓成形、流動溫壓成形、噴射成形、高速壓制成形等新技術不斷涌現。目前， 粉末冶金技術正向著高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向發展。有代表性的鐵基合金，將向大體積的精密制品，高質量的結構零部件發展；制造具有均勻顯微組織結構的、加工困難而完全致密的高性能合金；用增強致密化過程來制造一般含有混合相組成的特殊合金；制造非均勻材料、非晶態、微晶或者亞穩合金；加工獨特的和非一般形態或成分的復合零部件。
3 、粉末冶金產業化發展
由于相鄰學科和相關技術的相互滲透和結合.更賦予了粉末冶金新的發展活力。粉末冶金新工藝層出不窮。粉末冶金產業化是指這些技術已比較成熟。甚至在一些國家已有生產規模，但主流還處于研究成果向產業化轉化的過程之中。其工藝、設備、市場等已為產業化準備了條件，可以產業化，取得社會效益和經濟效益。主要是指該技術實現產業化、集群化、模塊化發展。其主要應用領域有汽車用粉末冶金零部件，汽車制造業仍是粉末冶金（PM）發展的牽引力；粉末注射成（PowderInjection Molding（PIM））溫壓成形技術（Warm Compaction）在眾多為提高PM 件密度的生產方法中。溫壓成形技術被認為是最為經濟的一種新工藝。本文將重點介紹以下產業化技術：
① 溫壓技術
溫壓技術在上世紀90 年代被譽為粉末冶金技術上重大突破，并于1990年取得了第一項采用一次壓制燒結工藝制備高密度鐵基（P / M）零件的美國專利。該技術可以使燒結鋼中的孔隙度降低到6 %左右，而傳統技術的孔隙度為10%以上，產品的密度能達到7.3g/cm3或以上，因此較大程度的拓寬了高密度、高強度燒結鋼零件在工業上廣泛應用的可能性。
② 模壁
模壁和溫壓是兩個平行的提高鐵基結構零件密度的方法。近年來，發展最迅速的是干模壁技術，即采用靜電的方法，從而將干劑粉末吸附到模壁上進行，從而很好的避免了濕模壁在制備過程中壓坯表面易于粘粉的缺點。
③注射成形
金屬注射成形（MIM）是一種將塑料注射成形與粉末冶金技術結合而成的近凈成形技術，此技術也是國內外公認的21 世紀粉末冶金的主流技術，被稱為“第五代加工技術”。而且該技術也最適于用來大批量生產一些三維復雜形狀的零件，同時還可以實現自動化連續作業，從而大大提高生產效率。目前，在一些發達國家，MIM技術已經成為一項最具競爭力的金屬成形技術，而且開始大量用于不銹鋼粉末冶金生產。
三、粉末冶金機械零件的制造現狀與挑戰
我國粉末冶金技術起步較晚，自1958年誕生以來，一直是處在蹣跚學步的狀態中，而且一直不被人們重視，被當做是一個沒有前景的小行業來對待。然而從世界粉末冶金行業發展狀況來看，粉末冶金行業卻是一個最具市場活力，發展速度極快，同時應用范圍也是最廣的冶金技術，尤其是日本在粉末冶金技術方面發展飛快，每年生產燒結含油軸承十幾億只。直到上世紀80年年代初，在我國體制改革的大潮中，粉末冶金零件行業正式劃歸當時的“基礎件工業局”進行管理，并結束了粉末冶金零件行業自身自滅的狀態，從而得到相應的發展機遇。我國自上世紀90年代至今約20多年間，粉末冶金零件得到迅猛發展，同時也經受住了金融危機的不利影響。
表1是我國自2007-2011年間粉末冶金分會53家會員企業的數據進行統計的結果，雖然我國粉末冶金行業目前顯示出盎然生機，但也面臨著各方面的挑戰?，F筆者將自己的針對其中的一些問題以及看法和相應的意見提供給大家參考：
四、粉末冶金機械零件制造技術在汽車行業的應用現狀與前景
近年來，由于人們生活觀念的改變，同時人們的環保意識也不斷提高，因而輕量化的汽車也越來越受人們的親睞，從而汽車工業也開始大量使用輕質合金材料，如鋁合金、鎂合金來生產汽車零部件。也正是由于粉末冶金能夠很好的避免成分偏析，又可以滿足具有各種特定性能的零部件一次性成型的要求。
目前粉末冶金汽車零件主要有兩個市場，一個為汽車生產商市場，另一個為汽車維修服務點，即維修配件市場。而汽車生產商市場則是粉末冶金零件的主要市場，通常情況下，汽車生產商會與粉末冶金零件制造企業進行定向合作，從而導致其他零件制造企業難以插足獲利。而維修配件市場相對來說則要開放的多，而且需求量也較大，但大多都是存在某些質量問題的貨物。從表2可知，我國在汽車制造行業中對粉末冶金技術制造的零件的使用量只有日本的2/3左右，但我國的粉末冶金制造的零件的總量卻要比日本的多，可見粉末冶金汽車零件的市場潛力是巨大的。
我國目前汽車行業正處于蓬勃發展期，因此也給我國粉末冶金零件制造企業帶來了難得市場機遇。同時根據美國一家信息分析中心預測，2020年我國汽車銷量將達到2000萬輛，屆時中國將超過美國成為全球汽車銷量第一的國家。而我國粉末冶金汽車零件的主要制造企業有三十多家，且其主要生產的零部件為汽車所使用的一些軸承或者是小配件，總體呈現出還是處于相對來說較為低端的位置，而關于發動機或調速箱等關鍵部位的零部件則基本上是整體通過國外進口，同時隨著全球經濟一體化趨勢的不斷加速，我國粉末冶金企業畢竟面對國際化市場，這對我們來說既是機遇也是挑戰。因此就需要我國粉末冶金企業把握機遇，迎難而上，主動積極的溶于國際化市場當中。
參考文獻
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粉末冶金新技術范文2
公司的主要競爭優勢
1、人才和研發優勢
公司充分發揮自身在粉末冶金復合材料領域的強大技術優勢，凝聚了一批國內頂尖的新材料人才隊伍。其中公司的創始人黃伯云先生曾為我國“863”計劃新材料領域首席科學家、中國工程院院士、2004年度國家科技發明獎一等獎獲得者。公司現有享受國務院特殊津貼者3人，博士、博士后18人，碩士21人。擁有中級以上技術職稱的人數占員工總數的17.39％。與博云新材保持長期合作的中南大學國家級研發機構包括：粉末冶金國家重點實驗室、輕質高強結構材料國防科技重點實驗室、粉末冶金國家工程研究中心、國家有色金屬粉末冶金產品質量監督檢驗中心等。
2、國家產業政策重點支持優勢
博云新材研制的高科技產品涉及的行業被國家列為優先重點發展的行業，符合國家產業政策的發展要求。公司還承擔了國家重點工業性實驗、國家高新技術產業化示范工程等十余項國家、省、市級科研項目。公司生產的高科技粉末冶金復合材料產品打破了國外競爭對手長期壟斷的格局，有利于我國新材料產業趕超世界先進水平，尤其是公司的航空產品(軍用、民用飛機剎車副)和航天產品，確保了國家航空戰略安全，同時在國防上具有重要戰略意義。
3、細分產品市場優勢
公司首獲國內大型干線飛機一波音757飛機炭／炭復合材料飛機剎車副的PMA證書，公司開發生產的圖一154飛機剎車副，獲得俄羅斯圖波列夫設計局頒發的生產許可證，公司開發的波音737-700／800飛機Goodrich機輪用粉末冶金剎車副是國內唯一取得民航產品生產許可證(PMA)的產品。博云汽車生產的環保型高性能汽車剎車片已配套多家汽車主機廠，近年來的銷售額成持續上升局面。博云東方生產的高性能級進沖壓模具材料占國內市場份額持續穩定增長。
4、可持續發展優勢
博云新材開發的粉末冶金復合材料產品已在航空航天、汽車、高端沖壓模具等應用領域得到了市場的充分認可，成功打入了原來由國外企業壟斷的細分領域。公司開發的高性能粉末冶金復合材料產品通過在當前航空航天、汽車、高端沖壓模具三個領域的應用，為公司產品拓展在其它領域的應用奠定了堅實的技術基礎。公司產品未來將逐漸應用于高速列車、工程機械、船舶、石油、化工等領域，保證了公司的可持續性發展能力。
5、價格優勢
博云新材的競爭優勢尤其體現在產品的價格上。公司生產的粉末冶金復合材料產品主要與國外廠家進行競爭，飛機剎車副、環保型高性能汽車剎車片的價格為國外同類產品的60％左右，高性能模具材料價格為國外同類產品的50％左右，具有明顯的價格優勢，性價比高。
募集資金用途
粉末冶金新技術范文3
1高速壓制成形技術最新研究進展
1．1成形裝備
成形設備是實現粉末冶金高速壓制成形的硬件基礎，是發揮高速壓制成形技術優勢的前提條件，因此成形設備的研究進展也是高速壓制技術研究人員關注的重點。為使沖擊錘頭獲得高速度和高能量脈沖，目前可以采用的技術包括壓縮空氣、燃燒汽油－空氣混合氣、爆炸、電容器放電、疊并磁場、磁力驅動和機械彈簧等［2］。目前，基于液壓驅動、重力勢能驅動、機械彈簧蓄能驅動的高速壓制成形設備進展較快。Hydropulsor公司以專利技術液壓動力單位控制油路系統實現錘頭的高速下降和提升，可實現高速的沖擊壓制和在極短時間間隔內多次高速壓制，該公司已經成功開發出第四代HVC壓機，可供應2 000t、900t、350t、100t等不同規格的機型，并銷往多個國家和地區，對高速壓制成形技術的研究起到積極的推動作用。但該類HVC成形設備成本較高、售價高昂，且壓制速度通常在10m／s以下，無加熱等輔助裝置，在一定程度上限制了它的普及。重力勢能驅動的HVC成形裝置具有成本低廉，壓制速度調節范圍大等優勢引起了研究人員的高度重視，華南理工大學肖志瑜教授等人［3］自行設計制造了一種重錘式溫粉末高速壓制成形試驗裝置。該裝置采用獨特的沖擊結構，直接利用重力勢能獲得壓制能量，通過調節重錘下落高度獲得不同的沖擊速度，最大理論速度可達18．78m／s，與Ku－mar［4］等人采用的重錘式試驗裝置沖擊速度只能達到10m／s相比，具有明顯的優勢。該裝置通過加熱圈直接對模具進行加熱，替代了熱油加熱，簡化了加熱元件的安裝，加熱溫度可以精確控制，通過測溫儀可以讀出模具溫度。同時，拿掉加熱圈，就可以進行傳統的高速壓制，從而進行高速壓制和溫高速壓制的對比實驗，為研究提供了極大的方便。華南理工大學邵明教授等人［5］，自行設計和制造了一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機，并用于基礎探索研究。該設備可以將氣動、液壓或其他動力機構能量儲蓄在機械彈簧中，通過一個錘柄鎖緊釋放機構將壓縮彈簧的機械勢能瞬間釋放，驅動沖擊錘頭達到10m／s以上的高速度，使壓制瞬間的重錘沖擊速度達到HVC技術的要求，并將沖擊波通過上模沖傳遞給金屬粉末顆粒，使其在極短時間內致密成形。
1．2模具結構優化
模具的穩定性和壽命影響著高速壓制技術的工業化應用，而改善高速壓制模具壽命的手段不外乎于合理選材和優化模具結構設計。在高速壓制過程中，上模沖要承受劇烈的沖擊，因此宜選用韌性好的材料；而模具結構優化方面，一般認為沖錘與模沖直徑相等且均為等截面桿時，對模沖壽命和撞擊效率來說 都 是 最 佳 選 擇，但 這 勢 必 會 縮 小 高 速 壓 制（HVC）技術的應用范圍，因此需要對模具進行進一步的結構優化，目前利用高速壓制技術除已成功制備了圓柱體、環形、棒體和凸輪等單層零件外，還可以成功制備軸承蓋、牙齒冒等復雜多級產品。如Hinzmann［6］等人即成功設計出可用于多級零部件高速壓制成形的模具，他指出模具設計時采用單個上模沖和每級一個下模沖的結構更有利于模具壽命和沖擊能量的傳遞；Le［7］等人用高速壓制的方法將WC－Fe等材質成功壓制成多級試樣，并對界面的凝聚力和界面幾何尺寸進行了分析；法國機械工程技術中心（CETIM）采用HVC技術成功制備了多階零件和有內齒或沿高度方向有外齒的復雜形狀部件［8］；Eriksson等人［9］采用HVC和彈性模相結合的方法，使沖擊能量通過彈性模以準等靜壓方式轉移至零件的不同部位進行壓制，成功制備了形狀復雜的3D齒帽零件。
1．3成形過程數值模擬
數值模擬能大幅度降低設計成本、縮短設計周期，因此對高速壓制致密化過程的數值模擬也是近幾年的研究熱點。對于粉末壓制成形的數值模擬，目前主要是基于金屬塑性力學和廣義塑性力學兩種方法，但在低密度情況下，其假設條件與實際情況有出入，因此在實際應用中，粉末壓制模型是以完全致密化材料的基本模型為基礎，加上給定的一系列引起塑性流動的條件而建立的。Haggblad［10，11］等利用Hopkinson實驗裝置對硅膠和鈦粉進行高速壓制，根據所得數據分別建立了相應的數學模型，用有限元法模擬了硅膠模中壓制鈦粉的情況得出密度分布和最佳尺寸設計，其結果與實驗結果一致。中南大學的鄭洲順教授［12］等對高速壓制成形過程中應力波的傳播特征和粉末流動過程進行了數學建模和數值模擬，其研究結果表明，高速壓制過程中，應力波的傳播會使粉末應力突躍到峰值，每層的應力峰值隨時間以指數衰減，從上層到下層應力峰值呈指數下降；應力波作用后，鐵粉壓坯垂直方向的線密度值從上層到底層遞減，中間各層的線密度均勻；壓制過程開始后，密度最先變化的是底層的單元，它們之間的空隙迅速縮小（對應顆粒重排），頂層的單元繼續往下運動（對應顆粒塑性變形），頂層顆粒受壓繼續往下運動而底層顆粒運動基本達到平衡，粉末的密度分布開始趨于均勻，這一過程與高速壓制成形的試驗結果相符［13］。Jerier等［14］建立了一種高密度粉體接觸模型，并在YADE開源軟件系統上進行了離散元（DEM）數值模擬，其結果與多粒子有限元數值模擬及試驗結果吻合程度均較高，在一定程度上克服了離散元法（DEM）數值模擬不能正確推演高密度粉末壓制過程應力演變的缺點，為金屬粉末高密度壓制的數值模擬拓展了新理論和新方法。秦宣云［15］等通過等效熱阻法建立了粉末散體空間導熱的并聯模型，并考慮了熱輻射的貢獻，推導的有效導熱率的計算公式表達了分形維數、溫度對有效導熱率的影響。
1．4致密化機理
高速壓制技術已經成功用于生產實際，但高速壓制的致密化機理目前尚無定論，HVC致密化機理的分 析 也 一 直 是 研 究 熱 點 之 一。果 世 駒 教 授 等人［16］提出了“熱軟化剪切致密化機制”，據此給出了相應的壓制方程，該方程可合理地定性與定量解釋高速壓制下粉末壓坯的致密化行為與特性；Sethi等人［2］認為HVC過程中并無沖擊波產生，粉末體受沖擊時，應力波形是一種逐漸上升的波形，在沖擊速度不是非常高的情況下，很難在粉末內產生真正的沖擊波；北京科技大學曲選輝教授等人［17］對鐵粉、銅粉、鈦粉等多種粉末進行的壓制中證明了HVC過程中溫升現象的存在，但并未發現絕熱剪切現象；易明軍等［18］初步研究了HVC過程中應力波波形的基本特征和對壓坯質量的影響，結果表明，應力波為鋸齒波形，每一個加載波形上都有數個極值點，其持續時間受加載速率的影響，且應力波在自由端面反射后會造成拉應力，從而導致壓坯表面分層和剝落。陳進［19］對高速壓制致密化機理進行了初步探討，他認為粉末劇烈的塑性變形和顆粒間的摩擦產生較大溫升，對粉末致密化起到主導作用。此外在成形過程中，氣體絕熱壓縮對致密化也起到了重要的作用，即在高速壓制時，瞬間內氣體難以逸出而產生絕熱壓縮，使溫度升高，從而使孔隙中氣體分子的熱運動加速，使粉末散體的傳熱增強，能量沉積在顆粒界面而使其軟化，有利于進一步致密化。此外，高速壓制的壓坯密度不僅取決于沖擊能量，還與壓坯質量有很大關系，因此應該采用既能體現沖擊能量又能反映壓坯質量的質量能量密度的概念，即單位質量的壓坯在壓制過程中所受到的沖擊能量，單位為J／g。閆志巧等［20］通過鈦粉高速壓制試驗得知，對外徑60mm內徑30mm圓環形壓坯，質量能量密度為40．1J／g時相對密度達到76．2％；而對直徑20mm的圓柱形壓坯，質量能量密度為121．7J／g時相對密度達到96．0％；不同壓坯形狀的致密化機理有所不同，圓環形壓坯主要以顆?；瑒雍皖w粒重排為主，而圓柱形壓坯主要以塑性變形為主。目前HVC研究的壓制速度一般在10m／s左右，其機理無法套用爆炸成形的致密化機理，需要進一步進行研究與探索，尤其是重點研究粉末顆粒的微觀行為，如粉末塑性變形、粉末碎裂等，以及粉末顆粒界面的顯微組織形成與演變，粉末顆粒邊界的擴散、焊合過程，孔隙形狀的演變等現象。
1．5 HVC的成分體系適應性
近幾年，國內外研究人員已經對鐵粉、銅粉、鈦粉、合金鋼粉末、軟磁材料以及聚合物等成分體系的高速壓制致密化行為進行了初步探索，如Bos［21］等人所在的SKF公司用HVC技術大規模制備高密度、高強度的鐵基和316L不銹鋼零件，所生產的鐵基齒輪件密度可達7．7g／cm3；王建忠［22，23］等人對鐵粉和銅粉的高速壓制試驗表明：單次壓制鐵粉時，當沖擊能量增加到6 510J時生坯密度達到7．336g／cm3，相對密度約為97％；單次壓制銅粉時，當沖擊能量為6 076J時，試樣的生坯密度達到最大，為8．42g／cm3，相對密度約為95％；Eriksson［24］等人采用HVC技術制備了致密度為98．5％的鈦／羥基磷灰石復合壓坯，在500℃的低溫即可實現材料的燒結；閆志巧［25］等人的研究表明，高速壓制可制備高密度的鈦粉壓坯，當沖擊能量為1 217J時，直徑為20 mm圓柱試 樣的壓坯密度 最 大，達 到4．38g／cm3，相對密度為97．4％；中南大學的王志法［26，27］教授等人在950℃高速壓制獲得了相對密度大于80．65％的W骨 架，從 而 為 高 溫 熔 滲 制 備90W－10Cu復合材料奠定了基礎；Andersson［28］等人指出，由于高速壓制（HVC）技術能顯著提高磁粉的壓制密度，從而能大幅提高其磁性能，使軟磁材料具有更強的競爭力和更廣泛的應用范圍；Poitou［29］等人對聚四氟乙烯進行高速壓制，發現其密度、晶體質量分數、抗磨損性能等物理和力學性能相對常規壓制有所提高；Jauffres［30，31］等人采用高速壓制技術對超大分子量聚乙烯進行成形，研究發現其楊氏模量、延伸率、屈服強度、蠕變強度和耐磨性等各項性能指標均優于傳統壓制成形方法。在上述研究的基礎上，應進一步拓展合金鋼粉末、復合材料粉末、銅合金粉末、鎢合金粉末、鋁合金粉末、磁性材料及非晶合金材料等成分體系的高速壓制技術，從而為制備高密度高性能粉末冶金制品提供新途徑。
2高速壓制成形技術的發展方向
高速壓制是在傳統模壓中輸入高速度機械能產生的新型壓制技術，作為近十年才發展起來的一種新技術，其相關基礎研究還不夠系統和深入。此外，為了進行技術創新，可以考慮將高速壓制技術與溫壓、模壁、復壓復燒等工藝有機地結合起來，更深入、更全面地進行探索。尤其要深化以下幾個方面的研究：
2．1溫高速壓制
華南理工大學肖志瑜教授等人［3］提出了一種高速壓制和溫壓相結合的溫高速壓制（warm high ve－locity compaction，簡稱WHVC）技術的思路，并設計制造出了實驗裝備，開展了相關基礎研究，并取得一系列研究成果。其實驗結果表明，溫高速壓制能否獲得更高的壓坯密度，取決于粉末的種類和特性。對于316L不銹鋼粉末、混合鐵粉、電解銅粉等粉末來說，溫高速壓制壓坯密度高于傳統高速壓制，這是因為：（1）在溫度場條件下，粉末中潮氣得到充分揮發，同時粉末中氣體也得到較好地排出；（2）在一定的加熱溫度下能夠降低粉末的屈服強度，延緩其加工硬化程度并提高其塑性變形能力，塑性變形能力的改善為顆粒重排過程提供協調性變形，克服粉末顆粒之間的相互牽制，從而降低顆粒重排阻力，有利于顆粒重排的充分進行。而對于鋁粉來說，溫高速壓制和傳統高速壓制致密化程度相差不大，這是因為鋁是面心立方結構的金屬，且具有12個滑移系，發生滑移的臨界分切應力很小，塑性變形能力非常高，傳統高速壓制已經能夠達到理想的壓坯密度。在實驗基礎上，還對溫高速壓制的致密化機理和應力波特點進行了分析，認為在致密化過程中溫升效應起了很大作用，致密化過程主要以劇烈塑性變形和顆粒冷焊為主。截止目前，溫粉末高速壓制成形技術的研究只有華南理工大學開展，其研究具有前瞻性和新穎性，有望在高密度成形中獲得新的突破。
2．2條件對HVC結果的影響
由于高速壓制自身的特點，HVC成形粉末時可在少量劑甚至無劑的條件下成形［32］，減少了脫脂和間隙元素引起的污染。如何在劑最少的前提下獲得最理想的致密化程度是一個重要的研究目標。對于鐵基、銅基等成形性較好的粉末通常采用模壁（即外），如鄧三才等［33］研究了模壁對Fe－2Cu－1C粉末高速壓制成形效果的影響，研究結果表明，模壁能有效降低粉末與模壁之間的摩擦，減少粉末顆粒與模壁冷焊的機會，相對提高有效壓制壓力，從而獲得較高的生坯密度和生坯強度，以及較弱的彈性后效；此外，在相同壓制速度時，有模壁時的最大沖擊力要高于無模壁時的最大沖擊力，且脫模力要小5～20kN。對于鈦粉、鉬粉等高硬化速率粉末的高速壓制，通常采用內部添加劑的方式（即內），如閆志巧等人［34］研究了劑含量對鈦粉高速壓制性能的影響，結果表明，加入適量的劑，可以提高鈦粉成形時的質量能量密度，從而獲得更高密度的壓坯。當劑加入量為0．3％（質量分數）時，鈦粉成形的最大質量能 量 密 度 為0．192kJ／g，壓 坯 密 度 為4．38g／cm3，相對密度為97．4％。此外，適量的劑能提高鈦粉壓制過程中的最大沖擊力降低脫模力，但卻會顯著降低壓坯的強度，密度較低的純鈦壓坯的強度顯著高于致密度較高的含劑壓坯。對于不同劑含量的壓坯，當密度接近時，其強度相差不大。在更廣泛的成分體系內，研究方式、劑種類、劑添加量對高速壓制成形效果的影響，開發適合高速壓制條件下的新型劑，如高分子極性劑、大分子極性劑、無機層間化合物劑等都是今后較有價值的研究方向。
2．3復壓復燒對HVC效果的影響
一般認為，與傳統壓制壓坯密度只取決于壓制壓力而不隨壓制次數的增加而顯著提高不同，高速壓制的能量是可以累加的，即可以通過多次小沖擊能量的壓制得到與一次大沖擊能量壓制相同的效果，但王建忠等［35］對鐵粉進行高速壓制時發現，在總沖擊能量相同的情況下，分兩次壓制制備的壓坯密度最大，分三次壓制的最小，一次壓制的居中。Metec粉末冶金公司采用高速復壓技術（HVR）制造出密度為7．7g／cm3的鐵基粉末冶金制品，此外還通過高速壓制316L不銹鋼金屬粉和1 385℃燒結工藝生產出高密度不銹鋼零件，此類不銹鋼制品在抗拉強度、沖擊韌性和延展性等方面性能均較為突出。陳進等［36］在多次壓制的基礎上對鐵粉進行了復壓試驗，即在兩次高速壓制之間引入預燒結工序，其研究結果表明，在沖擊能量相同的條件下，復壓比二次高速壓制得到的生坯的密度更高，且隨著復壓沖擊能量的增加生坯密度逐漸增大，在相同復壓沖擊能量下，預燒結溫度為780℃時生坯密度最高，徑向彈性后效最小。復壓能大幅度提高生坯密度，主要是因為壓坯經過預燒結階段的回復與再結晶，粉末顆粒的強度和硬度下降，彈性儲能得到一定的釋放，再進行復壓后，劑的去除促進更多的粉末顆粒發生塑性變形、微觀焊接和熔合，顆粒界面得以消失，這有利于致密度的提高。此外，復壓能量更多用于預壓坯的塑性變形，彈性能量釋放的少，一定程度上減輕了壓坯尺寸的彈性膨脹，使得壓坯與模具模壁的摩擦減小，從而導致復壓時的脫模力較單次高速壓制時顯著降低。Fe－C粉末復壓壓坯經過復燒之后，密度高，孔隙少，珠光體較多且分布均勻，裂紋可能在晶粒內部沿著珠光體相或顆?！盁Y”界面展開，誘發了沿晶斷裂，使得抗彎強度明顯增強。復壓復燒工藝是進一步發揮高速壓制優越性的重要方向之一，需要進行更廣泛、更細致、更深入的研究。
粉末冶金新技術范文4
關鍵詞：內燃機 組合式凸輪軸 加工工藝
前言
凸輪軸是發動機的重要零部件之一，凸輪軸的結構設計和加工質量的好壞，對發動機的性能起著極其重要的作用，隨著發動機高速度、高輸出功率、低燃油附加性、整車輕量化和低成本投入等的設計需求，對發動機零部件，尤其是凸輪軸提出了更高的設計要求，要求其結構緊湊、質量輕便、材料強度高、耐磨性好。而整體式凸輪軸一般為鑄件或鍛件，材料組成相同，各方面性能也相同，故無法達到以上的要求，而組合式凸輪軸無論從性能、成本，還是從質量方面均是理想的選擇；目前國外應用數量已超過50%，但國內只有約10%。
1.組合式凸輪軸結構特點
1.1 產品方面的優勢
1.1.1 組合式凸輪軸由鋼管、凸輪、齒輪、六方和端頭構成，然后通過裝配形成凸輪軸，由于以上各部分單體進行毛坯制造，故可根據配氣機構對凸輪軸各個部位的性能要求不同進行分體優化材料，即在同一凸輪軸上合理選擇不同的凸輪、端頭與鋼管材料；例如鋼管可選冷拔薄壁無縫鋼管，凸輪可選冷鍛/粉末冶金/冷激鑄鐵等，齒輪、六方、端頭可選粉末冶金。
1.1.2 由于鋼管選用冷拔空心管，凸輪材料的優化及精密成型技術的應用，可使凸輪軸整體重量降低20%～40%，節約材料可達30%以上。
1.2 機械加工方面的優勢
1.2.1 可實現柔性設計，柔性生產與敏捷制造：可實現凸輪相位角與軸向位置的控制、調整和修正，有利于新產品的設計與制造，縮短新產品的研制周期。
1.2.2 可針對不同零件采用最適宜的熱處理技術與表面強化技術，因而可顯著提高凸輪工作曲面抗點蝕能力和耐磨性，且可避免整體凸輪軸熱處理過程中產生的變形。
1.2.3 可視具體材料及形狀采用冷精密塑性成形、粉末冶金燒結、精密鑄造等近凈成形工藝成形凸輪，既能夠節省工時，并可大幅度降低制造成本。
2.組合式凸輪軸連接方法
2.1 組合式凸輪軸的連接方式較多，現僅針對目前國內轎車發動機組合式凸輪軸常用的三種連接方法進行介紹。
⑴滾花式連接原理：在凸輪內側加工出軸向溝槽，然后在鋼管外圓滾花加工出圓周/軸向方向的溝槽（滾花后產生凸起），將鋼管滾花部分壓裝到凸輪內徑中，形成過盈配合，目前蒂森克虜伯（大連）公司和寧波圣龍公司采用該種裝配方式。
⑵熱套式連接原理：裝配之前先對過盈尺寸的凸輪進行加熱（150-200℃），借以消除常溫下的過盈量（約0.2mm過盈量），然后壓入鋼管中，常溫下形成連接，目前德國埃馬克公司采用該種裝配方式。
⑶機械擴管式連接原理：利用滑動滾壓原理使得薄壁鋼管在帶孔的凸輪中發生局部的擴張，可以使用帶有過盈量并穿過鋼管內部的鋼球，使內管發生塑性擴張；目前綿陽瑞安公司采用此種裝配方式。
2.2 三種連接方法的優缺點對比
滾花式靠裝配槽實現裝配，連接強度大，工作時不易打滑，但每個凸輪對應的鋼管位置均需要切槽，生產效率較低。熱套式裝配設備簡單、生產效率高，但是缺點是凸輪被加熱，產生軟化現象，耐磨性下降，且由于鋼管導熱使得初始與完了時的過盈量有變化，連接強度不易保持一致。機械擴管式裝配前凸輪、鋼管不需要精密加工，生產效率高，但鋼管內側通過鋼球擠壓變形產生過盈量，由于鋼球推入初始與完了時磨損量有差異，過盈量存在變化，造成連接強度不一致。
3.組合式凸輪軸的加工工藝
3.1目前國內組合式凸輪軸生產廠家僅有寧波圣龍（滾花法）、綿陽瑞安（機械擴管法）、北內（韓國進口組合式凸輪軸毛坯），其他廠家如重慶西源（滾花法）、河南中匯（滾花法）正在建造生產線，因組合式凸輪軸制造工藝均類似，只是關鍵工序凸輪裝配（裝配機床）存在差異，現對工藝流程具體介紹如下：
鋼管淬火鋼管回火鋼管冷校直凸輪裝配裝配端頭扭矩試驗鉆兩端中心孔研磨中心孔粗磨軸頸精車法蘭鉆攻螺紋精磨軸頸精磨凸輪去毛刺拋光探傷清洗。
3.2 傳統的整體式凸輪軸加工工藝與組合式凸輪軸相比，整體式凸輪軸工藝流程需粗、半精、精加工，設備投入多，鑄件/鍛件余量大，工藝復雜，產品更改時設備變動大，設備臺數多，投入大，不利于擴產，鑄件/鍛件毛坯，余量大、生產成本高、料費率高。而組合式凸輪軸加工就存在明顯優勢，組合式凸輪軸工藝流程僅裝配和精加工即可，工藝簡單、設備投入少，近凈形工藝成形凸輪，余量小或不需精磨凸輪，結構、工藝簡單，利于調整軸向尺寸及凸輪相位角，工序少、設備臺數少，可降低投資風險，采用粉末冶金等材料，加工余量小，減小了生產成本及料費率。
4.結語
作為凸輪軸的新型生產技術，組合式凸輪軸正越來越受到人們的關注，因為其加工技術符合精益生產原則，是高精度、高效率、高柔性、低成本的先進生產技術，是凸輪軸制造技術的發展和升級，是實現創新跨越的關鍵，在大力提倡環境保護、開發低能耗、無污染發動機，并使其達到成本低、輕量化的今天，組合式凸輪軸以其相應優勢，可以廣泛用于汽車、鐵路、船舶發動機領域，發展前景十分廣闊。
參考文獻：
[1]張弛，楊慎華，寇淑清.裝配式凸輪軸生產工藝及應用[J]汽車技術，2004（1）：32～34
粉末冶金新技術范文5
關鍵詞： 教學法 課堂教學 內容拓展 機械制造工藝
在機械專業課程課堂教學過程中，嚴格按教學計劃實施教學是必需的，但是，若僅局限于課本知識的講授，則往往使教學內容枯燥乏味、空洞刻板，教學容量不足。根據教材的內容特點和學生的認知水平開展拓展教學，適當增加一些與教學內容貼近的小故事、有趣的小插曲；補充一些新工藝、新技術；利用教學實踐錄像、多媒體課件、現場實踐參觀教學等，可取得事半功倍的教學效果。
一、通過拓展教學幫助學生建立合理的知識結構
隨著科學技術的不斷進步，現代生產加工技術的飛速發展，各種新技術、新工藝、新材料和新設備不斷涌現，機械制造技術正向著高質量、高生產率、低消耗、低成本和有利于保護環境的方向發展，計算機控制技術日漸融入機械制造加工方式，對機械專業人員的知識結構要求發生變化。因此，在機械專業理論教學中，及時拓展這方面知識，可幫助學生了解新技術、新工藝的發展現狀，建立合理的知識體系。
例如，筆者在講解鑄造工藝特點時，以一根漂亮的不銹鋼表帶為話題，拓展講解了“注塑成型+粉末冶金合成新工藝”，即精細鑄造[1]。其基本原理是：將樹脂等混合于平均粒徑為5～10μm的金屬粉末中，并以此為原料用注塑成型機注射加工成型，經過熱處理工藝除去其中的樹脂成分，然后采用與粉末冶金相同的方法進行燒結處理。這種方法適用于制造表帶等復雜的小型不銹鋼制品，與現行金屬加工方法相比，成型容易，效率高，可望推廣應用于照相機、縫紉機、機器人、汽車等精密零件的加工中。這樣拓展幫助學生了解到精細鑄造的新工藝，完善學生鑄造工藝的知識體系。
二、通過拓展教學增加課堂教學容量
在課堂教學過程中，如果拘泥于教學計劃實施教學，僅局限書本上的有限知識，則往往顯得教學內容枯燥乏味、刻板，教學容量不足。身處信息爆炸、科學技術飛速發展的時代，在有限的學習時間內，更多地了解與專業相關的新技術、新工藝非常重要。通過使用多媒體課件、播放現代制造技術的錄像等，可增加課堂知識容量，也可使內容更生動直觀。
例如，在講解鍛造工藝特點時，通過播放錄像拓展介紹水下爆炸沖壓工藝。該工藝所用裝置是一門所謂“水下沖壓火炮”，且所配火藥與傳統火藥成分不同，其組成是酸、丙烷、丁烷的混合物[2]，所用炮彈是一個工作閥。沖壓火炮擊發時，不產生任何濃煙。擊發后，特制炮彈――工作閥在1/1000s的瞬間內，以極高的速度向水沖擊，被沖擊水流可產生相當于100MPa的大氣壓的沖壓力，在此高壓作用下，被加工零件便能獲得所需形狀。該沖壓工藝具有加工成本低、效率高和結構緊湊的特點，無需配置傳統沖壓工藝所用的笨重的液壓系統及各種高壓泵和分流裝置等。目前，利用該沖壓工藝加工的重型汽車及拖拉機后橋，不僅比原來的鑄造件強度高，而且外形精度極為理想。
再如在講解焊接工藝特點時，用多媒體課件介紹電解法氫氧焊接工藝。先用電解法從水中生產氫氣和氧氣，然后以氫氧氣為熱源進行氣焊。該系統被稱為“氫氧發生器”，用普通燃料室作氣體源，可以從3L水中生產5000L氣體，而且用于焊接時比氧乙炔焊還安全得多。因為它只要生產夠當時使用的適量氫氧氣體就可以了，無需儲存備用燃氣。借助這些現代教學手段，可適時增大教學信息量，拓展學生知識面。
由于“機械制造工藝基礎”課程中有機床的傳動系統圖、刀具的幾何角度圖、夾具的結構原理圖等，量多且圖形較復雜，在講授過程中邊講邊在黑板繪制，缺乏立體感，不夠直觀形象，而且費時。如制成幻燈片、動畫或視頻短片演示，可大大增加課堂教學信息量，節省板書板圖時間，同時讓學生快速形成感觀認識，加深學生對教學內容的理解和記憶，提高授課效率。
三、通過拓展教學活躍課堂氣氛，培養學習興趣
相當一部分技校學生學習基礎差，學習過程中很少體驗到成功的快樂，有的更是長期處于挫敗狀態，甚至產生嚴重的厭學情緒，學習興趣普遍較低。因此，激發技校生的學習興趣成為關注焦點。
在課堂教學中，可通過充分吸引學生的注意力，強化其參與意識，激發學生興趣。如通過精心設計導入環節，將拓展內容與教學內容巧妙地銜接，激發學生興趣。
例如，筆者在講解車削工藝特點時，首先提問：同學們，你們都喜歡玩手機，有誰知道手機的振動功能是怎樣產生的嗎？里面到底是一個什么機構呢？大家一臉茫然，都說不知道。接著展示一個從手機中拆下的比黃豆略大的微型電機，告訴他們手機的振動功能是由電動機帶動一個偏心裝置產生的。然后提問：這么小的電機是怎么制成的？引起學生強烈的探究欲望，再以此為例講解納米技術和精密加工工藝，并進一步介紹采用金剛石刀具的超精密切創加工技術，主要用于玻璃、陶瓷等硬脆材料的納米級超精密磨削的加工。
通過這樣導入新技術、新工藝，活躍課堂氣氛，使刻板乏味的教學內容變得生動鮮明，不僅激發學生的學習興趣，而且形成良好的師生互動，取得明顯的教學效果。
四、結語
“機械制造工藝基礎”教學不能拘泥于課本和教學計劃，而要找到合適的切入點，由一個共性話題、常用生活物品，啟發引領學生隨著教師的講解而逐漸深入，拓展了解現代新技術、新工藝在生產、生活中的應用實例。當然，拓展內容的選擇要緊扣教材，不可離題太遠。同時，在教學中盡量使用多媒體教學手段，進行拓展講解，對激發學生學習興趣，拓展課堂教學容量，強化教學效果大有裨益。
參考文獻：
[1]孫永泰.機械制造新工藝集錦[J].機械工程師，2002（12）：63-64.
粉末冶金新技術范文6
[關鍵詞]鎬型截齒；材料；熱處理；加工工藝
中圖分類號：TD421.6 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）21-0046-02
在機械化采煤中，采煤機滾筒和掘進機截割頭作為切削巖石和煤的主要工作機構，其性能好壞除受自身的整體結構和運行參數影響外，其上安裝的鎬型截齒的使用壽命和性能也是影響其性能的關鍵性因素。影響礦用鎬型截齒使用壽命和性能的主要因素包括工作環境、運行參數、安裝參數、結構參數以及截齒的材料和工藝性參數。在這些參數中工作環境、運行參數、安裝參數、結構參數屬于設計性參數，我國鎬型截齒的設計性參數已達到國際先進水平，其材料和工藝性參數與國外還有較大的差距。由于材料和工藝差距的存在，使得我國國產鎬型截齒每萬噸煤的消耗量在100把以上，而國外鎬型截齒平均每萬噸煤的消耗量在20把以內，大大制約了我國國產截齒的制造水平和推廣使用。為此，本文通過查閱文獻，總結出了目前我國鎬型截齒所使用的主要材料和一些材料的熱處理工藝，并對其進行了分析和總結，以求促進鎬型截齒制造材料和工藝的發展。
1.國產鎬型截齒所使用的材料
鎬型截齒材料包括合金頭材料、齒身材料以及合金頭與齒身焊接過程中所使用的釬料，這些材料的選擇直接影響鎬型截齒使用過程中的耐磨性和可靠性，影響截齒壽命，為此本文作者通過查閱大量文獻和資料，對國產鎬型截齒所使用的材料進行總結和概括，表1為目前國產鎬型截齒主要使用的材料。
2.國產鎬型截齒所用材料的熱處理工藝
截齒工作時受煤和巖石的磨損及沖擊作用，因此要求截齒的尖部具有較高的硬度與耐磨性，齒體具有較好的表面硬度和芯部強韌性以防止彎曲變形及斷裂。下文是根據有關文獻對齒身及硬質合金頭的熱處理工藝進行總結和概括。對于齒身材料所采取的熱處理工藝主要有傳統熱處理工藝和特殊熱處理工藝，分別見表2和表3。
由于WC合金本身所具得較高硬度和較強耐磨性，使其成為截齒合金頭最常使用的合金材料。為能夠更加詳細的了解WC硬質合金的性能，相關學者對WC硬質合金不同的熱處理階段的性能進行了檢測，測得的具體數據如表4所示。
3.分析與結語
根據相關文介紹獻及四表數據可以看出：45鋼經過一定的特殊處理能夠明顯提高截齒齒身的性能，但是效果不明顯，只能適用于一些煤巖較軟的場合，由于這種局限性，現在基本上使用45鋼來作為齒身材料；40Mn2B經過熱工藝后具有一定的物理和力學性能，但由于當前采煤機功率較大，切割的煤巖硬度較高，使其不能滿足當今煤礦生產的要求，因此很少使用；BZ-30是一種物理、力學性能較好的材料，能夠很好的滿足截齒的性能需要，而且價格比ZG45Cr4SiMoVRE低許多，所以國產截齒中很多都使用這種材料制造截齒齒身；ZG45Cr4SiMoVRE是一種先進的金屬材料，用這種材料制作的齒身能夠極大的提高截齒的整體性能，國外很多廠家都采用這種材料，但由于價格較高，我國只有少數能夠生產優質截齒的廠家使用該種材料；陶瓷材料是經過粉末冶金工藝后得到的一種具有高性能的復合材料，但由于其制造成本和制造水平的限制，在采煤機截齒上的運用，僅還在試驗研究階段；經過淬火和回火后的WC硬質合金具有很好的物理、力學性能，能夠滿足一般截齒的性能要求，但是在進行截齒齒身與WC合金頭焊接時，由于兩種材料成分、性能差異，不能很好的結合，因此，該方面的研究工作也尤為重要。
參考文獻
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