[科普中國(guó)]-燒結(jié)零件

簡(jiǎn)介

鐵基燒結(jié)零件的主要原材料是鐵粉，從1797 年Hoganas 創(chuàng)建、1911 年用隧道窯生產(chǎn)還原海綿鐵粉起，發(fā)展至2015年，全球有眾多的鐵粉制造廠家生產(chǎn)各種類(lèi)型的鐵粉，銷(xiāo)量約85萬(wàn)t/a（不包括中國(guó)大陸）。

根據(jù)可得到的統(tǒng)計(jì)，北美地區(qū)2015年年產(chǎn)約42.0 萬(wàn)t鐵粉（包括焊條粉2.0 萬(wàn)t、其他應(yīng)用3.0 萬(wàn)t），從2006年到2015 的10 年間是兩頭高中間低，主要是2009年最低，為金融危機(jī)所造成；歐洲地區(qū)2015 年年產(chǎn)約18.4萬(wàn)（t 其中鐵基結(jié)構(gòu)件占81%，約 14.9萬(wàn)t），從2004年到2015的12年間是高低起伏，而2009年依然是最低點(diǎn)，只有12.5 萬(wàn)t；日本市場(chǎng)在2015 年年產(chǎn)約9.3萬(wàn)（t 其中汽車(chē)業(yè)用量占71%），2009年為最低，僅為7.5 萬(wàn)t；2015 年其他亞洲地區(qū)的鐵粉產(chǎn)量為：韓國(guó)7.0 萬(wàn)t，印度4.0 萬(wàn)t，中國(guó)臺(tái)灣3.0 萬(wàn)t，其他國(guó)家2.0萬(wàn)t，亞洲地區(qū)（不包括中國(guó)大陸）合計(jì)約25.3萬(wàn)t1。

中國(guó)大陸鐵基粉末冶金零件生產(chǎn)使用概況據(jù)中國(guó)鋼協(xié)粉末冶金分會(huì)對(duì)國(guó)內(nèi)35 家企業(yè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2016年度市場(chǎng)總銷(xiāo)售鋼鐵粉末48.43萬(wàn)t，比2015 年（43.50 萬(wàn)t）增長(zhǎng)11.3%，其中還原鐵粉18.77 萬(wàn)t，霧化鐵粉21.78 萬(wàn)t；3 家外企統(tǒng)計(jì)的進(jìn)口鋼鐵粉末7.65 萬(wàn)t，比2015 年增長(zhǎng)12.9%，其中還原鐵粉7 235 t，霧化鋼鐵粉末69 265 t，合計(jì)國(guó)內(nèi)總銷(xiāo)量為56.08 萬(wàn)t，比美國(guó)多26%，比歐洲多1.63 倍，比日本多5.20 倍。2016 年國(guó)產(chǎn)還原鐵粉產(chǎn)量比2015年增長(zhǎng)8.4%，國(guó)產(chǎn)霧化鐵粉較2015 年增長(zhǎng)15.2%；9家年產(chǎn)1萬(wàn)t 以上的生產(chǎn)企業(yè)鐵粉產(chǎn)量36.38萬(wàn)t，占總產(chǎn)量的86.4%。

此外，中國(guó)機(jī)協(xié)粉末冶金分會(huì)對(duì)45 家鋼鐵粉末用戶(hù)企業(yè)進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016 年鋼鐵粉末總用量為180 535.2 t，總金額為616 999.9 萬(wàn)元，其中汽車(chē)零件用粉金額占總金額比例為64.77%，汽車(chē)零件用粉量占總用量的比例為55.90%，即100925.0 t。統(tǒng)計(jì)外的國(guó)內(nèi)合資、獨(dú)資企業(yè)和民營(yíng)企業(yè)的鋼鐵粉末用量約為10.0萬(wàn)t，因此2016 年國(guó)內(nèi)合計(jì)用粉量約為28.0萬(wàn)t，占國(guó)內(nèi)鋼鐵粉末總銷(xiāo)量的50%左右。

汽車(chē)零件占總銷(xiāo)量的55.90%。如果以28.0萬(wàn)t 的55.90%計(jì)算，則汽車(chē)零件總量在15.7萬(wàn)t左右，因此，汽車(chē)市場(chǎng)是粉末冶金零件的主要市場(chǎng)。2016 年中國(guó)車(chē)市產(chǎn)銷(xiāo)量雙雙突破2800 萬(wàn)輛，這是繼2009 年以來(lái)，中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量連續(xù)8 年蟬聯(lián)全球第一。2016 年的汽車(chē)銷(xiāo)量為2802.82 萬(wàn)輛，如果以汽車(chē)類(lèi)粉末冶金用量15.7 萬(wàn)t 計(jì)算，則2016 年中國(guó)汽車(chē)的用粉量為5.6 kg/輛2。

燒結(jié)零件應(yīng)用采用鐵粉為主要原材料，添加不同的合金元素，利用不同制備工藝，可以得到力學(xué)性能各異、滿(mǎn)足用戶(hù)需要、有廣泛市場(chǎng)應(yīng)用的不同類(lèi)型燒結(jié)零件。從2016 年獲得中國(guó)機(jī)械零部件工業(yè)協(xié)會(huì)的粉末冶金獲獎(jiǎng)產(chǎn)品中，可以看到優(yōu)異的燒結(jié)零件性能是以原輔材料的性能為基礎(chǔ)的。2016 中國(guó)機(jī)械零部件優(yōu)秀新產(chǎn)品的獲獎(jiǎng)產(chǎn)品中，較為有代表性的有以下11 個(gè)零件。

（1）EA888 鏈輪組。該項(xiàng)目包含曲軸鏈輪、油泵鏈輪、中間軸鏈輪和平衡軸鏈輪。4 個(gè)鏈輪都要求表面致密化，表面密度大于7.5 g/cm3，致密層深度大于0.3 mm。采用表面致密化技術(shù)，在零件表面形成一層全致密層，可提高零件的硬度、耐磨性及使用壽命。其所用原材料為Fe-Mo、Ni、Mn、C。

（2）T5D 變速箱同步器齒轂。該產(chǎn)品熱處理表面硬度達(dá)到500～950 HV0.1，致密層深度0.5～2.0 mm（450 HV0.1），基本硬度大于220 HV10；材料成分標(biāo)準(zhǔn)為QJ/GAC 1110.025；密度7.0 g/cm3 以上；腰型槽不能有拔模斜度；抗拉強(qiáng)度590 MPa。其所用原材料為：Fe-Ni-C。

（3）凸輪軸正時(shí)鏈輪。該產(chǎn)品為VVT領(lǐng)域的徑高比大的薄板類(lèi)鏈輪，外齒和鎖銷(xiāo)孔均需要高頻淬火，端面加工精度高。主要性能指標(biāo)為：鎖銷(xiāo)孔位置度?0.1 mm，由模具保證；車(chē)削鎖銷(xiāo)孔所在的?89.0 mm 面的平面度0.04 mm，粗糙度Ra為1.25 mm。其所用原材料為Fe-Mo、Cu、C。

（4）VVT 定子。該產(chǎn)品熱處理表面硬度為500～950 HV0.1，致密層深度0.5～2.0 mm（450 HV0.1），基本硬度大于220 HV10；材料成分標(biāo)準(zhǔn)為QJ/GAC 1110.025；密度7.0 g/cm3以上；腰型槽不能有拔模斜度；抗拉強(qiáng)度590 MPa。其所用原材料為Fe-Mo、Ni。

（5）變速箱油泵轉(zhuǎn)子。內(nèi)轉(zhuǎn)子密度6.8～7.2 g/cm3，硬度70 HRB，輪廓度0.025 mm，高度公差0.005 mm；外轉(zhuǎn)子密度6.7～7.1 g/cm3，硬度70 HRB，齒頂輪廓度0.025 mm，高度公差0.005 mm。通過(guò)對(duì)成形、燒結(jié)、精整的控制和巧妙模具設(shè)計(jì)，使內(nèi)外轉(zhuǎn)子齒形輪廓度均達(dá)到0.025 mm要求；同時(shí)對(duì)清洗工序進(jìn)行改進(jìn)，達(dá)到高的清潔度要求。所用原材料為：內(nèi)轉(zhuǎn)子FN-0208-30，外轉(zhuǎn)子FC-0205-40。

（6）手動(dòng)變速箱互鎖塊。該產(chǎn)品密度6.8 g/cm3以上，開(kāi)口寬度?(8.165 ± 0.075) mm，利用DORST設(shè)備以及粉末位移功能成形。采用粉末冶金成形→燒結(jié)硬化直接完成，不依靠機(jī)加工銑削保證開(kāi)口寬度等尺寸的要求。所用原材料為SINT C32。

（7）正時(shí)排氣凸輪軸皮帶輪。該產(chǎn)品密度6.6 g/cm3以上，垂直度0.025 mm以?xún)?nèi)，正時(shí)角度(217.38 ± 0.25)° ，齒外徑全跳動(dòng)0.15 mm 以?xún)?nèi)，錐度0.15%，不平衡度（58±7）（g·cm）/kg。所用原材料為FC-0205。

（8）VVT 高精度轉(zhuǎn)子。該產(chǎn)品密度6.8 g/cm3以上，清潔度2 mg以下，外徑±0.02 mm與定子配合，全長(zhǎng)（27.000±0.008）mm，利用粉末冶金不完全燒結(jié)的特性，進(jìn)行生坯加工側(cè)孔和交叉孔，產(chǎn)品精整后再加工精度高的孔。

（9）發(fā)動(dòng)機(jī)VVT 定子。該產(chǎn)品為可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)的零件，采用CNC粉末成形技術(shù)、獨(dú)特的燒結(jié)工藝、不同的整形余量，保證整形后的尺寸精度和圓度。采用的原材料為Sint-D11。

（10）曲軸雙排鏈輪。該產(chǎn)品是首次實(shí)現(xiàn)上、下層齒形交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的雙排鏈輪，密度7.0～7.1 g/cm3，清潔度0.92 mg，齒部硬度大于68 HRA，顯微硬度為680～820 HV0.1。

（11）平衡軸從動(dòng)齒輪總成。該產(chǎn)品由兩個(gè)不同的粉末冶金產(chǎn)品通過(guò)橡膠粘合為一體，產(chǎn)品具有一定彈性，可以有效減緩整車(chē)震動(dòng)，提高駕駛的舒適性。密度6.8 g/cm3以上，熱處理硬度65～75 HRA，齒輪精度6級(jí)。采用原輔料為Fe-Cu-C、橡膠。

從上述11 個(gè)獲獎(jiǎng)燒結(jié)零件來(lái)看，原輔料的性能將直接影響最終零件的總體性能3。

總結(jié)1.在新形勢(shì)新常態(tài)下，知己才能知彼，學(xué)習(xí)才能取勝

粉末冶金是一個(gè)龐大的家族，傳統(tǒng)鐵基粉末冶金僅僅是其中的一個(gè)分支，而這個(gè)分支鏈上又有各個(gè)上下游環(huán)節(jié)，燒結(jié)零件制造是其中的一環(huán)。在當(dāng)前的形勢(shì)下，需要對(duì)其上下游熟悉和了解，知己才能知彼，有很多知識(shí)需要去學(xué)習(xí)、去研究、去探討、去模擬，只有這樣才能取勝。例如，赫格納斯是全球最大的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)制造金屬粉末的廠家，可是在其技術(shù)中心中卻有非常完整而先進(jìn)的全套燒結(jié)零件制造設(shè)備。

2.廠校聯(lián)合、廠廠聯(lián)合、上下游聯(lián)合是一種發(fā)展必然趨勢(shì)

近年來(lái)說(shuō)的較多的是“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合，可是有一部分項(xiàng)目卻是實(shí)效頗少、架子頗多，申報(bào)的科研經(jīng)費(fèi)部分沒(méi)有真正用在實(shí)處。但是這種合作是一種發(fā)展趨勢(shì)，關(guān)鍵是要真正實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)，使廠校、廠廠、上下游的聯(lián)合能夠最大限度發(fā)揮各自的能動(dòng)性，使組合體的作用大于單兵單體的作戰(zhàn)能力。在材料領(lǐng)域的多方聯(lián)合、創(chuàng)新研發(fā)新型的材料是當(dāng)務(wù)之急，需要面子工程，更需要起關(guān)鍵作用、推動(dòng)PM行業(yè)快速發(fā)展的新型材料。聯(lián)合是組合體受益，單體更受益，有實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)效益2。