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粉末冶金材料在汽车零件上的运用 汽车09 1韩韧09241006 粉末冶金材料 用粉末冶金工艺制得的多孔 半致密或全致密材料 包括制品 粉末冶金材料具有传统熔铸工艺所无法获得的独特的化学组成和物理 力学性能 如材料的孔隙度可控 材料组织均匀 无宏观偏析 合金凝固后其截面上不同部位没有因液态合金宏观流动而造成的化学成分不均匀现象 可一次成型等 粉末冶金制品节能 省材 性能优异 产品精度高且稳定性好 非常适合于大批量生产 另外 部分用传统铸造和机械加工方法无法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技术制造 因而备受工业界的重视 汽车粉末冶金零件产业发展前景展望 据资料显示 2006年国内粉末冶金零件总产量为7803万吨 其中汽车用粉末冶金零件的产量已达2887 7万吨 另外 就平均每辆轻型车 包括轿车 中使用的粉末冶金零件重量的进展情况看 2006年国内每辆车平均使用3 97公斤 日本为8 7公斤 北美则为19 5公斤 此外 汽车行业现在待开发的粉末冶金零件应用部分 大体上发动机零件为16 20公斤 变速器零件为15 18公斤 分动器零件为8 10公斤 其它为7 9公斤 可以看出 中国发展粉末冶金汽车零件的市场潜力非常大 汽车工业粉末冶金零件的应用情况 粉末冶金进 排气门座同步器锥环曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮机油泵主 从动齿轮减震器零件烧结铜合钢背双金属轴 粉末冶金进 排气门座 发动机的进 排气门座控制燃气的吸入和废气的排出 在高温下经受气流的冲蚀和气门的冲击与磨损 工作条件比较恶劣 气门座的失效主要是因磨损而导致气门座下沉量过大 气密性差 进而影响发动机功率 随着无铅汽油的大量应用 气门与气门座间的氧化铅没有了 从而使气门与气门座的冲击磨损加剧 向粉末冶金制品中的孔隙渗铜或者使用含铅的粉末冶金制品 对于应用无铅汽油的气门座能起到减磨和耐磨作用 目前新型发动机大多采用含铅和含铜粉末冶金气门座 为了提高其耐热性能 排气门座大多添加有钴 同步器锥环 同步器锥环是变速箱齿轮中的一个重要零件 如该零件失效 变速箱就不能换档了 在换档过程中该零件承受冲击与磨损 同步器锥环能否满足设计要求 需进行专门的换档台架试验后才能决定 例如 某厂轿车同步器锥环要用粉末冶金制品 其化学成分为 C0 6 一1 O Ni3 0 一6 0 Cu0 5 2 0 Mo0 2 0 6 其他元素 1 5 余为铁 密度不低于7 4g cm3 烧结态的力学性能为 断裂强度不小于560MPa 屈服强度不小于385MPa 伸长率不低于2 5 冲击功高于19J 硬度90HRB 该零件需经过局部表面感应淬火 有效硬化层深度为2mm 齿根硬度为不低于74HRA 47HRC 金相组织硬化区为马氏体 非硬化区为贝氏体 珠光体 允许有少量的铁素体 也有些厂家同步器锥环烧结后需经淬火 回火或碳氮共渗处理 同步器锥环尺寸精度和冲击磨损性能均要求较高 目前国内许多粉末冶金厂正在组织攻关 也有些厂已经试制成功 曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮 过去汽车上的曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮大多用45号钢或40Cr钢调质后使用 也有些要求比较高 调质处理后再经软氮化处理 为了减少切削加工和降低成本 许多新型发动机曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮均改用粉末冶金制品 如某轿车曲轴正时齿轮化学成分为 C0 4 一1 0 Cu1 0 一5 0 其他元素低于3 余为铁 密度为6 4 6 8g cm3 硬度高于59HRB 断裂强度不低于4OOMPa 屈服强度不低于280MPa 正时齿轮生产难点在于齿轮的尺寸精度 即模具的设计与制造 一般要控制齿轮的一周摆差 单齿的齿向摆差和齿形误差等 国外设计图纸上常标有精密电火花加工时计算机输入数据 用这些数据输入到精密电火花加工设备上 能够较精确的将模具加工出来 最后再经研磨来降低粗糙度 机油泵主 从动齿轮 该对齿轮 一个为内齿 一个为外齿 目前我国已大量采用粉末冶金制品 如某轿车机油泵主动齿轮化学成分为 C0 39 Mo0 54 Ni3 65 Cu1 6 余铁 密度高于7 1g cm3 硬度207 220HB 金相组织为贝氏体 珠光体 铁素体 孔隙 减震器零件 筒式减震器中有活塞 压缩阀座和连杆导向座等零件 形状比较复杂 小孔加工较多 尺寸精度也较高 另外对耐磨性要求较高 这些要求比较适合采用粉末冶金方法制造 从20世纪70年代开始 连杆导向座和活塞就正式采用粉末冶金方法制造 压缩阀座曾经大量装车试验 但未采用粉末冶金方法制造 由于形状复杂 尺寸精度要求高 并有许多小孔 所以模具设计和制造有一定的难度 烧结铜合钢背双金属轴 汽车上发动机 底盘总成牛有许多滑动摩擦件 设计中采用双金属轴套 双金属轴套大多采用08AL低碳冷轧钢带制作钢背 以提高其强度刚度 并具有良好的加工性能 将不同粒度组成的铅青铜粉或锡青铜粉烧结到钢背上 以作为减摩及耐磨合金表面层 从而复合成双金属轴套 这样的复合凸轮轴在重量上节材40 左右 使加工大大简化 降低成本 并使发动机功率得到提高 近十年来 粉末冶金工业发展迅速 铁基粉末的市场需求在总体上有明显的增长 特别是北美市场已保持了连续9年的高速增长 日本虽然受到国内长期经济不景气的拖累 但铁基粉末的产量仍然较高 中国 包括大陆和台湾省 粉末冶金制品的产量明显增长根据对我国粉末冶金零件市场的预测 近几年摩托车行业和小型制冷压缩机行业将有40 的增幅 而汽车行业的预期增幅更达70 目前 国产汽车平均每辆使用3 6 粉末冶金零件 而国外则多达16 两者的差距反映出我国粉末冶金工业相对比较落后 但是 中国汽车工业迈向大规模生产 这一差距将很快缩小 我国粉末冶金工业 我国粉末冶金工业基础较为薄弱 长期缺乏数量较大和附加值较高的零件需求 没有机会让粉末冶金行业发挥它特有的优势 因此一直都未受到重视 1989年粉末冶金轴承占我国粉末冶金零件总产量的60 质量分数 其中大部分是低附加值的普通轴承 90年代中期 汽车工业发展较快 为高性能铁基