粉末冶金材料概述

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基本特点：原料、无熔化、材料生产过程采用PM技术制备材料/产品的优点：制品的致密度可控，如多孔材料、高密度材料等；晶粒细小、显微组织均匀、无成分偏析；近型成形，原材料利用率高>95%；少无切削，切削加工仅40~50%；材料组元可控，利于制备复合材料；制备难熔金属、陶瓷材料与核材料。粉末冶金技术的特点原料粉末成形烧结金属材料、复合材料、各种类型制品第2页/共40页PMProductionofnotchsegmentfortrucktransmission第3页/共40页第4页/共40页

采用PM技术制备材料/产品的缺点：原料粉末价格较贵；模具成本高，靠产量规模降低费用；烧结制品残余孔隙影响性能；氧和杂质含量较高；制备高纯活性金属困难；Return第5页/共40页

公元前3000年以前，古埃及人制造铁器；公元前2300年左右出现块炼铁技术：固相碳还原铁矿石（800~1000C）。通过高温锻焊成各种器件。如公元300年左右印度的DehliPiller,重6吨；我国西汉（公元前113年）的刘胜墓出土的错金书刀等。1930年Hoganas公司开始用固相还原法生产海绵铁。粉末冶金技术与材料发展第6页/共40页

随后出现Au(300年)、Ag、Cu、Sn(1000年)、Pt粉及Pt块(1800年）；1910年Coolidge发明电灯W丝，奠定了近代粉末冶金的基础；1914年WC、MoC粉末出现（德国）；1923年德国Krupp公司生产硬质合金，导致了金属切削技术的革命；1956年后大量铁基、铝基零件上市；1969年机械合金化技术出现；20世纪80年代后，PM制品，如蜗轮引擎零件广泛应用于航空。第7页/共40页三个重要标志克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难；如：1909年钨丝、1923年硬质合金粉末冶金方法生产多孔材料的成功；如：1930年含油轴承、轴瓦粉末冶金新工艺、新材料的发展；如：粉末注射成形、金属陶瓷Return第8页/共40页

技术特征：技术多样性;

粉末制备、成形、烧结技术多选择工艺复杂性;手段先进性；压机、烧结炉等设备与最新科技结合性能优异性；零件复杂性；规模扩大性；成本低廉性。现代粉末冶金技术与发展压机：普遍采用模架系列压机和多功能压机，可一次成形形状十分复杂的粉末冶金零件；烧结方面：网带炉、步进梁炉和推杆式炉，都配有空分氮+分解氨+丁烷裂化保护气装置，炉内进行碳势控制，露点控制由微机统一管理，基本实现全自动控制；精整工艺：自动送料+定位装置Goto第9页/共40页粉末制备：雾化制粉、还原法、机械合金化、气相沉积、溶胶凝胶、自蔓燃反应合成、电解成形：喷射沉积、注射成形、挤压成形、粉末锻造、粉末轧制、温压成形、冷热等静压及特种固结技术、爆炸成形烧结技术：微波烧结、反应烧结、液相烧结、超固相线液相烧结、电火花烧结、原位成形技术多样性Return

第10页/共40页工艺复杂性原料：元素粉末、合金粉末成形：热压（热等静压、挤压...）冷压（模压、冷等静压...）烧结：真空、气氛、外场其它制备技术：复压、精整、熔浸...其它后续处理技术：热处理、机加工...Return

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发展趋势辐射领域越来越广材料、应用工艺过程的变异粉末直接成形多学科交叉点技术手段、应用领域特异性能、规模化、低成本第12页/共40页1）铁基结构合金的高精度﹑高质量﹑大数量产品。2）致密高性能材料，主要是理想的密度和牢固性。3）难加工材料的制造，全密度具有统一微观结构的高性能合金。4）特殊合金，主要为包含有多相的组分，通过增强密度的工艺来制造。5）非平衡材料的合成例如非晶，微晶和亚稳合金。6）具有独特组分或不常用形状的特殊附件的工艺。发展方向举例

第13页/共40页19901991199219931994199519961997199819992000200120022003200430,00025,00020,00015,00010,0005,0000*1st=0.9087mtP/MPartsOtherUsesst*CopperandCopperbasepowderinNorthAmerica

Copperandcopper-basepowderin2004increased11.3%andcopperpowderbasepartsincreased7%.第14页/共40页

InternationalironandsteelpowderMetalpowderin2004increasedby6.5%to527,918(mt),figureIronpowderincreased7%over2003to430,119mt.

**ReflectsP/Mgradepowdersonlyincludesstainlesssteelsafter1996St**1st=0.9078Sourse:MPIF,JPMA,EPMA第15页/共40页Internationalcopperandcopperbasepowdersin2004*st**reflectsP/Mgradepowdersonly*1st=0.9078source:MPIF,JPMA,EPMA第16页/共40页P/MpartscontentinatypicalvehicleNorthAmericaJapanEurope19807.7kg(17lb)3.03kg(6.7lb)2.5kg(5.5lb)19858.6kg(19lb)3.78kg(8.3lb)19878.8kg(19.5lb)4.3kg(9.5lb)3.2kg(7lb)199010.9kg(24lb)5.55kg(12.21lb)4.1kg(9lb)199412.2kg(27lb)6.64kg(14.6lb)5.7kg(12.5lb)199512.7kg(28lb)6.7kg(14.8lb)6.1kg(13.46lb)199714kg(31lb)6.52kg(14.41lb)199814.9kg(33lb)6.65kg(14.6lb)7.02kg(15.5lb)199915.6kg(34.5lb)7.17kg(15.8lb)7.4kg(16.3lb)200016.3kg(36lb)8.2kg(18lb)200117kg(37.5lb)7.3kg(16lb)8.1kg(17.8lb)200217.7kg(39lb)7.6kg(16.7lb)8.3kg(18.3lb)200318.4kg(40.5lb)8.0kg(17.6lb)8.7kg(19lb)200419.5kg(43lb)9.0kg(19.8lb)第17页/共40页NorthAmericacopperandcopperbasepowder19901991199219931994199519961997199819992000200120022003200430,00025,00020,00015,00010,0005,0000*1st=0.9087mtP/MPartsOtherUsesst*第18页/共40页粉末冶金材料的主要应用粉末冶金零件市场汽车工业是粉末冶金零件的最大应用市场第19页/共40页Automobileindustry第20页/共40页典型的汽车用粉末冶金零部件

MainBearingCapSetVALVESEATANDVALVEGUIDE

第21页/共40页CONNECTINGRODS

ConnectingRod(fracturesplit)FordMotorCompanyhasalreadyusedmorethan25millionPowderForged(PF)connectingrods；Totalcostsavingsofover20%arereported

PMConnectingrodusedinBMWengines第22页/共40页第23页/共40页OILPUMPGEARSSYNCHRONISATIONSYSTEM

ROCKERARMS第24页/共40页Mechanicalindustry第25页/共40页第26页/共40页第27页/共40页第28页/共40页第29页/共40页第30页/共40页第31页/共40页2000、2005及2010年国内粉末冶金零件的总需求量,单位/吨第32页/共40页国外市场世界粉末冶金零件总产量约为60万吨，我国约占4%，世界上超过1万吨/年的粉末冶金厂家约为12个。国内与国外差距产品水平低在产品精度方面，少数企业尺寸精度可达IS07—8级，形位公差可达8—9级，与国外水平相比低1—2级，但一般企业约相差2—3级。产品质量不够稳定，产品内在重量和外观质量均有较大的差距

工艺装备落后多数企业仍采用性能较差的设备、能耗大、效率低、炉温均匀性差，质量不稳定；国内还没有形成一个专业生产粉末冶金模具、模架的企业第33页/共40页企业技术经济效益与国外同类企业相比差距较大日本住友电工（株）

650人，年产粉末冶金零件24000吨，年销售额近2亿美元，人均年销售额255.4万元人民币；

台湾保来得公司

530人，年销售额6210万美元，人均年销售额97.25万元人民币。宁波粉末冶金厂

400人，年销售额1.2亿元，人均年销售额30万元；

扬州保来得公司

300人，年销售额1.8亿元，人均年销售额60万元；

国内一般粉末冶金厂

人均年销售2万元。第34页/共40页

发展趋势辐射领域越来越广材料、应用工艺过程的变异粉末直接成形多学科交叉点技术手段、应用领域朝特异性能、规模化、低成本方向发展Return第35页/共40页

粉末冶金材料的孔隙特征孔隙对粉末冶金材料性能的影响提高粉末冶金材料致密度的途径粉末冶金材料的强韧化粉末冶金结构材料高性能粉末冶金材料及其制备工艺