高密度粉末冶金零部件開發(fā)科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)書-在線瀏覽
2025-05-03 08:29本頁面
【正文】 年增長率超過 20%，但是我國絕大部分鋼鐵粉末為單一的純鐵粉產(chǎn)品。為了提高我國鐵基粉末冶金行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，必須研發(fā)具 有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型低成本、高品質(zhì)粘結(jié)化鐵基粉末的制備新技術(shù)。 隨著鐵基粉末冶金零件向汽車或其它機(jī)械用關(guān)鍵零部件制造領(lǐng)域的深入， 高 密度和高性能 鐵基粉末冶金零件的 市場需求量越來越大、性能要求也越來越高。密度在 以上的汽車工業(yè)用高品質(zhì)粉末冶金合金鋼結(jié)構(gòu)零件，如高強(qiáng)度齒輪、連桿、 200 扭矩以上同步器齒轂和齒套、行星輪支架、鏈輪等仍然依 5 賴進(jìn)口或傳統(tǒng)機(jī)械加工，特別是汽車發(fā)動機(jī)連桿及行星輪支架的生產(chǎn)，國外一直進(jìn)行技術(shù)封鎖。溫壓成形的密度只能達(dá)到 ，產(chǎn)品性能已經(jīng)不能滿足日益嚴(yán)格的技術(shù)要求 。 高密度鐵基粉末冶金零件的制備技術(shù) 嚴(yán)重制約了我國汽車工業(yè)和其它高端裝備制造業(yè)的發(fā)展， 迫切需要開發(fā)高性能鐵基制品的先進(jìn)制備技術(shù)， 特別是高密度、高均勻性和大尺寸的鐵基粉末冶金制品。 本課題針對我國粘結(jié)化鐵基粉末和高密度鐵基粉末冶金零 件制備技術(shù)較薄弱的問題，重點(diǎn)開展高品質(zhì)粘結(jié)化鐵基粉末、以及 高密度、高均勻性和大尺寸鐵基粉末冶金制品產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù) 的研究。 %%%%% （ a）國外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 粘結(jié)化鐵基粉末的研究是國際上制備高性能、高精度鐵基零部件的重要發(fā)展方向之一。美國赫格拉斯公司采用的是 ANCORBOND 混粉技術(shù)；瑞典赫格拉斯公司開發(fā)了 STARMIX 粘結(jié)化處理混合粉末。日本神戶制 6 鋼的粘結(jié)化粉末命名為 Segregationless powder 高密度鐵基粉末冶金零件的制備主要采用粉末熱鍛、溫壓成形等技術(shù)，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，特別是通過粉末熱鍛制備出了密度達(dá) 、同步器齒轂和傘齒輪等零件，并在汽車上得到應(yīng)用。粉末鍛造存在設(shè)備價(jià)格過高、能耗大、生產(chǎn)成本高和成品率較低等問題。開發(fā)低成本，高性能的鐵基粉末零件是粉末冶金工業(yè)發(fā)展的必然趨勢?；趪忤F基粉末及粉末冶金制品 的現(xiàn)狀與趨勢，高品質(zhì)鐵基粉末的制備和高性能鐵基粉末冶金制品制備新技術(shù)的研發(fā)是我國鐵基粉末冶金工業(yè)發(fā)展不可或缺的。占我國市場 30%的高壓縮性霧化鐵粉仍需要從瑞典、美國、日本等國外廠家進(jìn)口。 就粉末冶金制品而言，雖然我國 2021 年的年產(chǎn)量達(dá)到了 23萬噸，但是主要采用傳統(tǒng)壓制和燒結(jié)工藝制備，生產(chǎn)出的絕大多數(shù)中低檔產(chǎn)品只能用作承載負(fù)荷較低的結(jié)構(gòu)件。為了滿足我國汽車工業(yè)及其它先進(jìn)制造業(yè)對高 7 性能、大尺寸、精密及復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)零件的迫切需求，本世紀(jì)初國內(nèi)開始開展高致密度和高性能粉末冶金零部件制備技術(shù)的研究。從 2021 年開始，北京科技大學(xué)在國家 973 計(jì)劃的支持下開展了粉末冶金高端產(chǎn)品的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，采用高速壓制技術(shù)成功制備出密度大于 ，這是高性能鐵基制品研發(fā)的一個(gè)良好開端。 主要研究內(nèi)容 （ 1）高密度鐵基粉末冶金材料成分的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 （ 2）鐵基粉末改性處理技術(shù)研究。重點(diǎn)研究粉末顆粒的形狀、粒度和粒度搭配對粉末特性（松裝密度、振實(shí)密度和流動性）的影響、粘結(jié)劑和塑化劑體系的種類和含量對原料粉末特性的影響、粘結(jié)化工藝參數(shù)對粉末特性的影響。 8 （ 3）鐵基制品高密度成形技術(shù)研究。重點(diǎn)研究 顆粒形狀和粒度配比 、 塑化劑的添加 、 模壁潤滑 、模具結(jié)構(gòu)和壓制方式對壓坯密度及其分布、密度均勻性和尺寸精度的影響。研究鐵基大制品在連續(xù)燒結(jié)過程中的 燒結(jié)精確控溫技術(shù)，得出燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間、燒結(jié)氣氛對零件致密度、成分和組織均勻性、尺寸一致性和綜合力學(xué)性能的影響規(guī)律，并 闡明高密度鐵基粉末冶金材料的 致密化機(jī)理。最后對燒結(jié)和熱處理態(tài)鐵基材料的顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行表征。 （ 5）粘結(jié)化鐵基粉末及鐵基大制品產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵裝備設(shè)計(jì)。 主要創(chuàng)新點(diǎn)、先進(jìn)性 （ 1）高密度鐵基合金成分設(shè)計(jì) 。 （ 2）高品質(zhì)粘結(jié)化鐵基粉末的制備技術(shù)。 9 （ 3）高密度成形技術(shù)。 （ 4）粘結(jié)化粉末混合裝置的設(shè)計(jì)。這提高了成形粉末的批量穩(wěn)定性，為高密度鐵基零件的量產(chǎn)提供了保證。針對高密度、高均勻性和大尺寸鐵基粉末冶金零件的結(jié)構(gòu)和形狀特點(diǎn)，對送料裝置、模具、模架、模壁潤滑系統(tǒng)和出料系統(tǒng)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一體化精確控制，有效控制產(chǎn)品的成分和密度均勻性，從而有效提高綜合力學(xué)性 能、產(chǎn)品一致性和生產(chǎn)效率，為批量化穩(wěn)定生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。在粘結(jié)化鐵基粉末改性和高密度成形技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，配合連續(xù)式混合裝置和壓制成形裝置的設(shè)計(jì)，形成高品質(zhì)粘結(jié)化鐵基粉末和高性能鐵基制品工業(yè)化的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。 我們通過對水霧化鐵粉顆粒形狀及粒度的研究，發(fā)現(xiàn)采用水霧化鐵粉及預(yù)合金粉末按顆粒形狀和粒度要求按一定比例混合，其顆粒具有互補(bǔ)性，小顆粒容易填充到大顆粒之間的孔隙中去，通過對提高粉末壓縮性能塑化劑種類和添加量的研究確定，并一定溫度下進(jìn)行塑化 10 處理，軟化鐵粉顆粒的顯微硬度，降低顆粒塑性變形阻力，有效地降低粉末顆粒間的摩擦力，使鐵粉顆粒整體塑性得到明顯改善；研究新型的粘結(jié)劑和潤滑劑，進(jìn)一步提高粉末混合的均勻性，通過自行設(shè)計(jì)制作的 5 噸專用連續(xù)式混合裝置，制成高密度專用粉末，粉末的松比為 ～ ，流動性≤ 36s/50g，壓縮性≥ 。 粉末高速壓制成形技術(shù)以 ?10m/s 的速度，對塑化和粘結(jié)化處理的粉末進(jìn)行壓制成形，通過沖擊能量向壓制能量的轉(zhuǎn)換和應(yīng)力波傳播的能量累加，獲得比傳統(tǒng)壓制高得多的密度，而通過短時(shí)多次的連續(xù)壓制，其壓制能量交互作用并累加，得到比單次壓制更高的壓制密度，而且密度在軸向和 徑向上的分布更加均勻。綜合多種因素，高速壓制技術(shù)在高密度、高均勻性、工藝可靠性等方面均顯示處明
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