汽車用粉末冶金件對鐵粉的需求

      近年來我國汽車工業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，隨著人們經(jīng)濟收入的提高，對生活質(zhì)量有了新的要求，轎車能否進人家庭，何時進入家庭已不再是人們懷疑、談論的話題。今年以來幾大汽車集團生產(chǎn)線加大生產(chǎn)力度，同時不斷推出新車型，出現(xiàn)了產(chǎn)銷兩旺的喜人局面。
 這給粉末冶金行業(yè)帶來了很好的發(fā)展機遇。眾所周知，粉末冶金法生產(chǎn)機械結構件具有少無切削的優(yōu)點，因而節(jié)能、節(jié)材；具有生產(chǎn)效率高的優(yōu)點，適應大批量生產(chǎn)；具有材料多樣性的特點，可滿足不同用途結構零件的性能要求。因此在汽車領域得到廣泛的應用。據(jù)有關資料介紹，汽車中使用的粉末冶金件累計已超過1 000種。全球粉末冶金結構零件總量的一半以上用于汽車工業(yè)。
 汽車粉末冶金零件的大批量生產(chǎn)、必將帶動粉末的需要量快速增長，從而實現(xiàn)粉末冶金零件企業(yè)和原材料企業(yè)的共同發(fā)展。
 
 1 粉末冶金在汽車制造行業(yè)應用
 1．1 鐵粉的產(chǎn)量
  據(jù)資料顯示，1982年北美鐵粉產(chǎn)量：13．5萬t(還原粉7．1萬t,6．4萬t)，歐洲鐵粉產(chǎn)量：22．1萬t(還原粉16．5萬t、5．6萬t)，日本鐵粉產(chǎn)量：8．6萬t(還原粉5．9萬t、2．7萬t)。在1992年北美鐵粉產(chǎn)量：246．3 kt、歐洲鐵粉產(chǎn)量 189．5 kt、日本鐵粉產(chǎn)量：154．8 kt。同期，粉末冶金零件在汽車上的應用分別是68．3％、79．2％、82．6％。在2000年北美鐵粉產(chǎn)量已達到：510．7 kt。我國的粉末冶金起步較晚，1961年才誕生*個鐵基制品廠、1965年*條隧道窯點火生產(chǎn)，此時的鐵粉產(chǎn)量只有735 t。后經(jīng)過廣大粉末冶金科技人員的奮發(fā)努力，在1992年鐵粉產(chǎn)量達到19．5kt，2OOO年達到26．5 kt，其增長率是快速的。
 1．2 汽車上使用的粉末冶金零件
  汽車制造業(yè)中使用的粉末冶金零件非常多，其*初是含油軸承的氣門導管，但是用量*大的是各類結構零件。為什么粉末冶金零件會在汽車制造業(yè)廣泛被應用?除了眾所周知的節(jié)材、省能、低價地大批量生產(chǎn)形狀復雜及具有*終精度零件的特點之外，粉末冶金零件還具有密度可調(diào)、使重量減輕，孔隙的阻尼作用、使振動和噪音降低，材質(zhì)等可變更、實現(xiàn)耐熱性和耐磨性，模具化的量產(chǎn)、達到性能和尺寸的一致性，特殊工藝的采用、使高難度零件的生產(chǎn)成為可能。
 1．3 汽車用粉末冶金零件的趨勢
  由于粉末冶金工業(yè)是門新型產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展十分被看好，特別是在汽車制造行業(yè)，因此無論是在國外還是國內(nèi)，粉末冶金具有廣闊的前景。現(xiàn)在平均每輛轎車使用的粉末冶金件重量大幅上升，如：北美轎車中粉末冶金件重量1977年為7．0 kg，1994年l2．2kg，2OOO年15．9 kg；歐洲轎車中粉末冶金件重量1983年為3．3 kg， 1991年4．0 kg，1996年6．0 kg；日本轎車中粉末冶金件重量1980年為3．o3 kg，1986年4．10 kg，1991年5．71 ，其中按用途構成為：發(fā)動機41．1％、傳動部31．2％、底盤16．7％、電器4．2％、燃料3．1％ 、車身2．2％ 、其它1．4％。
 
 2 對鐵粉的需求
  汽車工業(yè)是一個綜合性的、高技術的產(chǎn)業(yè)，一定程度上反映了現(xiàn)代科學技術的發(fā)展水平。汽車生產(chǎn)企業(yè)均有一套科學的質(zhì)量保證體系，對汽車中每一個零部件的質(zhì)量要求均十分嚴格。如SGM 的供貨缺陷率要求小于25×10-6。粉末冶金結構件在汽車中的應用，常見的有帶輪、鏈輪、齒轂、凸輪、連桿、閥座等，根據(jù)零件在主機中部位和作用的不同，對零件的性能要求也有不同，必須選擇合適的材料和制造工藝以滿足其要求。下面簡要介紹幾種類型零件及其對原材料的要求。
 2．1 中低強度結構件
 典型零件有：發(fā)動機正時凸輪軸帶輪、曲軸帶輪、水泵皮帶輪等。這種類型零件通常為Fe-C—Cu材料，密度在6．4～6．8 g，cIIl3之間。上述零件往往形狀較復雜、精度要求較高；所用原材料通常采用還原鐵粉；合金元素通過機械混合形式加人。要求鐵粉：
 (1)應具有良好的成形性能、較高的生坯強度，以防壓件產(chǎn)生裂紋(尤其對多臺階異形結構件)和工序間流轉時壓件掉邊缺角。
 (2)應具有良好的壓縮性能、較低的壓制回彈率，降低零件成型壓力，延長模具壽命，減少壓件裂紋的產(chǎn)生。要求提高粉末退火還原質(zhì)量，降低鐵粉中碳、氧含量和鐵粉顆粒硬度。
 (3)應具有良好的質(zhì)量穩(wěn)定性，如化學成分中鐵粉的含氧量不穩(wěn)定，將影響到配料的準確性，影響零件工藝過程中尺寸變化率和零件*終成分及性能；如物理性能中松比、流速不穩(wěn)定，將影響模腔的裝粉量，引起壓坯重量和高度尺寸變化較大，導致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定(對陰模帶肩類的產(chǎn)品影響尤為明顯)。
 2．2 中高強度結構件
 典型零件有：發(fā)動機、變速箱傳動齒輪、鏈輪等。這種類型零件一般要求能夠承受較高負荷、具有較好的耐磨性，成分通常為Fe-C-Cu—Ni，或Fe-C．Cu．Ni．Mo等，密度在6．8～7．2 g，鋤 之間，有些零件則需要進行熱處理，以達到其性能要求。生產(chǎn)這種零件所用原材料較為經(jīng)濟的選擇是采用霧化鐵粉，合金元素通過機械混合形式加入，*好采用無偏析混料法。當然如采用擴散合金粉，質(zhì)量將更為可靠，但缺點是原材料成本較高。另外提出的是霧化鐵粉中含有適量的Mn對提高結構件的質(zhì)量有明顯的效果。
 2．3 高性能結構件
 典型零件有：變速箱同步器齒轂、同步環(huán)等。這種類型零件具有形狀復雜、精度高、硬度強度高等特點，因此綜合技術難度較高，零件材料相當于DIN標準中的D39。生產(chǎn)該類零件原材料通常采用擴散合金粉的方法，如Distaloy AE、DB一48等。
 2．4 粉末鍛造件
 典型零件有：發(fā)動機連桿，變速箱齒環(huán)等。零件采用粉末鍛造法生產(chǎn)，以達到全致密狀態(tài)，如SGM齒環(huán)的密度要求≥7．82咖 。生產(chǎn)該類零件的原材料通常采用預合金化的低合金鋼粉。雖然這種粉末在常溫下壓縮性較差，但在熱鍛條件下，坯件可以達到全致密程度。
 此外，粉末鍛造對粉末的清潔度有相當高的要求，非金屬夾雜物將成為致密鍛件的裂紋源，導致零件在工作中失效。
 2．5 高溫、高耐磨性的粉末冶金零件
 典型零件有：汽車發(fā)動機的排氣閥座等。發(fā)動機工作時排氣閥座承受高溫和交變應力的作用。在惡劣的工況條件下，零件要求具有足夠的壽命、耐磨性，因此對材料性能要求較高，通常選擇耐熱、耐磨高合金材料，如Fe—C—Cr-Mo-Ni或Fe—C—Cu—Ni—Mo及高速鋼材料等。原材料通常采用霧化合金粉，為了改善粉末的壓縮性能，也有采用母合金粉與純鐵粉按一定比例混合的形式生產(chǎn)。由于閥座類零件質(zhì)量要求很嚴格，整個缸蓋上每個閥座的加工面尤其是與氣門配合面不允許有任何針孔，因此生產(chǎn)中必須對原料粉及混合粉的清潔度進行嚴格控制，防止有夾雜物混入其中。
 
 3 汽車用粉末冶金對鐵粉需求的實例
 剖析上海通用汽車別克轎車上的粉末冶金件用粉是，Buick車發(fā)動機零件：14種、55件8．9 ks／臺；變速箱零件：12種、12件4．3 kg，臺；共計：26種、67件，重13．2 ks／輛。主要為：進排氣門座圈、氣門導管、凸輪軸軸頸、凸輪軸和曲軸鏈輪、軸承蓋、凸輪軸擋板、連桿、排氣管法蘭、氣門搖壁支座、油泵齒輪等零件。
  這些零件所使用的鐵粉按類型區(qū)分，就是以上的五大類，幾乎都是高強度、高密度零件，因此所用的鐵粉一般都有特殊要求。這其中還存在與鐵粉供應商共同研究開發(fā)適合各個零件特性的不同要求的粉末。從質(zhì)量保證體系角度上講，粉末供應商和產(chǎn)品制造商是同一根供應鏈上的不同的節(jié)點。為了制造出符合客戶要求的優(yōu)質(zhì)汽車零部件，供需雙方的密切合作也是非常重要的一點。
 
 4 展望未來發(fā)展
  我國的汽車工業(yè)起步較遲，對粉末冶金零件的認識還不足，大多數(shù)是以粉末冶金材料來替換傳統(tǒng)金屬材料，所以發(fā)展很慢。目前粉末冶金件應用在汽車、摩托車工業(yè)的比例只有46％。但可喜的是，隨著大量引進車型上規(guī)定用粉末冶金零件，帶動了我國粉末冶金零件在汽車制造工業(yè)上的蓬勃發(fā)展，使人們對粉末冶金零件的技術和經(jīng)濟特點有了一定的認識。特別是近期引進的車型中，又出現(xiàn)許多新的零件，因此在生產(chǎn)中除了進一步擴大通用制造工藝外，還需要用一些特殊的工藝來制造，如：金屬注射成形、溫壓成形、粉末鍛造、熱等靜壓、冷等靜壓等等，從而使粉末冶金零件，在汽車工業(yè)領域上的應用將更多、更廣，同時所需求的鐵粉將更廣泛。 
  

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