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(jì)收入的提高，對生活質(zhì)量有了新的要求，轎車能否進(jìn)人家庭，何時(shí)進(jìn)入家庭已不再是人們懷疑、談?wù)摰脑掝}。今年以來幾大汽車集團(tuán)生產(chǎn)線加大生產(chǎn)力度，同時(shí)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(jī)遇。眾所周知，粉末冶金法生產(chǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)件具有少無切削的優(yōu)點(diǎn)，因而節(jié)能、節(jié)材；具有生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)大批量生產(chǎn)；具有材料多樣性的特點(diǎn)，可滿足不同用途結(jié)構(gòu)零件的性能要求。因此在汽車領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。據(jù)有關(guān)資料介紹，汽車中使用的粉末冶金件累計(jì)已超過1 000種。全球粉末冶金結(jié)構(gòu)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(dòng)粉末的需要量快速增長，從而實(shí)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(yīng)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(yīng)用分別是68．3％、79．2％、82．6％。在2000年北美鐵粉產(chǎn)量已達(dá)到：510．7 kt。我國的粉末冶金起步較晚，1961年才誕生*個(gè)鐵基制品廠、1965年*條隧道窯點(diǎn)火生產(chǎn)，此時(shí)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(dá)到19．5kt，2OOO年達(dá)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(dǎo)管，但是用量*大的是各類結(jié)構(gòu)零件。為什么粉末冶金零件會(huì)在汽車制造業(yè)廣泛被應(yīng)用?除了眾所周知的節(jié)材、省能、低價(jià)地大批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜及具有*終精度零件的特點(diǎn)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(dòng)和噪音降低，材質(zhì)等可變更、實(shí)現(xiàn)耐熱性和耐磨性，模具化的量產(chǎn)、達(dá)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(gòu)成為：發(fā)動(dòng)機(jī)41．1％、傳動(dòng)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(gè)綜合性的、高技術(shù)的產(chǎn)業(yè)，一定程度上反映了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。汽車生產(chǎn)企業(yè)均有一套科學(xué)的質(zhì)量保證體系，對汽車中每一個(gè)零部件的質(zhì)量要求均十分嚴(yán)格。如SGM 的供貨缺陷率要求小于25×10-6。粉末冶金結(jié)構(gòu)件在汽車中的應(yīng)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(jī)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(qiáng)度結(jié)構(gòu)件
 典型零件有：發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)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(fù)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(jī)械混合形式加人。要求鐵粉：
 (1)應(yīng)具有良好的成形性能、較高的生坯強(qiáng)度，以防壓件產(chǎn)生裂紋(尤其對多臺階異形結(jié)構(gòu)件)和工序間流轉(zhuǎn)時(shí)壓件掉邊缺角。
 (2)應(yīng)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(yīng)具有良好的質(zhì)量穩(wěn)定性，如化學(xué)成分中鐵粉的含氧量不穩(wěn)定，將影響到配料的準(zhǔn)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(dǎo)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(qiáng)度結(jié)構(gòu)件
 典型零件有：發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱傳動(dòng)齒輪、鏈輪等。這種類型零件一般要求能夠承受較高負(fù)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(jìn)行熱處理，以達(dá)到其性能要求。生產(chǎn)這種零件所用原材料較為經(jīng)濟(jì)的選擇是采用霧化鐵粉，合金元素通過機(jī)械混合形式加入，*好采用無偏析混料法。當(dāng)然如采用擴(kuò)散合金粉，質(zhì)量將更為可靠，但缺點(diǎn)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(jié)構(gòu)件的質(zhì)量有明顯的效果。
 2．3 高性能結(jié)構(gòu)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(fù)雜、精度高、硬度強(qiáng)度高等特點(diǎn)，因此綜合技術(shù)難度較高，零件材料相當(dāng)于DIN標(biāo)準(zhǔn)中的D39。生產(chǎn)該類零件原材料通常采用擴(kuò)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(dòng)機(jī)連桿，變速箱齒環(huán)等。零件采用粉末鍛造法生產(chǎn)，以達(dá)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(yù)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(dá)到全致密程度。
 此外，粉末鍛造對粉末的清潔度有相當(dāng)高的要求，非金屬夾雜物將成為致密鍛件的裂紋源，導(dǎo)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(dòng)機(jī)的排氣閥座等。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)排氣閥座承受高溫和交變應(yīng)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(yán)格，整個(gè)缸蓋上每個(gè)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(jìn)行嚴(yán)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(shí)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(dòng)機(jī)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(jì)：26種、67件，重13．2 ks／輛。主要為：進(jìn)排氣門座圈、氣門導(dǎo)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(qiáng)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(yīng)商共同研究開發(fā)適合各個(gè)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(yīng)商和產(chǎn)品制造商是同一根供應(yīng)鏈上的不同的節(jié)點(diǎn)。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(diǎn)。
 
 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(rèn)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(yīng)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(jìn)車型上規(guī)定用粉末冶金零件，帶動(dòng)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(shù)和經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)有了一定的認(rèn)識。特別是近期引進(jìn)的車型中，又出現(xiàn)許多新的零件，因此在生產(chǎn)中除了進(jìn)一步擴(kuò)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(lǐng)域上的應(yīng)用將更多、更廣，同時(shí)所需求的鐵粉將更廣泛。 
  

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