近年來(lái)我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛,隨著人們經(jīng)濟(jì)收入的提高,對(duì)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(lái)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(lái)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(wú)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(zhǎng),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(wàn)t(還原粉7.1萬(wàn)t,6.4萬(wàn)t),歐洲鐵粉產(chǎn)量:22.1萬(wàn)t(還原粉16.5萬(wàn)t、5.6萬(wàn)t),日本鐵粉產(chǎn)量:8.6萬(wàn)t(還原粉5.9萬(wàn)t、2.7萬(wàn)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(guó)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(zhǎng)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(shì)
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(wú)論是在國(guó)外還是國(guó)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(duì)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(duì)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(duì)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(jiǎn)要介紹幾種類型零件及其對(duì)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(duì)多臺(tái)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(zhǎng)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(duì)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(wú)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(tái);變速箱零件:12種、12件4.3 kg,臺(tái);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(lái)發(fā)展
我國(guó)的汽車工業(yè)起步較遲,對(duì)粉末冶金零件的認(rèn)識(shí)還不足,大多數(shù)是以粉末冶金材料來(lái)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(guó)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(duì)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(shí)。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(lái)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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