粉末冶金技術與材料概述

1、 粉末冶金技術的特點粉末冶金技術的特點 粉末冶金技術發(fā)展史粉末冶金技術發(fā)展史 現(xiàn)代粉末冶金技術的特征與發(fā)展趨勢現(xiàn)代粉末冶金技術的特征與發(fā)展趨勢 粉末冶金技術的主要應用粉末冶金技術的主要應用 課程體系課程體系 練習練習粉末冶金技術與材料概述粉末冶金技術與材料概述基本特點：原料、無熔化、材料生產(chǎn)過程基本特點：原料、無熔化、材料生產(chǎn)過程采用采用PM技術制備材料技術制備材料/產(chǎn)品的優(yōu)點產(chǎn)品的優(yōu)點： 制品的致密度可控，如多孔材料、高密度材料等；制品的致密度可控，如多孔材料、高密度材料等； 晶粒細小、顯微組織均勻、無成分偏析；晶粒細小、顯微組織均勻、無成分偏析； 近型成形，原材料利用率高近型成形，原材料利

2、用率高95%； 少無切削，切削加工僅少無切削，切削加工僅4050%； 材料組元可控，利于制備復合材料；材料組元可控，利于制備復合材料； 制備難熔金屬、陶瓷材料與核材料。制備難熔金屬、陶瓷材料與核材料。粉末冶金技術的特點粉末冶金技術的特點原料粉末原料粉末成形成形燒結燒結金屬材料、復合材料、各種類型制品金屬材料、復合材料、各種類型制品 PM Production of notch segment for truck transmission 采用采用PM技術制備材料技術制備材料/產(chǎn)品的缺點：產(chǎn)品的缺點： 原料粉末價格較貴；原料粉末價格較貴； 模具成本高，靠產(chǎn)量規(guī)模降低費用；模具成本高，靠產(chǎn)量規(guī)模降

3、低費用； 燒結制品殘余孔隙影響性能；燒結制品殘余孔隙影響性能； 氧和雜質含量較高；氧和雜質含量較高； 制備高純活性金屬困難；制備高純活性金屬困難；Return 公元前公元前3000年以前，古埃及人制造鐵器；公元年以前，古埃及人制造鐵器；公元前前2300年左右出現(xiàn)塊煉鐵技術：固相碳還原鐵年左右出現(xiàn)塊煉鐵技術：固相碳還原鐵礦石（礦石（8001000 C）。通過高溫鍛焊成各種器）。通過高溫鍛焊成各種器件。如公元件。如公元300年左右印度的年左右印度的Dehli Piller, 重重6噸；我國西漢（公元前噸；我國西漢（公元前113年）的劉勝墓出土年）的劉勝墓出土的錯金書刀等。的錯金書刀等。1930年年

4、Hoganas公司開始用固公司開始用固相還原法生產(chǎn)海綿鐵。相還原法生產(chǎn)海綿鐵。粉末冶金技術與材料發(fā)展粉末冶金技術與材料發(fā)展 隨后出現(xiàn)隨后出現(xiàn)Au(300年年)、Ag、Cu、Sn (1000年年)、Pt粉及粉及Pt塊塊(1800年）；年）； 1910年年Coolidge發(fā)明電燈發(fā)明電燈W絲，奠定了近代粉末絲，奠定了近代粉末冶金的基礎；冶金的基礎； 1914年年WC、MoC粉末出現(xiàn)（德國）；粉末出現(xiàn)（德國）； 1923年德國年德國Krupp公司生產(chǎn)硬質合金，導致了金公司生產(chǎn)硬質合金，導致了金屬切削技術的革命；屬切削技術的革命； 1956年后大量鐵基、鋁基零件上市；年后大量鐵基、鋁基零件上市； 19

5、69年機械合金化技術出現(xiàn)；年機械合金化技術出現(xiàn)； 20世紀世紀80年代后，年代后，PM制品，如蝸輪引擎零件廣制品，如蝸輪引擎零件廣泛應用于航空。泛應用于航空。三個重要標志 克服了難熔金屬熔鑄過程中產(chǎn)生的困難； 如：1909年鎢絲、1923年硬質合金 粉末冶金方法生產(chǎn)多孔材料的成功； 如：1930年含油軸承、軸瓦 粉末冶金新工藝、新材料的發(fā)展； 如：粉末注射成形、金屬陶瓷Return 技術特征：技術特征： 技術多樣性技術多樣性; 粉末制備、成形、燒結技術多選擇粉末制備、成形、燒結技術多選擇 工藝復雜性工藝復雜性; 手段先進性；手段先進性； 壓機、燒結爐等設備與最新科技結合壓機、燒結爐等設備與最新

6、科技結合 性能優(yōu)異性；性能優(yōu)異性； 零件復雜性；零件復雜性； 規(guī)模擴大性；規(guī)模擴大性； 成本低廉性。成本低廉性?，F(xiàn)代粉末冶金技術與發(fā)展現(xiàn)代粉末冶金技術與發(fā)展Goto 粉末制備：霧化制粉、還原法、機械合金化、霧化制粉、還原法、機械合金化、 氣相沉積、溶膠凝膠、自蔓燃反應合成、電解氣相沉積、溶膠凝膠、自蔓燃反應合成、電解 成形：噴射沉積、注射成形、擠壓成形、粉末噴射沉積、注射成形、擠壓成形、粉末鍛造、粉末軋制、溫壓成形、冷熱等靜壓及特鍛造、粉末軋制、溫壓成形、冷熱等靜壓及特種固結技術、爆炸成形種固結技術、爆炸成形 燒結技術：微波燒結、反應燒結、液相燒結、微波燒結、反應燒結、液相燒結、超固相線液相燒

7、結、電火花燒結、原位成形超固相線液相燒結、電火花燒結、原位成形Return 原料：元素粉末、合金粉末成形：熱壓（ 熱等靜壓、擠壓.） 冷壓（模壓、冷等靜壓.）燒結：真空、氣氛、外場其它制備技術：復壓、精整、熔浸.其它后續(xù)處理技術：熱處理、機加工.Return 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢 輻射領域越來越廣輻射領域越來越廣 材料、應用材料、應用 工藝過程的變異工藝過程的變異 粉末直接成形粉末直接成形 多學科交叉點多學科交叉點 技術手段、應用領域技術手段、應用領域 特異性能、規(guī)?；?、低成本特異性能、規(guī)?；⒌统杀? 1）鐵基結構合金的高精度）鐵基結構合金的高精度高質量高質量大數(shù)量產(chǎn)品。大數(shù)量產(chǎn)品。2 2）致密

8、高性能材料，主要是理想的密度和牢固性。）致密高性能材料，主要是理想的密度和牢固性。3 3）難加工材料的制造，全密度具有統(tǒng)一微觀結構的高性）難加工材料的制造，全密度具有統(tǒng)一微觀結構的高性能合金。能合金。4 4）特殊合金，主要為包含有多相的組分，通過增強密度）特殊合金，主要為包含有多相的組分，通過增強密度的工藝來制造。的工藝來制造。5 5）非平衡材料的合成例如非晶，微晶和亞穩(wěn)合金。）非平衡材料的合成例如非晶，微晶和亞穩(wěn)合金。6 6）具有獨特組分或不常用形狀的特殊附件的工藝。）具有獨特組分或不常用形狀的特殊附件的工藝。 發(fā)展方向舉例發(fā)展方向舉例 1990 1991 1992 1993 1994 19

9、95 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 200430,00025,00020,00015,00010,0005,0000*1 st =0.9087 mtP/M Parts Other Uses st*Copper and Copper base powder in North AmericaCopper and copper-base powder in 2004 increased 11.3% and copper powder base parts increased 7%. International iron and steel powde

10、r Metal powder in 2004 increased by 6.5% to 527,918(mt), figure Iron powder increased 7% over 2003 to 430,119mt. *Reflects P/M grade powders only includes stainless steels after 1996St*1st=0.9078Sourse:MPIF,JPMA,EPMAInternational copper and copper base powders in 2004*st*reflects P/M grade powders o

11、nly*1st=0.9078source:MPIF,JPMA,EPMAP/M parts content in a typical vehicleNorth AmericaJapanEurope19807.7kg(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(2

12、8lb)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)

13、200419.5kg(43lb)9.0kg(19.8lb)North America copper and copper base powder1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 200430,00025,00020,00015,00010,0005,0000*1 st =0.9087 mtP/M Parts Other Uses st*粉末冶金材料的主要應用粉末冶金材料的主要應用 粉末冶金零件市場汽車工業(yè)是粉末冶金零件的最大應用市場汽車工業(yè)是粉末冶金零件的最大應用市場Automobile

14、industry 典型的汽車用粉末冶金零部件 Main Bearing Cap Set VALVE SEAT AND VALVE GUIDE CONNECTING RODS Connecting Rod (fracture split) Ford Motor Company has already used more than 25 million Powder Forged (PF) connecting rods ；Total cost savings of over 20% are reported PM Connecting rod used in BMW engines OIL PU

15、MP GEARS SYNCHRONISATION SYSTEM ROCKER ARMSMechanical industry 2000、2005及2010年國內粉末冶金零件的總需求量,單位/噸 項目 2000 年 2005 年 2010 年 汽車 13000 21000 39000 摩托車 14000 20000 35000 家用運輸車 13000 14300 14700 壓縮機 14050 20030 洗衣機 1300 1500 電風扇 2400 2400 電動工具 6000 8000 拖拉機 6970 8713 合計 68112 94179 國外市場 世界粉末冶金零件總產(chǎn)量約為60萬噸，我

16、國約占4%，世界上超過1萬噸/年的粉末冶金廠家約為12個。 國內與國外差距 產(chǎn)品水平低 在產(chǎn)品精度方面，少數(shù)企業(yè)尺寸精度可達IS078級，形位公差可達89級，與國外水平相比低12級，但一般企業(yè)約相差23級。產(chǎn)品質量不夠穩(wěn)定，產(chǎn)品內在重量和外觀質量均有較大的差距 工藝裝備落后 多數(shù)企業(yè)仍采用性能較差的設備、能耗大、效率低、爐溫均勻性差，質量不穩(wěn)定；國內還沒有形成一個專業(yè)生產(chǎn)粉末冶金模具、模架的企業(yè) 企業(yè)技術經(jīng)濟效益與國外同類企業(yè)相比差距較大 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢輻射領域越來越廣輻射領域越來越廣 材料、應用材料、應用工藝過程的變異工藝過程的變異 粉末直接成形粉末直接成形多學科交叉點多學科交叉點 技術手段、應用領域技術手段、應用領域朝特異性能、規(guī)?；?、低成本方朝特異性能、規(guī)?；?、低成本方向發(fā)展向發(fā)展Return 粉末冶金材料的孔隙特征粉末冶金材料的孔隙特征 孔隙對粉末冶金材料性能的影響孔隙對粉末冶金材料性能的影響 提高粉末冶金材料致密度的途徑提高粉末冶金材料致密度的途徑 粉末冶金材料的強韌化粉末冶金材料的強韌化 粉末冶金結構材料粉末冶金結構材料 高性能粉末冶金材料及其制備工藝高性能粉末冶金材料及其制備工藝課程結構與內容課程結構與內容 粉末制備技術粉末