[科普中国]-烧结零件

简介

铁基烧结零件的主要原材料是铁粉，从1797 年Hoganas 创建、1911 年用隧道窑生产还原海绵铁粉起，发展至2015年，全球有众多的铁粉制造厂家生产各种类型的铁粉，销量约85万t/a（不包括中国大陆）。

根据可得到的统计，北美地区2015年年产约42.0 万t铁粉（包括焊条粉2.0 万t、其他应用3.0 万t），从2006年到2015 的10 年间是两头高中间低，主要是2009年最低，为金融危机所造成；欧洲地区2015 年年产约18.4万（t 其中铁基结构件占81%，约 14.9万t），从2004年到2015的12年间是高低起伏，而2009年依然是最低点，只有12.5 万t；日本市场在2015 年年产约9.3万（t 其中汽车业用量占71%），2009年为最低，仅为7.5 万t；2015 年其他亚洲地区的铁粉产量为：韩国7.0 万t，印度4.0 万t，中国台湾3.0 万t，其他国家2.0万t，亚洲地区（不包括中国大陆）合计约25.3万t1。

中国大陆铁基粉末冶金零件生产使用概况据中国钢协粉末冶金分会对国内35 家企业的统计数据，2016年度市场总销售钢铁粉末48.43万t，比2015 年（43.50 万t）增长11.3%，其中还原铁粉18.77 万t，雾化铁粉21.78 万t；3 家外企统计的进口钢铁粉末7.65 万t，比2015 年增长12.9%，其中还原铁粉7 235 t，雾化钢铁粉末69 265 t，合计国内总销量为56.08 万t，比美国多26%，比欧洲多1.63 倍，比日本多5.20 倍。2016 年国产还原铁粉产量比2015年增长8.4%，国产雾化铁粉较2015 年增长15.2%；9家年产1万t 以上的生产企业铁粉产量36.38万t，占总产量的86.4%。

此外，中国机协粉末冶金分会对45 家钢铁粉末用户企业进行了数据统计，2016 年钢铁粉末总用量为180 535.2 t，总金额为616 999.9 万元，其中汽车零件用粉金额占总金额比例为64.77%，汽车零件用粉量占总用量的比例为55.90%，即100925.0 t。统计外的国内合资、独资企业和民营企业的钢铁粉末用量约为10.0万t，因此2016 年国内合计用粉量约为28.0万t，占国内钢铁粉末总销量的50%左右。

汽车零件占总销量的55.90%。如果以28.0万t 的55.90%计算，则汽车零件总量在15.7万t左右，因此，汽车市场是粉末冶金零件的主要市场。2016 年中国车市产销量双双突破2800 万辆，这是继2009 年以来，中国汽车产销量连续8 年蝉联全球第一。2016 年的汽车销量为2802.82 万辆，如果以汽车类粉末冶金用量15.7 万t 计算，则2016 年中国汽车的用粉量为5.6 kg/辆2。

烧结零件应用采用铁粉为主要原材料，添加不同的合金元素，利用不同制备工艺，可以得到力学性能各异、满足用户需要、有广泛市场应用的不同类型烧结零件。从2016 年获得中国机械零部件工业协会的粉末冶金获奖产品中，可以看到优异的烧结零件性能是以原辅材料的性能为基础的。2016 中国机械零部件优秀新产品的获奖产品中，较为有代表性的有以下11 个零件。

（1）EA888 链轮组。该项目包含曲轴链轮、油泵链轮、中间轴链轮和平衡轴链轮。4 个链轮都要求表面致密化，表面密度大于7.5 g/cm3，致密层深度大于0.3 mm。采用表面致密化技术，在零件表面形成一层全致密层，可提高零件的硬度、耐磨性及使用寿命。其所用原材料为Fe-Mo、Ni、Mn、C。

（2）T5D 变速箱同步器齿毂。该产品热处理表面硬度达到500～950 HV0.1，致密层深度0.5～2.0 mm（450 HV0.1），基本硬度大于220 HV10；材料成分标准为QJ/GAC 1110.025；密度7.0 g/cm3 以上；腰型槽不能有拔模斜度；抗拉强度590 MPa。其所用原材料为：Fe-Ni-C。

（3）凸轮轴正时链轮。该产品为VVT领域的径高比大的薄板类链轮，外齿和锁销孔均需要高频淬火，端面加工精度高。主要性能指标为：锁销孔位置度ϕ0.1 mm，由模具保证；车削锁销孔所在的ϕ89.0 mm 面的平面度0.04 mm，粗糙度Ra为1.25 mm。其所用原材料为Fe-Mo、Cu、C。

（4）VVT 定子。该产品热处理表面硬度为500～950 HV0.1，致密层深度0.5～2.0 mm（450 HV0.1），基本硬度大于220 HV10；材料成分标准为QJ/GAC 1110.025；密度7.0 g/cm3以上；腰型槽不能有拔模斜度；抗拉强度590 MPa。其所用原材料为Fe-Mo、Ni。

（5）变速箱油泵转子。内转子密度6.8～7.2 g/cm3，硬度70 HRB，轮廓度0.025 mm，高度公差0.005 mm；外转子密度6.7～7.1 g/cm3，硬度70 HRB，齿顶轮廓度0.025 mm，高度公差0.005 mm。通过对成形、烧结、精整的控制和巧妙模具设计，使内外转子齿形轮廓度均达到0.025 mm要求；同时对清洗工序进行改进，达到高的清洁度要求。所用原材料为：内转子FN-0208-30，外转子FC-0205-40。

（6）手动变速箱互锁块。该产品密度6.8 g/cm3以上，开口宽度ϕ(8.165 ± 0.075) mm，利用DORST设备以及粉末位移功能成形。采用粉末冶金成形→烧结硬化直接完成，不依靠机加工铣削保证开口宽度等尺寸的要求。所用原材料为SINT C32。

（7）正时排气凸轮轴皮带轮。该产品密度6.6 g/cm3以上，垂直度0.025 mm以内，正时角度(217.38 ± 0.25)° ，齿外径全跳动0.15 mm 以内，锥度0.15%，不平衡度（58±7）（g·cm）/kg。所用原材料为FC-0205。

（8）VVT 高精度转子。该产品密度6.8 g/cm3以上，清洁度2 mg以下，外径±0.02 mm与定子配合，全长（27.000±0.008）mm，利用粉末冶金不完全烧结的特性，进行生坯加工侧孔和交叉孔，产品精整后再加工精度高的孔。

（9）发动机VVT 定子。该产品为可变气门正时系统的零件，采用CNC粉末成形技术、独特的烧结工艺、不同的整形余量，保证整形后的尺寸精度和圆度。采用的原材料为Sint-D11。

（10）曲轴双排链轮。该产品是首次实现上、下层齿形交错结构的双排链轮，密度7.0～7.1 g/cm3，清洁度0.92 mg，齿部硬度大于68 HRA，显微硬度为680～820 HV0.1。

（11）平衡轴从动齿轮总成。该产品由两个不同的粉末冶金产品通过橡胶粘合为一体，产品具有一定弹性，可以有效减缓整车震动，提高驾驶的舒适性。密度6.8 g/cm3以上，热处理硬度65～75 HRA，齿轮精度6级。采用原辅料为Fe-Cu-C、橡胶。

从上述11 个获奖烧结零件来看，原辅料的性能将直接影响最终零件的总体性能3。

总结1.在新形势新常态下，知己才能知彼，学习才能取胜

粉末冶金是一个庞大的家族，传统铁基粉末冶金仅仅是其中的一个分支，而这个分支链上又有各个上下游环节，烧结零件制造是其中的一环。在当前的形势下，需要对其上下游熟悉和了解，知己才能知彼，有很多知识需要去学习、去研究、去探讨、去模拟，只有这样才能取胜。例如，赫格纳斯是全球最大的专业生产制造金属粉末的厂家，可是在其技术中心中却有非常完整而先进的全套烧结零件制造设备。

2.厂校联合、厂厂联合、上下游联合是一种发展必然趋势

近年来说的较多的是“产学研”结合，可是有一部分项目却是实效颇少、架子颇多，申报的科研经费部分没有真正用在实处。但是这种合作是一种发展趋势，关键是要真正实现其目标，使厂校、厂厂、上下游的联合能够最大限度发挥各自的能动性，使组合体的作用大于单兵单体的作战能力。在材料领域的多方联合、创新研发新型的材料是当务之急，需要面子工程，更需要起关键作用、推动PM行业快速发展的新型材料。联合是组合体受益，单体更受益，有实实在在的经济效益2。