1、 粉末冶金技术的特点粉末冶金技术的特点 粉末冶金技术发展史粉末冶金技术发展史 现代粉末冶金技术的特征与发展趋势现代粉末冶金技术的特征与发展趋势 粉末冶金技术的主要应用粉末冶金技术的主要应用 课程体系课程体系 练习练习粉末冶金技术与材料概述粉末冶金技术与材料概述基本特点：原料、无熔化、材料生产过程基本特点：原料、无熔化、材料生产过程采用采用PM技术制备材料技术制备材料/产品的优点产品的优点：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；晶粒细小、显微组织均匀、无成分偏析；晶粒细小、显微组织均匀、无成分偏析；近型成形，原材料利用率高近型成形，原材料利用率高
2、95%；少无切削，切削加工仅少无切削，切削加工仅4050%；材料组元可控，利于制备复合材料；材料组元可控，利于制备复合材料；制备难熔金属、陶瓷材料与核材料。制备难熔金属、陶瓷材料与核材料。粉末冶金技术的特点粉末冶金技术的特点原料粉末原料粉末成形成形烧结烧结金属材料、复合材料、各种类型制品金属材料、复合材料、各种类型制品 PM Production of notch segment for truck transmission 采用采用PM技术制备材料技术制备材料/产品的缺点：产品的缺点：原料粉末价格较贵；原料粉末价格较贵；模具成本高，靠产量规模降低费用；模具成本高，靠产量规模降低费用；烧结制品
3、残余孔隙影响性能；烧结制品残余孔隙影响性能；氧和杂质含量较高；氧和杂质含量较高；制备高纯活性金属困难；制备高纯活性金属困难；Return 公元前公元前3000年以前，古埃及人制造铁器；公元年以前，古埃及人制造铁器；公元前前2300年左右出现块炼铁技术：固相碳还原铁年左右出现块炼铁技术：固相碳还原铁矿石（矿石（8001000 C）。通过高温锻焊成各种器）。通过高温锻焊成各种器件。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吨；我国西汉（公元前吨；我国西汉（公元前113年）的刘胜墓出土年）的刘胜墓出土的错金书刀等。的错金书刀等。1930年年Hoganas公司开始用
4、固公司开始用固相还原法生产海绵铁。相还原法生产海绵铁。粉末冶金技术与材料发展粉末冶金技术与材料发展 随后出现随后出现Au(300年年)、Ag、Cu、Sn(1000年年)、Pt粉及粉及Pt块块(1800年）；年）；1910年年Coolidge发明电灯发明电灯W丝，奠定了近代粉末丝，奠定了近代粉末冶金的基础；冶金的基础；1914年年WC、MoC粉末出现（德国）；粉末出现（德国）；1923年德国年德国Krupp公司生产硬质合金，导致了金公司生产硬质合金，导致了金属切削技术的革命；属切削技术的革命；1956年后大量铁基、铝基零件上市；年后大量铁基、铝基零件上市；1969年机械合金化技术出现；年机械合金
5、化技术出现；20世纪世纪80年代后，年代后，PM制品，如蜗轮引擎零件广制品，如蜗轮引擎零件广泛应用于航空。泛应用于航空。三个重要标志 克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难；如：1909年钨丝、1923年硬质合金 粉末冶金方法生产多孔材料的成功；如：1930年含油轴承、轴瓦 粉末冶金新工艺、新材料的发展；如：粉末注射成形、金属陶瓷Return 技术特征：技术特征：技术多样性技术多样性;粉末制备、成形、烧结技术多选择粉末制备、成形、烧结技术多选择 工艺复杂性工艺复杂性;手段先进性；手段先进性；压机、烧结炉等设备与最新科技结合压机、烧结炉等设备与最新科技结合 性能优异性；性能优异性；零件复杂性；零件复
6、杂性；规模扩大性；规模扩大性；成本低廉性。成本低廉性。现代粉末冶金技术与发展现代粉末冶金技术与发展Goto 粉末制备：雾化制粉、还原法、机械合金化、雾化制粉、还原法、机械合金化、气相沉积、溶胶凝胶、自蔓燃反应合成、电解气相沉积、溶胶凝胶、自蔓燃反应合成、电解 成形：喷射沉积、注射成形、挤压成形、粉末喷射沉积、注射成形、挤压成形、粉末锻造、粉末轧制、温压成形、冷热等静压及特锻造、粉末轧制、温压成形、冷热等静压及特种固结技术、爆炸成形种固结技术、爆炸成形 烧结技术：微波烧结、反应烧结、液相烧结、微波烧结、反应烧结、液相烧结、超固相线液相烧结、电火花烧结、原位成形超固相线液相烧结、电火花烧结、原位成
7、形Return 原料：元素粉末、合金粉末成形：热压（热等静压、挤压.）冷压（模压、冷等静压.）烧结：真空、气氛、外场其它制备技术：复压、精整、熔浸.其它后续处理技术：热处理、机加工.Return 发展趋势发展趋势 辐射领域越来越广辐射领域越来越广 材料、应用材料、应用 工艺过程的变异工艺过程的变异 粉末直接成形粉末直接成形 多学科交叉点多学科交叉点 技术手段、应用领域技术手段、应用领域 特异性能、规模化、低成本特异性能、规模化、低成本1 1）铁基结构合金的高精度高质量大数量产品。）铁基结构合金的高精度高质量大数量产品。2 2）致密高性能材料，主要是理想的密度和牢固性。）致密高性能材料，主要是理
8、想的密度和牢固性。3 3）难加工材料的制造，全密度具有统一微观结构的高性）难加工材料的制造，全密度具有统一微观结构的高性能合金。能合金。4 4）特殊合金，主要为包含有多相的组分，通过增强密度）特殊合金，主要为包含有多相的组分，通过增强密度的工艺来制造。的工艺来制造。5 5）非平衡材料的合成例如非晶，微晶和亚稳合金。）非平衡材料的合成例如非晶，微晶和亚稳合金。6 6）具有独特组分或不常用形状的特殊附件的工艺。）具有独特组分或不常用形状的特殊附件的工艺。发展方向举例发展方向举例 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
9、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 powder Metal powder in 2004 increased by
10、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 only*1st=0.9078source:MPIF,JPMA,EPMAP/M p
11、arts 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(28lb)6.7kg(14.8lb)6.1kg(13.46lb)199714kg(
12、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)200419.5kg(43lb)9.0kg(19.8lb)North Ameri
13、ca 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应用粉末冶金材料的主要应用 粉末冶金零件市场汽车工业是粉末冶金零件的最大应用市场汽车工业是粉末冶金零件的最大应用市场Automobile industry 典型的汽车用粉末冶金零部件 Main Bearing Cap S
14、et 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 PUMP GEARS SYNCHRONISATION SYSTEM ROCKER ARMSMech
15、anical industry 2000、2005及2010年国内粉末冶金零件的总需求量,单位/吨 项目 2000 年 2005 年 2010 年 汽车 13000 21000 39000 摩托车 14000 20000 35000 家用运输车 13000 14300 14700 压缩机 14050 20030 洗衣机 1300 1500 电风扇 2400 2400 电动工具 6000 8000 拖拉机 6970 8713 合计 68112 94179 国外市场 世界粉末冶金零件总产量约为60万吨，我国约占4%，世界上超过1万吨/年的粉末冶金厂家约为12个。国内与国外差距 产品水平低 在产品精
16、度方面，少数企业尺寸精度可达IS078级，形位公差可达89级，与国外水平相比低12级，但一般企业约相差23级。产品质量不够稳定，产品内在重量和外观质量均有较大的差距 工艺装备落后 多数企业仍采用性能较差的设备、能耗大、效率低、炉温均匀性差，质量不稳定；国内还没有形成一个专业生产粉末冶金模具、模架的企业 企业技术经济效益与国外同类企业相比差距较大 发展趋势发展趋势辐射领域越来越广辐射领域越来越广 材料、应用材料、应用工艺过程的变异工艺过程的变异 粉末直接成形粉末直接成形多学科交叉点多学科交叉点 技术手段、应用领域技术手段、应用领域朝特异性能、规模化、低成本方朝特异性能、规模化、低成本方向发展向发
17、展Return 粉末冶金材料的孔隙特征粉末冶金材料的孔隙特征 孔隙对粉末冶金材料性能的影响孔隙对粉末冶金材料性能的影响 提高粉末冶金材料致密度的途径提高粉末冶金材料致密度的途径 粉末冶金材料的强韧化粉末冶金材料的强韧化 粉末冶金结构材料粉末冶金结构材料 高性能粉末冶金材料及其制备工艺高性能粉末冶金材料及其制备工艺课程结构与内容课程结构与内容 粉末制备技术粉末制备技术 雾化制粉雾化制粉*还原法还原法 机械合金化机械合金化*气相沉积气相沉积 溶胶凝胶溶胶凝胶*自蔓燃反应合成自蔓燃反应合成*纳米材料与纳米结构纳米材料与纳米结构?粉末成形技术粉末成形技术喷射沉积喷射沉积*注射成形注射成形挤压成形挤压成形粉末锻造粉末锻造粉末轧制粉末轧制*温压成形温压成形*冷热等静压及特种固结技术冷热等静压及特种固结技术爆炸成形爆炸成形*粉末烧结技术粉末烧结技术微波烧结微波烧结*反应烧结反应烧结液相烧结液相烧结超固相线液相烧结超固相线液相烧结*电火花烧结电火花烧结*快速原位成形快速原位成形*
