粉末冶金的优点精选(九篇)

第1篇：粉末冶金的优点范文

[关键词] 粉末冶金；汽车；零件；展望

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 13. 060

[中图分类号] F407.471 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2016）13- 0114- 02

0 引 言

随着汽车产量的攀升，汽车产业的节约材料、节能、减排以及降低生产成本，毫无疑问成为汽车产业目前面临的重要挑战。粉末冶金是节能环保、节材的金属加工制造工艺，在现代汽车制造中无疑扮演着不可或缺的角色。

1 粉末冶金技术介绍

粉末冶金技术是先进的金属成形加工技术。1910年美国的Coolidge W D“The Production of Ductile Tungsten”，是近代粉末冶金的诞生的标志。目前粉末冶金已经发展逾百年，应用领域也在不断拓展。粉末冶金包括三个重要技术步骤，分别是原料粉末的制备、粉末成型为所需形状的坯块、坯块的烧结、产品的后序处理。粉末冶金可以直接制造出尺寸准确、表面光洁的零件，减少了金属切削过程，节约材料和加工工时，可以加工形状复杂普通铸造难以加工的金属零件。

2 粉末冶金在汽车上的应用

最早利用粉末冶金批量生产的零件即为粉末冶金自轴承，该轴承是由通用公司研发制造，1922年开始用于汽车发动机当中，这是粉末冶金自轴承的起源。在很长一段时间内，粉末冶金自轴承都是粉末冶金主要的零部件。1940年，因其低廉的价格、优异的机械性能，美国汽车公司率先采用粉末冶金油泵齿轮，这一事件标志着粉末冶金在汽车工业已经扎根。粉末冶金的起源与发展均与汽车产业密不可分，由于粉末冶金巨大的潜力，美国汽车三巨头早在1941年就建立了粉末冶金部门用于研发自身需要的粉末冶金零部件。目前据统计，粉末冶金的主要市场一直是汽车产业，在北美为70%～75%，西欧为80%，而在日本接近90%，这充分表明了粉末冶金与汽车产业的紧密性。

汽车产业使用的粉末冶金制品主要有两类，一种是自轴承，另一种是粉末冶金结构零件，前者主要是由90Cu-10Sn青铜生产的，后者基本上是由铁粉为基本原料制造的。从粉末冶金的发展史上看，粉末冶金结构零件在一定程度上是有粉末冶金自轴承发展起来的。粉末冶金自轴承，又称为烧结金属含油轴承，构造简单但因其多孔性自行供油特性所以必须才有粉末冶金制造。铁基自轴承经济实用，已经被汽车行业广泛采用。而粉末冶金结构零件的产生之初就是为了替代已有的齿轮、链轮、凸轮及各种形状的铸件，锻造件以及需要切削加工的零件和开发新种类的零件。

2.1 同步器锥环

同步器作为汽车机械式变速器的重要部件起到使换挡迅速方便，减轻换挡冲击的作用。而同步器锥环作为同步器的核心部件，经常受到换挡拨环力矩、摩擦力矩的冲击以及磨损，一旦其失效，变速器将不能换挡。过去同步器锥环多采用耐磨的铝锰黄铜精锻而成，而现在国内外汽车企业为降低成本、提高寿命，往往采用粉末冶金制造该零件。同步器锥环需要搞得尺寸精度及良好的耐磨损性能，目前国内外已经有成品面世。日本Aichi Machine Industry Co.制造的粉末冶金钢同步器锥环获得了美国MPIF（金属粉末工业联合会）组织的粉末冶金零件设计大赛优秀奖，该零件比拉削的钢零件可节约成本25%。

2.2 曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮

曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮是用于发动机控制点火、喷油、气门开闭等动作的关键部件，对于发动机最大功率、最大扭矩、燃油消耗率起重要作用。过去汽车采用45钢或40Gr经调质处理作为曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮使用，现在从降低成本和减少切削加工两方面考虑，许多新型发动机已经采用粉末冶金材料制造以上两类零件。正时齿轮的主要制造要求是尺寸精度，这就需要模具在设计和制造过程中严格，国外有采用电火花加工的工艺，能够比较精确地将模具加工出来，然后研磨降低粗糙度。

2.3 曲轴连杆

发动机连杆是连接曲轴和活塞的连接件，将活塞产生的动力传递给曲轴，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，工作中承受活塞销的作用力和活塞的往复惯性力，这些力大小、方向随时间快速变化，所以连杆承受压缩、拉伸等交变载荷的作用，故连杆必须有足够的刚度和疲劳强度。疲劳强度不足，往往会造成连杆体或连杆螺栓断裂，进而产生整机破坏的重大事故。若刚度不足，则会造成杆体弯曲变形及连杆大头的失圆变形，导致活塞、汽缸、轴承和曲柄销等的偏磨。汽车发动机连杆多采用锻造或铸造工艺，锻造生产的连杆分为调质钢和非调质钢。美国通用公司、德国宝马公司等企业已经在其生产的发动机中采用粉末冶金连杆，该项应用前景广阔。

2.4 凸轮轴

凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。它的作用是控制气门的开启和闭合动作。虽然在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半，不过通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高。由于气门运动规律关系到一台发动机的动力和运转特性，因此凸轮轴在发动机中占据着十分重要的地位。近年来，研究人员提出了新型组合式中空凸轮轴，具有重量轻、能耗低、中空结构可做油路的优点。首先把粉末冶金凸轮压坯套入中空管，然后进行烧结工艺，巧妙地利用了烧结后粉末冶金收缩的特性。该工艺具有广泛的应用前景。

第2篇：粉末冶金的优点范文

【关键词】粉末冶金上盖 ； 三点焊 ； 振动试验 ； 力学性能

【中图分类号】G64 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2014）27-0008-01

1.引言

材料与制造技术的进步使粉末冶金零件取代各种应用的铸锻零件日益有吸引力。有时往往需要将粉末冶金零件相互连接或与其它材料相连接，制成一体零件。鉴于粉末冶金的独特材料组成和能压制成为复杂几何形状，因此，粉末冶金零件生产的灵活性具有巨大经济优势。

压缩机设计的目标将集中在轻量化、改进结构整体性及减低制造与组装成本上。满足设计准则的能力需要制造技术与新材料可达到较高强度，较长耐久性，较好质量及较低成本。粉末冶金零件能全面满足这些要求，因此，粉末冶金零件正在不断地替代汽车制造中使用的各种其它生产方法[1]。现已采用压缩机中三点焊的连接方法，研究粉末冶金上盖与结构钢筒体之间的三点焊接性。

2.试验材料与方案

2.1 材料与仪器

试验材料：LG粉末冶金上盖、铸铁上盖、GQ046Y4筒体、振动金属板。

试验仪器：气体保护焊机、UD？鄄T2000振动试验台（SAI90？鄄T2000？鄄53A？鄄ST）。

2.2 试验方案

将粉末冶金上盖和铸铁上盖分别在GQ046Y4筒体中进行三点焊接。制备样件数量5个，其中编号2？鄄1、2？鄄3、2？鄄5为粉末冶金上盖，2？鄄2、2？鄄4为铸铁上盖。将样件用夹具固定于试验台，夹具与台面力矩要求88N/m，在水平方向按试验条件：频率200Hz，加速度 20g，轴向水平，推力 67KN进行持续4小时振动试验，每过1小时对样件焊点进行检查，查看焊点是否脱落，并记录数据。试验结束后，线切割样件焊点，通过光学显微镜对焊点进行金相分析。确认粉末冶金焊点的力学性能。

3.试验结果

3.1 振动试验结果

振动试验是让样件承受一段给出频率的正弦振动或承受在一定的时间周期内处于离散的频率的正弦振动。是为了了解产品的耐振寿命和性能指标的稳定性，寻找可能引起破坏或失效的薄弱环节，对系统在模拟实际环境的振动、冲击条件下进行的考核试验。

振动试验后，对样件焊点沿中心线切割，分析结果见表1。

由上表数据可知，在持续4小时的振动试验后，只有粉末冶金2-5样件焊点未振脱，铸铁两样件全部振脱。可以初步确定粉末冶金三点焊接已达到可以接受的最低焊接强度。

试验结束后，除了确认焊点是否振脱外，还对样件的其他部位进行了检查，结果发现，编号2？鄄4样件中，铸铁上盖脖子中部已经断裂。由于在振动试验后才发现铸铁上盖振裂，所以无法判断焊点振脱和上盖振裂的先后顺序，但可以说明本次振动试验强度已达到压缩机所能承受的最大值。

4.结果分析与讨论

2？鄄1样件持续一个小时后焊点就振脱，主要是焊接工艺问题，焊偏导致焊缝未充满，未能与基体形成牢固的结合，而只是靠焊缝局部应力胶合，随着振动时间的增长，应力渐渐减弱，故造成很快脱落。

由于金属材料本身存在空隙或夹渣，加之焊接过程中焊料熔渣的影响（熔渣的氧化性增大时，有CO引起的气孔倾向增加；熔渣的还原性增大时，则氢气孔的倾向增加），所以任何材料在焊接过程中，焊点内部都会有或多或少的气孔形成，是不可避免的。

分析粉末冶金上盖焊接样件2？鄄3焊点振脱的原因：1.粉末冶金基体与焊缝界面存在气孔，气孔的存在减少了结合面的有效截面积，破环了焊点熔合区的致密性，降低了接头的疲劳性。焊点的熔合区是焊缝和基体金属的交接过渡区，焊缝和基体有良好的结合在很大程度上决定着焊接接头的性能。而气孔作为应力集中因素，在振动过程中只是加大了焊点脱落的可能性；2.三焊点中有一焊点出现烧穿现象。可能是由于操作者在焊接电流一定的情况下，焊接速度过慢造成的。焊缝中有穿孔会严重影响焊接接头的力学性能，也是该样件焊点振脱的主要原因。

振动试验后，粉末冶金三点焊2？鄄5样件焊点完好， 2？鄄3样件焊点脱落，通过比较两者金相形貌，分析发现，焊缝-基体结合面的状态与粉末冶金焊接牢固性有一定关系，结合面无气孔，提高了焊接结合强度，延长了样件使用寿命。

综合考虑，振动样件焊点强度：2？鄄5>2？鄄2≥2？鄄3，2？鄄4>2？鄄1，表明粉末冶金上盖三点焊接性能等效于铸铁上盖三点焊接性能。

5.结论

（1）本次振动试验条件可以作为考核压缩机三点焊强度的参考标准。

（2）粉末冶金三点焊接力学性能等效于铸铁上盖三点焊接力学性能。

（3）通过本次试验可说明，粉末冶金上盖应用于压缩机三点焊是可行的，且具有良好的可靠性。

（4）粉末冶金基体与焊缝结合面存在少许气孔虽然可以达到本次试验要求，但对粉末冶金焊接件使用寿命影响较大。要尽量避免在结合面形成气孔，进一步提高焊接质量。

第3篇：粉末冶金的优点范文

以党的十精神为指导，围绕省委“发展升级、小康提速、绿色崛起、实干兴赣”发展方针和市委“一二三四五”发展思路，以及我县“一三三三六”发展总体思路，突出产业招商、科技支撑、龙头引领、服务保障的招商工作理念，立足重大项目和优势产业带动，优化发展环境、培育新兴产业、吸引产业聚集，加快产业升级，提高企业核心竞争力，促进全县经济持续健康较快发展。

坚持一产抓龙头、二产抓聚集、三产抓提升的工作思路，围绕我县“二五五一”（到2020年，打造烟花鞭炮、粉末冶金等两个500亿元产业，先进机械装备制造、光电、建材、物流、文化旅游等五个100亿元产业）产业振兴工程工作目标，到__年，确保引进项目200个、签约资金150亿元，力争将__打造成全球最大的花炮产业基地、全国最大的粉末冶金产业基地、对接长株潭和赣湘边际经贸开放合作的前沿阵地。

——粉末冶金产业。积极构建“一基地、一展馆、三中心”，引进高等院校、科研机构共建粉末冶金先进制造研发中心、检验检测中心、孵化中心和科技展示馆，重点发展金属粉末制备、粉末压制与注射形成、粉末烧成、粉末冶金设备制造、粉末冶金模具制造、粉末冶金磁性材料和粉末冶金应用产品等，通过孵化培育小微企业、扶持壮大现有企业和引进新办大型企业，逐步形成粉末冶金先进制造特色基地。力争到2020年，粉末冶金产业集群主营业务收入达500亿元。

表略

——先进装备制造产业。抓住国家振兴装备制造业的重大政策机遇，围绕消费升级和能源结构调整带来的市场需求，依托现有装备制造企业，积极发展矿山机械、环保设备、输变电设备、汽车零部件等4大门类共25家企业，大力扶持鑫通机械、明兴环境工程、华鹏实业、赣西变压器、四方汽车等骨干企业做大做强，鼓励企业自主创新，突破企业发展关键技术，增强企业市场竞争力。力争到__年，装备制造产业企业达50家，主营业务收入达100亿元。

表略

——光电产业。依托现有光电产业基础，发挥科研优势，紧紧围绕光电子、软件及信息服务业三大领域，重点打造光显示、激光制作加工、光电装备制造三个产业链，加快引进战略投资者，壮大产业规模，促进信息技术应用，努力把科技优势转化成产业优势，建设省级乃至部级光电产业基地，打造我县新的支柱产业。力争到2020年，光电产业主营业务收入达100亿元。

表略

三、主要措施

（一）明确招商重点

树立宁缺毋滥的招商新理念，变招商引资为招商选资，拒绝带污染的GDP。重点围绕以休闲观光农业、农产品加工企业为主的农业产业项目，以装备制造、粉末冶金、光电产业为主的工业产业项目，以现代物流、宾招、房地产开发、观光旅游为主的三产项目进行招商，着力引进一批投资强度大、产业层次高、市场前景好、产业关联度大的高科技项目和龙头项目。瞄准上市企业、国企央企，用好国家及省、市最新出台的一系列鼓励、扶持政策，做好项目对接，争取资金支持，引进大项目落地。同时充分利用我县花炮产业的巨大影响力和产业优势，跳出传统“圈子”搞招商。对投资额5亿元以上特大型项目，按照一事一议方式，享受特殊的用地、财政税收扶持。尤其针对粉末冶金产业项目，实行工业用地特别优惠政策，对投资5000万元以上带动性强的龙头企业，前三年所交税地方所得部分全额奖励给项目方，支持产业做大做强。

（二）创新招商方法

一是围绕特色园区建设，实施“产业招商”。加大对已确立的主导产业和战略性新兴产业的研究力度，带动一大批上下游企业的发展，形成供需“上下游”的产业链条关系，吸引投资谋求共同发展，达到产业集聚和配套效应；二是围绕园区龙头企业，实施“以商招商”。依托现有的龙头企业，积极引导，认真组织，把更多的企业推向招商引资主战场，借助现有企业信息渠道、人脉资源，善于发挥“活广告”作用，通过他们的亲身感受推介__，牵线搭桥，以最小的成本获取最大的成果；三是通过与高校院所合作，开展“科技招商”。通过与高校院所举办产学研合作交流会等多种形式，进一步加强地方与央企及高校院所的合作，有力地推动县域经济创新发展。

（三）强化招商责任

招商引资工作是检验干部抓项目、促发展的重要标准，各乡镇、各部门要严格按照年度目标任务要求强化责任意识，切实加大工作力度，尽快制定招商引资工作方案，要求“一把手”亲自抓、分管领导具体抓，将任务落实到具体责任人和部门。对涉及多个部门的重点项目，要明确责任主体、细化任务，按照县委县政府的统一部署，落实目标责任制，做到信息项目尽快洽谈、在谈项目尽快签约、签约项目尽快开工、开工项目尽快投产、投产项目尽快见效。同时，严格实行招商引资工作奖惩机制。招商引资工作将作为全县干部年度考核、单位评先评优的一项重要指标。对招商引资工作任务完成较好或作出重大贡献的，县委县政府将予以公开表彰并奖励；对完不成招商引资目标任务的责任单位给予通报

批评，主要领导离岗招商直至完成任务。在年度目标综合考评中，招商引资工作排名未列入前5名的乡镇或前10名的部门取消评选年度考核综合一等奖的资格，该乡镇党委书记或部门一把手，不得评选为优秀党委书记或部门一把手。（各乡镇、各部门__—__年目标任务分解详见附表）（四）优化招商环境

一是简化办事程序，提高办事效率。对招商引资龙头项目审批实行“一站式”服务，落实限时办结制。二是加快推进“一园三基地”建设，完善水、路、电等基础设施建设，改善招商引资的硬环境；三是对引进和联络对接的项目，实行“一个项目、一名领导、一支队伍、一套方案、一抓到底”的工作机制，安排专人跟踪服务，认真解决项目建设过程中存在的困难和问题，积极创造条件促进项目早动工、早投产、早见效，努力形成引进一个、选好一个、带来一批的联动效应。

四、工作要求

第4篇：粉末冶金的优点范文

粉末冶金（P/M）技术作为一门重要的材料制备与成形技术，被称为是解决高科技、新材料问题的钥匙[1]。粉末冶金有能耗低、近终成形、大批量制造公差小等优点[2]，所以在现代零件制备过程中被广泛应用。以大小粒径不同的铁基微粒混合的方法，经过烧结工艺后其性能不同。通过测定烧结后粉末冶金件的致密度、硬度来评定最佳的混合比，并进一步明确与粉末冶金制品性能相关的因素。

一、实验

1.实验材料与设备

本实验用的主要原料为：-80目的还原铁粉和-325目的还原铁粉，以及少量的石墨、硫磺、锌粉和油。实验设备主要包括电子比重天平和HV-1000型显微硬度计。其中电子比重天平是用来测定试样密度的仪器，HV-1000型显微硬度计是用来测定试样的显微硬度的仪器。

2.实验方案

本实验的混料按表1-2中的成分含量（百分含量）配比，其中试样1、2、3为实验过程中的试样，试样4为对比试样，按表中的铁粉含量配好后在混料机中混合，混好后将材料取出。经过压制、烧结过程后对试样进行致密度检测、显微硬度检测，通过测定烧结后粉末冶金件的性能来评定最佳的混合比。

二、实验结果与分析

1.致密度实验结果与分析

通过电子比重天平的称量并测得的试样密度分别为试样1：6.220 g/cm3；试样2：6.416 g/cm3；试样3：6.318 g/cm3；试样4 ：6.267g/cm3；由实验数据可以看出， -325目铁粉的含量为24.37%的试样致密度最高，达到6.416 g/cm3 ，试样1与试样4的致密度较低，这说明当粉末的颗粒粒径较大时，颗粒之间彼此接壤，相邻颗粒之间的空隙没有更小粒径的粉体充填，使得粉末制品的致密度较低。但也并不是颗粒的粒径越小致密度就越高，试样3也恰好说明问题。

2.硬度测量结果与讨论

为了保证实验结果的可靠性，分别对试样不同位置进行五次硬度测量取平均值，并对同一试样分别进行横向与纵向硬度测量，测量结果如下表所示：

由实验数据可以看出：

（1）同一试样的横截面的硬度高于纵截面的硬度。这是由于在压坯过程中，压力不能均匀地全部传递，传到模壁的压力始终小于压制压力，即侧压力始终小于压制压力，所以试样横截面的硬度均高于纵截面的硬度。

（2）不同试样的横、纵截面的硬度比较与分析：在四个试样中，试样2的硬度值均高于其他试样，试样4的硬度值最低。随着-325目铁粉含量的增加，试样的整体硬度值也随着增加，当-325目铁粉含量达到一定值时，硬度出现最大值；随着-325目铁粉含量的继续增加，硬度值逐渐降低

三、结论

1.铁基粉末冶金制品的致密度与硬度和混合颗粒大小与比例有关。

2.当粉末的颗粒粒径较大时，相邻颗粒之间的空隙没有更小粒径的粉体充填，致密度与硬度值均较低；当颗粒的直径小到一定程度时，颗粒之间的小尺寸效应、表面效应使得颗粒之间的表面能增加，系统为了维持较低的能量而相对产生了一定的间距，同样致密度与硬度值较低。只有两者按照一定的比例混合后才能达到最佳的致密度和硬度值。

3.由于受传递压力的影响，试样横截面的硬度均高于纵截面的硬度。

参考文献：

[1]邹志强，黄伯云，杨兵.粉末冶金在国民经济和国防建设中的作用[J].粉末冶金材料科学与工程.1997，（3）： 188.

第5篇：粉末冶金的优点范文

【关键词】激光焊接技术；原理；应用

一、激光焊接技术的基本原理

激光焊接就是以激光为热源进行的焊接。激光是一束平行的光，用抛物面镜或凸透镜聚光，可以得到高的功率密度。与电弧焊接的功率密度102～104kw/cm比较，聚集的激光束可以得到105～108kw左InZ的功率密度。用功率密度高的热源进行焊接，可以得到熔深较大的焊缝。激光焊接可以得到与电子束焊接同样熔深的焊缝。激光焊接可使表面温度迅速上升，激光照射完后迅速冷却，可以进行熔融或非熔融的表面处理。当功率密度大于103kw/c耐时，可进行熔深较大的焊接。这时，在大气中熔融金属容易被氧化。因此，要用Ar、He、CO，等气体密封焊接部位。尤其是提高功率密度时，瞬间从光束中熔融金属被排出，这时若辅以高压气体吹扫，可促进熔融金属排出，适宜进行开孔或切断。激光焊接最大的特点是选择适合的焊接材料和功率密度，可以得到稳定的焊接形态。激光焊接有两种基本方式：传导焊与深熔焊。这两种方式最根本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵人；而深熔焊时，小孔的不断关闭能导致气孔的产生。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换，由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接在激光与材料相互作用期间由一种焊接方式向另一种方式转变，即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成，然后再转变为小孔方式。可以调节激光焊接过程中各因素相互作用的程度，使得小孔建立以后能够在脉冲间歇阶段收缩，从而减小气体侵入的可能性，降低气孔产生的倾向。

二、激光焊接技术的应用领域

（1）制造业领域。20世纪80年代后期，千瓦级激光器成功应用于工业生产，而今激光焊接生产线已大规模出现在汽车制造业，成为汽车制造业突出的成就之一。90年代美国通用、福特和克莱斯特公司竟相将激光焊接引入汽车制造，尽管起步较晚，但发展很快。日本的本田和丰田汽车公司在制造车身覆盖件中都使用了激光焊接和切割工艺，高强钢激光焊接装配件因其性能优良在汽车车身制造中使用的越来越多。（2）粉末冶金领域。随着科学技术的不断发展，许多技术对材料有特殊要求，应用冶铸方法制造的材料已不能满足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造优点，在某些领域如汽车、飞机、工具刃具制造业中正在取代传统的冶铸材料，随着粉末冶金材料的日益发展，它与其它零件的连接问题显得日益突出，使粉末冶金材料的应用受到限制。在20世纪80年代初期，激光焊以其独特的优点进入粉末冶金材料加工领域，为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景，如采用粉末冶金材料连接中常用的钎焊方法焊接金刚石，由于结合强度低，热影响区宽特别是不能适应高温及强度要求高而引起钎料熔化脱落，采用激光焊接可以提高焊接强度以及耐高温性能。（3）电子工业领域。激光焊接在电子工业中，特别是微电子工业中得到了广泛的应用。由于激光焊接热影响区小，加热集中迅速、热应力低，因而正在集成电路和半导体器件壳体的封装中，显示了独特的优越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了应用，。传感器或温控器中的弹性薄壁波纹片其厚度在0.05～0.1mm，采用传统焊接方法难以解决，电弧焊容易焊穿，等离子焊稳定性差，影响因素多，而采用激光焊接效果很好。（4）生物医学领域。生物组织的激光焊接始于20世纪70年代，Klink等及Jain用激光焊接输卵管和血管的成功及显示出来的优越性，使更多研究者尝试焊接各种生物组织，并推广到其它组织的焊接。有关激光焊接神经方面，目前国内外的研究主要集中在激光波长、剂量及对功能恢复及激光焊料选择等方面，刘铜军在激光焊接小血管及皮肤等基础研究的基础上又对大白鼠胆总管进行了焊接研究。激光焊接方法与与传统的缝合方法比较，激光焊接具有吻合速度快，愈合过程中没有异物反应，保持焊接部位的机械性质，被修复组织按其原生物力学性状生长等优点，将在以后的生物医学中得到更广泛的应用。（5）其他领域。在其他行业中，激光焊接也逐渐增加，特别是在特种材料焊接方面，我国进行了许多研究，如对BT20钛合金、HE130合金、Li-ion电池等激光焊接。德国玻璃机械制造商Glamaco Coswig公司与IFW接合技术与材料实验研究院合作开发出了一种用于平板玻璃的激光焊接新技术。

参 考 文 献

[1]游德勇，高向东．激光焊接技术的研究现状与展望[J]．焊接技术．2008（4）

[2]杨春燕．激光焊接技术的应用与发展[J]．西安航空技术高等专科学校学报．2008（5）

第6篇：粉末冶金的优点范文

【关键词】SPS烧结 硅元素 物理性能

现代的电子产品在使用过程中要求具有良好的散热性能，防止半导体器件的失效。研究表明温度每升高10℃，硅半导体的寿命就减少1/3左右，这就需要高散热性的电子封装材料，其热膨胀系数要与Si和GaAs半导体材料匹配，传统的电子硅元素对Si-Al电子封装材料性能的影响

文/吕荣青1，2金等，已经不能满足高导热低膨胀的综合性能要求。新型的高Si-Al合金复合材料显示出了它的优越性，Al具有低的密度和较高的热导率，Si本身就是半导体材料，两者结合可以获得轻质低热膨胀高导热率优良Si-Al电子封装材料。英国的Osprey金属公司采用喷射沉积+热等静压的方法制备了具有优良性能的电子封装材料，但这种方法制造成本高，对设备要求很高。日本住友电器生产了40Si-Al材料CMSHA-40，但综合性能指标仍不十分理想。

粉末冶金工艺通过改变Si颗粒与Al粉末的粒度组成和质量比，成分和成形都易于控制，可制备高密度的复合材料。本研究采用粉末冶金法开发不同Si含量的Si-Al电子封装材料，并对制备工艺和性能进行探讨。

1 试验

实验用的原料为水雾化Al粉和Si粉。Al粉为近球形，Si粉为不规则多边形。将平均直径125ηm的Si粉和平均直径12.5ηm的铝粉按质量比3：7、1：1、6：4、7：3在行星球磨机中混合均匀，转速为260r/min，混合1h。使用上海晨鑫生产的SPS-30放电等离子烧结炉，脉冲持续时间为3ms，电流开关比为11：2，真空度小于1pa，在尺寸为85mm×40mm×75mm的圆柱形石墨模具中烧结，石墨毡用来隔热保温，用铂铑热电偶测试温度变化，升温速率100℃/min，样品在580℃烧结温度下保温5min，压力保持在45MPa。

粉末冶金烧结试样采用线切割加工成Φ10mm×5mm的圆柱，然后用TC-7000激光热常数测量仪测定常温下材料的热导率；采用OLYMPUS-GX51型金相显微镜和Hitachi S-4800N型扫描电镜观察材料的微观组织，采用Archimedes排水法测定材料的密度。

2 实验结果及分析

2.1 颗粒形貌

图1展现的是不同硅含量的Si/Al混合粉的形貌照片，可以看出，铝粉主要为近球形，硅粉为不规则多边形，并且粉末混合均匀，无明显偏聚现象。

2.2 复合材料组织性能

图2是不同硅含量Si/Al复合材料的金相组织，可以看出复合材料的组织烧结致密，具有相互连接的网状组织结构。因为铝和硅的熔点分别为660℃和1420℃，因此，不可能用同样的烧结方法使复合材料达到致密化，材料内部产生空隙，影响材料的性能。放电等离子烧结使每一个颗粒表面均匀的产生热量，活化颗粒表面，铝熔化后流入硅颗粒的间隙中，促进了材料的致密化。同时，随着硅含量的增加，复合材料中的空隙增多，铝含量减少致使流入空隙中的铝熔液量降低，空隙变多，密度降低，并且空隙作为裂纹源，降低了材料的机械性能和热性能。所以硅的含量要合理控制来保证复合材料的综合性能。

2.3 复合材料物理性能

2.3.1 密度

复合材料理论密度ρt用以下公式计算：

ρt=ρSiVSi+ρAlVAl （1）

其中ρi为复合材料的密度，Vi为复合材料组分的体积分数。ρSi为2.34g/cm3，ρAl为2.70g/cm3。

表1列出了不同硅含量的Si/Al复合材料的密度，随着硅含量的增加复合材料的密度逐渐降低，这与金相组织的观察结论是一致的，并且可以看出，Si/Al复合材料的密度相对较低，从而可以应用在电子器件、航空零部件等领域。

2.3.2 热膨胀系数

热膨胀性能是电子封装材料非常重要的性能指标，而热膨胀系数（CTE）是评价热膨胀性能的指标之一。热膨胀系数在理论上应用Turner模型和Kerner模型来进行计算，然后比较分析计算所得值与实验值的差异。图3所示为复合材料热膨胀系数理论计算值和实验值随Si含量的变化曲线。由此可以看出，该所述Si/Al复合材料的热膨胀系数随Si含量的增加逐渐降低。

图3中，硅含量为60%的铝硅复合材料的热膨胀系数为10.5×10-6K-1，比Kerner模型数值低，比Terner模型数值高，但差距不大，说明模型的假设条件是有局限性的，但不影响对材料性能的估计。由于SPS工艺制备的材料组织均匀，由热膨胀引起的残余应力大大降低，同时，由于60%的铝硅复合材料具有相对较高的热导率114.8W/（m・K），因此，非常适合用于电子封装材料。

2.3.3 热导率

电子封装材料的热导率是判定封装材料能否有效地消散芯片所产生热量的主要指标。图4所示为不同含量硅/铝复合材料的热导率曲线，可以看出，所述Si/Al复合材料的热导率随Si含量增加而逐渐减少，因为单晶Si的热导率为148W/（m・K），单晶Al的热导率为247W/（m・K）。并且随Si含量的增加硅/铝复合材料的密度降低，导致复合材料热导率的降低。

3 结论

（1）Si/Al复合材料由SPS技术制备。铝和硅不发生化学反应，在烧结过程中，高温使铝熔化渗入到硅颗粒周边，促进材料的致密化。

（2）密度随着硅含量的增加而降低，当硅含量为50%时，相对密度达到了98.02%。

（3）热膨胀系数、热导率都随着硅含量的增加而减小，性能最优匹配的是硅含量60%的Si/Al复合材料。

参考文献

[1]黄强，顾明元，金燕萍.电子封装材料的研究现状[J].材料导报，2000，14（9）：28-32.

[2]蔡杨，郑子樵，李世晨等.轻质Si-Al电子封装材料制备工艺的研究[J].粉末冶金技术，2004，22（3）：168-172.

[3]杨伏良.新型轻质低膨胀高导热电子封装材料的研究[D].湖南：中南大学，2007.

[4]王铁军，周武平，熊宁等.电子封装用粉末冶金材料[J].粉末冶金技术，2005，23（2）：145-150.

[5]黄强，顾明元，金燕萍.压制压力对Si-Al电子封装材料性能的影响[J].中南大学学报，2005，36（2）：199-203.

作者简介

吕荣青（1972-），男，山东省莱芜市人。现为莱芜职业技术学院讲师。研究方向为物理、电子、粉末冶金新材料等。

作者单位

第7篇：粉末冶金的优点范文

真空烧结炉是在抽真空后，在充惰性气体保护状态下，利用发热体加热的原理，使物料箱保持均匀温度，通过热辐射传导进行烧结，并通过温度智能控制系统实现温度的自动控制。烧结作为粉末冶金过程中的一道重要工序，其温度的控制决定着最终产品质量的好坏，传统的温度控制系统多是采用手动控制、温度仪表结合继电器型的位式控制或者是PID连续控制，随着科技的不断进步，智能化技术开始应用于烧结温度的控制，虽然温度智能控制系统有多种类型，但它们都有着一定的局限性，并不能实现对粉末冶金烧结复杂过程中温度的有效控制，对于温度智能控制系统的研究还有待深入。

1 真空烧结炉温度控制研究现状

PID控制是实现真空烧结温度自动控制的最早方法，在诸多领域均有应用，但在时变、大滞后、非线性系统中其性能较差，且稳定性较差，单纯的PID控制方法已经无法满足烧结温度控制的精确要求。

伴随着科学技术的进步，诸如预测控制、鲁棒控制、模糊控制、智能控制、专家控制等先进的控制方法应运而生，这些方法已被成功应用于实际的温度控制中，起到了较好的效果，而智能化技术的出现更推进了温度智能控制的发展，智能化技术包括人工智能、神经网络、专家系统、进化算法、预测技术等，可对一些非线性、快时变等复杂系统进行全局控制，较其他温度控制技术来说，有着明显的优势。

2 烧结温度控制过程及传统控制方法

粉末冶金烧结控温过程一般包括自由升温段、恒温升温段、保温段、恒温降温段以及自由降温段，温控要求示意图见于图1，从图中可看出除自由升降温阶段，其他阶段要求温度控制的精确性。

传统温控方法主要有以下几点：

2.1 仪表控制

传统的仪表控制是通过温控器、继电器、接触器的二位式调节实现对温度的控制，将温控器的TC调至“自动”，即可进行自动控制。但这种温控方法存在控制精度低、稳定性差、电能利用率低等缺点。

2.2 PID控制

PID控制是目前应用最广泛的一项烧结温控技术，PID控制系统由模拟PID控制器和被控对象组成，PID控制器是一种线性控制器，控制规律为u（t）=Kp[e（t）+1/T1∫t0e（t）dt+TD×de（t）/dt]，其中Kp为比例系数、T1为积分时间常数、TD为微分时间常数。在实际生产中，PID控制器多存在参数整定不良、性能较差、适应性差等缺陷。

2.3 纯滞后补偿控制器

纯滞后补偿控制器即Smith预估器是针对被控对象的纯滞后性提出的，虽然可对参数进行有效控制，但这种控制方法的实现必须建立于被控对象的数学模型上，不适用于一些数学模型难以构建的系统中。

2.4 工控机和PLC过程控制系统

这种控制方法是由PLC进行现场控制，并由微机进行控制运算，在图形化的过程控制界面上实现温度自动控制的操作，这种方法受环境条件影响，且成本较高。

3 温度智能控制系统分析

3.1 模糊控制系统

模糊控制技术是通过模糊条件语句，利用模糊逻辑推理对系统的实时输入状态数据进行处理，对被控对象实施相应的控制决策，从而来达到精确的控制效果。

模糊控制器一般由模糊生产器、模糊规则库、模糊推理机、模糊化消除器四部分组成，将实际温度与温度给定值之间的温差e及其变化率ec作为模糊控制器的输入语言变量，并将系统控制通过加热装置的电流的可控硅导通角的变化量Ki、Kp、Kd作为输出变量，包括模糊化、模糊推理、解模糊三个过程，其结构框图见于图2。

模糊控制器的工作流程为采样求得系统的输出值和输入变量，再将输入变量的精确值变为模糊量，并根据输入变量及模糊控制规则，通过迷糊推理合成规则来计算出控制量。

3.2 基于BP神经网络的温度智能控制系统

基于BP神经网络的PID控制器（图3）摆脱了对于被控对象数学模型知识的依赖，其控制功能的完成取决于神经网络的学习算法。借助BP神经网络可实现PID的Ki、Kp、Kd3个参数的在线调整。

3.3 基于OPC技术的温度智能控制系统

OPC是一项用于过程控制的对象链接嵌入的技术，这种技术提供了一种规范，通过这种规范，系统能够以客端/服务器标准方式从服务器获取数据并将其传递给任何客户应用程序，实现对被控对象的实时控制。基于OPC技术的温度智能控制系统的硬件系统主要由PLC主控制系统、热电偶传感器、主回路可控硅装置及电加热器EH组成。

系统软件方面主要包括主程序、PID控制算法程序、温度采样程序等，主程序在初始化程序中完成抽真空，充惰性气体后进行真空烧结，在烧结过程中再有PID控制温度，烧结完成后，进行气压冷却，当炉温低于800摄氏度时结束程序，完成烧结。

4 结语

粉末冶金真空烧结具有非线性、大滞后等特点，其复杂性加大了烧结过程中的温度控制难度，在实际的真空烧结炉温度控制系统中，由于其自身的局限性，无法实现温度的精确控制，这也直接影响到了最终产品的质量，智能化技术的应用使得温度智能控制系统得以建立，温度智能控制系统具有运行稳定、温度控制精度高、适应性强等优点，在粉末冶金真空烧结炉中具有很大的应用价值及发展空间。

参考文献

[1]汲亚娟.粉末冶金电加热烧结炉的温度控制系统[D].石家庄：河北科技大学，2014.

[2]周建华.基于模糊CAMC与PID复合控制的DMK-240真空烧结炉控制系统研发[D].长沙：中南大学，2012.

[3]葛伟伟.基于PLC的烧结炉温度控制系统设计[D].杭州：浙江工业大学，2015.

[4]周金峰.基于OPC技术的烧结炉模糊温度控制系统[D].株洲：湖南工业大学，2011.

作者单位【关键词】粉末冶金 真空烧结炉 温度智能控制系统

真空烧结炉是在抽真空后，在充惰性气体保护状态下，利用发热体加热的原理，使物料箱保持均匀温度，通过热辐射传导进行烧结，并通过温度智能控制系统实现温度的自动控制。烧结作为粉末冶金过程中的一道重要工序，其温度的控制决定着最终产品质量的好坏，传统的温度控制系统多是采用手动控制、温度仪表结合继电器型的位式控制或者是PID连续控制，随着科技的不断进步，智能化技术开始应用于烧结温度的控制，虽然温度智能控制系统有多种类型，但它们都有着一定的局限性，并不能实现对粉末冶金烧结复杂过程中温度的有效控制，对于温度智能控制系统的研究还有待深入。

1 真空烧结炉温度控制研究现状

PID控制是实现真空烧结温度自动控制的最早方法，在诸多领域均有应用，但在时变、大滞后、非线性系统中其性能较差，且稳定性较差，单纯的PID控制方法已经无法满足烧结温度控制的精确要求。

伴随着科学技术的进步，诸如预测控制、鲁棒控制、模糊控制、智能控制、专家控制等先进的控制方法应运而生，这些方法已被成功应用于实际的温度控制中，起到了较好的效果，而智能化技术的出现更推进了温度智能控制的发展，智能化技术包括人工智能、神经网络、专家系统、进化算法、预测技术等，可对一些非线性、快时变等复杂系统进行全局控制，较其他温度控制技术来说，有着明显的优势。

2 烧结温度控制过程及传统控制方法

粉末冶金烧结控温过程一般包括自由升温段、恒温升温段、保温段、恒温降温段以及自由降温段，温控要求示意图见于图1，从图中可看出除自由升降温阶段，其他阶段要求温度控制的精确性。

传统温控方法主要有以下几点：

2.1 仪表控制

传统的仪表控制是通过温控器、继电器、接触器的二位式调节实现对温度的控制，将温控器的TC调至“自动”，即可进行自动控制。但这种温控方法存在控制精度低、稳定性差、电能利用率低等缺点。

2.2 PID控制

PID控制是目前应用最广泛的一项烧结温控技术，PID控制系统由模拟PID控制器和被控对象组成，PID控制器是一种线性控制器，控制规律为u（t）=Kp[e（t）+1/T1∫t0e（t）dt+TD×de（t）/dt]，其中Kp为比例系数、T1为积分时间常数、TD为微分时间常数。在实际生产中，PID控制器多存在参数整定不良、性能较差、适应性差等缺陷。

2.3 纯滞后补偿控制器

纯滞后补偿控制器即Smith预估器是针对被控对象的纯滞后性提出的，虽然可对参数进行有效控制，但这种控制方法的实现必须建立于被控对象的数学模型上，不适用于一些数学模型难以构建的系统中。

2.4 工控机和PLC过程控制系统

这种控制方法是由PLC进行现场控制，并由微机进行控制运算，在图形化的过程控制界面上实现温度自动控制的操作，这种方法受环境条件影响，且成本较高。

3 温度智能控制系统分析

3.1 模糊控制系统

模糊控制技术是通过模糊条件语句，利用模糊逻辑推理对系统的实时输入状态数据进行处理，对被控对象实施相应的控制决策，从而来达到精确的控制效果。

模糊控制器一般由模糊生产器、模糊规则库、模糊推理机、模糊化消除器四部分组成，将实际温度与温度给定值之间的温差e及其变化率ec作为模糊控制器的输入语言变量，并将系统控制通过加热装置的电流的可控硅导通角的变化量Ki、Kp、Kd作为输出变量，包括模糊化、模糊推理、解模糊三个过程，其结构框图见于图2。

模糊控制器的工作流程为采样求得系统的输出值和输入变量，再将输入变量的精确值变为模糊量，并根据输入变量及模糊控制规则，通过迷糊推理合成规则来计算出控制量。

3.2 基于BP神经网络的温度智能控制系统

基于BP神经网络的PID控制器（图3）摆脱了对于被控对象数学模型知识的依赖，其控制功能的完成取决于神经网络的学习算法。借助BP神经网络可实现PID的Ki、Kp、Kd3个参数的在线调整。

3.3 基于OPC技术的温度智能控制系统

OPC是一项用于过程控制的对象链接嵌入的技术，这种技术提供了一种规范，通过这种规范，系统能够以客端/服务器标准方式从服务器获取数据并将其传递给任何客户应用程序，实现对被控对象的实时控制。基于OPC技术的温度智能控制系统的硬件系统主要由PLC主控制系统、热电偶传感器、主回路可控硅装置及电加热器EH组成。

系统软件方面主要包括主程序、PID控制算法程序、温度采样程序等，主程序在初始化程序中完成抽真空，充惰性气体后进行真空烧结，在烧结过程中再有PID控制温度，烧结完成后，进行气压冷却，当炉温低于800摄氏度时结束程序，完成烧结。

4 结语

粉末冶金真空烧结具有非线性、大滞后等特点，其复杂性加大了烧结过程中的温度控制难度，在实际的真空烧结炉温度控制系统中，由于其自身的局限性，无法实现温度的精确控制，这也直接影响到了最终产品的质量，智能化技术的应用使得温度智能控制系统得以建立，温度智能控制系统具有运行稳定、温度控制精度高、适应性强等优点，在粉末冶金真空烧结炉中具有很大的应用价值及发展空间。

参考文献

[1]汲亚娟.粉末冶金电加热烧结炉的温度控制系统[D].石家庄：河北科技大学，2014.

[2]周建华.基于模糊CAMC与PID复合控制的DMK-240真空烧结炉控制系统研发[D].长沙：中南大学，2012.

第8篇：粉末冶金的优点范文

关键词：新型；铸造工艺；航空发动机；成本；应用；

中图分类号：O434文献标识码： A

1 前言

航空发动机被认为是迄今为止最为精密和复杂的机械系统（图1，英国罗.罗公司的遄达900涡扇发动机），它也是一个国家的科技和工业水平标志之一，航空发动机的恶劣工况对在中低温条件下工作的低压涡轮叶片、整体叶盘和涡轮机匣等高温铸件的低周疲劳寿命提出了更高要求，目前它的关键热端部位如机匣、燃烧室、涡、叶片等都采用高温合金制作，占到航空发动机重量的40-60%。由于机匣、涡、叶片等零件主体结构大多为薄壁回转体，且内型、外型复杂，因此零件的设计难度大、周期长【1】。

在制作工艺上，普通精铸形成的等轴晶铸件已经很少用于航空发动机的零部件，源于于机匣等部件的形状结构复杂化、大型化和高精度要求、壁厚差大，这些要求均对铸造过程构成巨大挑战，传统铸造易于形成晶粒粗大、偏析严重、缩孔、疏松等缺陷。其次，涡等复杂铸件在普通熔铸生产工艺条件下，一般为粗大的树枝晶或柱状晶,由于晶粒粗大及组织、性能上的各项异性，很容易导致铸件在使用过程中疲劳裂纹的产生和发展[2]。因此，为保证发动机零部件的使用寿命，采用常规的“铸造+锻造+机加工”工艺制作的零部件才能满足使用寿命，但此工艺的原材料浪费多，不利于节约资源。

2 航空发动机零部件铸造工艺的形成及意义

2.1工艺形成基础

随着国防科技的发展，由于航空发动机工作温度提高，对叶片等合金的热强性能提出了进一步要求，使发动机零部件高温合金化程度不断提高，这就给压力加工过程带来很大的困难。因此针对复杂、高合金化航空发动机零部件的铸造工艺应运而生。本工艺利用国内现有生产设备优势，采用“真空感应+真空自耗+粉末冶金（PM）+热等静压（HIP）+热处理”的铸造工艺，有效地克服了零件大型化关、复杂关、质量关、资源浪费关。该工艺生产的制品性能与“冶炼+精密铸造”和“冶炼+铸造+机加工”等常规工艺的制品相比具有一系列优点：（1）材料无偏析，均匀性、稳定性、力学性能、抗腐蚀性能均好；（2）材料的晶粒比常规加工的细，因此可以方便地使用超声波无损探伤或100%的红外线探伤检测，故产品的可靠性高；（3）可直接做成最终尺寸的产品，因此比常规工艺可少用料50%以上，有效地节约了稀缺战略资源；（4）目前“PM+HIP”工艺中使用的模具可以用焊接组成，形状任意变化，部件的设计自由度较大，可制作各种异形体及整体部件，提高了制品整体的可靠性和成品铸件的力学性能和表面质量；（5）L.S.Ng等人用热等静压处理工艺处理M200高温合金粉末，结果表明：热等静压提高烧结试样的密度达到一个很好的值，这个值为99.6%。热等静压提高屈服强度，其平均数达到1123MPa，比真空烧结试样提高7.8%[3]。因此，用“真空感应+真空自耗+PM+HIP+热处理”工艺生产的发动机零部件，可使其力学性能、晶粒度、表面及内部质量均达到要求。

2.2工艺形成的战略意义

因此该铸造工艺的发展，将同时解决发动机生产周期长、产品质量不满足使用寿命、战略资源短缺等问题；目前我国新型战机对动力系统的需求主要依赖从俄罗斯、乌克兰进口，这样必将受制于人。该铸造工艺生产的发动机零部件将有效填补我国完全依赖进口的空白。同时，受到国内制造工艺水平以及理论基础等的限制，在某些关键材料使用寿命问题上与国外有较大程度的差距。因此开展航空发动机用关键铸造工艺开发，对解决我国重要型号研制的物资需求，对于推动我国新型航空飞机的研制乃至对国防建设具有重要意义。

3 新型铸造工艺路线具体方案

近十几年，国内外高温合金研究者经过大量的技术、工艺改进，使高温合金铸件的晶粒组织得到了明显改善，铸件整体趋于均匀、细化。然而，因为细晶工艺的凝固过程有很强的形成显微疏松的倾向，其内部一般都存在不同程度的疏松等缺陷，使其力学性能和使用可靠性降低。本工艺采用“真空感应+真空自耗+PM+HIP +热处理”能同时解决航空发动机零部件的力学性能、尺寸精度、异型尺寸、表面和内部质量问题。

3.1 新型铸造工艺路线

3.2工艺技术关键点

航空发动机零部件大部分采用高温合金钢制作而成，因其使用环境的特殊性，本工艺的关键技术是突破点：

3.2.1 航空发动机零部件质量的特殊要求

（1）公差等级：因发动机铸件为大型、复杂、异型零部件，同一截面尺不均匀、精度要求高；

（2）力学性能：航空发动机的零部件承受多种载荷如轴向力、扭矩、弯矩以及内压等，因此对于发动机零部件的力学性能要求极高；

（3）表面质量：航空发动机零部件具有精密的外形尺寸，因此铸件表面及内部质量不允许有裂纹、冷隔、欠铸、缩孔及高密度夹渣对应和穿透性的缺陷；表面粗糙度、尺寸公差等也有严格要求；

3.2.2工艺技术关键点

（1）母合金成分设计与试样力学性能的匹配，试样力学性能合格与否关系着成分设计的成熟性；

（2）粉末冶金制备技术的优化，根据零部件性能大小要求选择粉末制剂方法；

（3） 热等静压制备技术的理论和实际生产的结合成熟性；

（4） 铸件热处理：对于复杂形状铸件的热处理工艺将是一种新的探索；

（5）粉末冶金和热等静压成型模具材料的选择与尺寸公差的设计；

3.3具体实施方案

（1）、根据各钢中各元素的不同作用，缩小化学成分范围，设计出理论上能达到铸态组织下的性能要求；

（2）、制定初步冶炼技术条件，采用小真空炉（约25Kg）冶炼，浇铸成小试样，试样热处理后，分析力学性能；

（3）、试样性能如不符合标准要求，则重新调整化学成分和热处理工艺；

（4）、试样性能测试达到标准值，则将该工艺固化进行大生产；

（5）、氩气雾化法制造粉末（AA粉）【4】，采用粉粒度相对细小、夹杂物尺寸小的AA粉，可有效提高发动机零部件的低周疲劳寿命、可靠性和使用寿命；其次，对粉末进行双真空脱气和双韧化处理，可提高铸件的致密度和改善材料的强度和韧性；

（6）、用3D打印技术设计制造接近成品尺寸的钢模；

（7）、将制作好的高温合金粉末按照设计好机匣尺寸的模具包套，制造成与机匣尺寸接近的毛坯件；

（8）、将粉末铸件包套，装入HIP装备中，在1000-2000℃和≤200MPa压力下进行4小时热等静压工艺处理；

（9）、铸件热处理：因铸件结构复杂、尺寸不均匀等，毛坯热处理制度参照小试样的制度执行;

（10）、铸件毛坯表面局部处理后用红外线探伤，合格品交付；

4 应用与发展趋势

近几年来，随着国际技术交流合作不断加强，航空领域材料生产工艺制备也逐渐进入更深层次的合作研制，粉末冶金和热等静压技术在应用开发和设备改进方面的技术也得到了大幅度提高，产品质量走向高端成熟阶段。在未来几年，PM和HIP技术将向更高层次发展：

4.1 PM发展方向主要有：（1）纯净度冶炼和粉末粒度细小、非金属夹杂含量低；（2）先进的热处理技术和合金致密化程度；（3）开发新型高温、超高温难熔金属技术。

4.2 HIP发展方向：（1）成熟的计算机软件开发在HIP技术方面的研究；（2）开发大尺寸HIP设备以适用于更多领域；（3）提高我国HIP设备的设计制造水平、自动化水平。

5 仍需要解决的问题

在当前技术条件下，尽管“PM+HIP”技术能用于工业生产的各个领域，但随着产品质量的要求越来越高、稀缺金属锐减、航空发动机等产品产业化趋势增强等一系列问题，给现阶段的PM、HIP和装备带来严峻的考验，新型铸造工艺的开发和大型精密装备的研制将是科技工作者下一步需要解决的工作重点。

6结语

21世纪，科技进步已进入稳定增长轨道，但国内航空发动机的研究水平和国外相差约10年，性能与国外航空强国相比还存在一定的差距，还难以满足我国第四、第五代新型战机研制及产业化需要。而作为航空高端装备制造产业中的项目之一，突破航空发动机关键工艺技术、加快推进航空发动机产业化，自主研制新型发动机，对提升我国的国际影响力和军事威慑力具有重要战略意义。因此PM和HIP技术以其先进的技术特点、低成本优势和高质量的生产制品应用于航天航空等制作复杂备件的各个领域，将是国内外关注和研发的热点。

参考文献

【1】刘林，高温合金精密铸造技术研究进展 . 铸造杂志2012,11:1273-1274.

【2】刘林，高温合金精密铸造技术研究进展 . 铸造杂志2012,11:1274-1275.

第9篇：粉末冶金的优点范文

关键词：凸轮轴信号盘；粉末冶金；尺寸精度

中图分类号：U466 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2013）04-0058-06

发动机是汽车的动力源，而信号盘相当于控制发动机的开关，其相位角度的设计及精确控制，对发动机各个气缸的协调工作起着至关重要的作用，信号盘提供信号给转速传感器，转速传感器再把信号传递给ECU，ECU收到该信号就控制发动机喷油及点火。当信号盘旋转时，磁路中的气隙就会周期性地发生变化，磁路的磁阻和穿过信号线圈磁头的磁通量随之发生周期性变化。根据电磁感应原理，传感线圈中就会感应产生交变电动势，而产生的交变电动势控制着气缸点火时间及顺序，需要信号盘具有精确的相位角度；由于电磁感应式传感器输出电压的峰值随转速的大小而变化，在发动机启动时的低速状态下，感应电压很低，也需要信号盘的信号齿具有良好的磁感应性能，以提高信号输出灵敏度。

1 产品设计

1.1 产品性能设计

凸轮轴信号盘是传感器的信号转子，装配在凸轮轴上，利用其外圆的4个凸齿，在磁场里旋转过程中产生周期变电动势，控制发动机点火顺序，保证点火正时。主要利用其良好的磁感应性能及精确的相位角度，保证发动机各个气缸的协调工作，因其产生的信号是通过电流传递给ECU，为了削弱磁场对电流的影响，信号盘本身的磁场强度应有严格的限制。

1.2 产品结构设计

凸轮轴信号盘产品见图1。信号盘外圆有4个凸齿，2个68°大凸齿，2个18°小凸齿，2个72°大缺齿，2个22°小缺齿。信号盘每转过一个凸齿，传感器中就会产生一个周期变电动势，并相应地输出一个交变电压信号，故凸轮轴旋转一周会有4个交变信号产生，ECU每接收4个信号，即可知道凸轮轴旋转了一圈。

2 工艺方案设计

产品内孔精度等级较高，达到了8级精度，销孔精度达到7级；产品外圆信号齿角度的精确性关系到装机后信号的准确性，另外根据产品的使用工况，要求产品具有较低的剩磁强度，较高的齿部密度。产品主要技术要求如表1所示。

根据上述分析，结合供应商实际生产情况，确定此零件的生产应该包含以下主要工序：

（1）成形：保证产品的外形以及密度要求，如相位角度，內孔尺寸；

（2）烧结：保证产品基本性能的要求，如强度、硬度、密度等；

（3）整形：对烧结变形的产品进行外形的校正，同时提高内孔以及信号齿角度的精度；

（4）钻孔、铰孔：保证产品销孔达到要求。

（5）退磁：保证产品有较低的剩磁强度。

3 成形方案设计

3.1 方案设计以及压机选择

（1）考虑产品的工艺性能、形状、精度以及表面的要求，除了定位销孔处必须采用机械加工外，其余均可以不采用后续机械加工。

（2）通过产品结构分析，零件上端面1个台阶面，下端面2个台阶，整体上构成一个典型的上二下三结构的粉末冶金结构件，在粉末冶金压坯形状上定义为Ⅳ型压坯，Ⅳ型压坯必须由阴模，一个上模冲、三个下模冲和芯棒组成的模具成形，由于沿压制方向横截面有变化的不等高压坯，要保证其密度的均匀性，必须按相同的压缩比来计算装粉高度，同时为了保证外圆凹槽根部的圆角能够光滑过渡，采用台阶阴模结构取代了1个下模冲。

方案1：成型方案采用上一下二结构，信号盘正面信号齿部（A区）、齿根（B区）、台阶（C区）为一整体模冲，造成ABC区密度分布极不均匀，从其硬度分布可以得到验证（A区平均硬度32HRB， B区平均硬度52HRB，C区平均硬度70 HRB）。因为ABC区为一整体模冲，在成型时，A区松装填充不够，造成成型后密度低，而A区恰好是信号作用区域，磁感应强度和产品的密度值直接相关，密度越高，磁感应强度越高，若密度低，对其磁感应强度及传递信号准确度还是不容忽视的。矫顽力和磁导率都对孔隙杂质敏感，孔隙和杂质含量越少，矫顽力场就越小，磁导率就越高，若密度越低，孔隙就越多，对其矫顽力和磁导率影响就越大。故对于粉末冶金信号盘，其信号作用区齿部密度不宜过低。

方案2：成型方案采用上一下二+台阶阴模结构（上一下三结构），信号盘正面信号齿部（A区）、齿根（B区）为一模冲，台阶（C区）为台阶阴模。因为ABC区是分冲结构，在成型时，AB区和C区的松装填充可调，使得成型后ABC各区密度均匀，从其硬度分布及波动可以得到验证（A区平均硬度61 HRB， B区平均硬度66 HRB，C区平均硬度64 HRB）。A区的密度相对提高（方案2产品硬度61 HRB大于方案1产品硬度32 HRB），而A区恰好是信号作用区域，故方案2信号盘磁感应强度比方案1产品要好。同时方案2产品整体密度均匀，在装配过程中不会产生破裂，提高了产品各项性能要求。

（3）通过产品结构计算此产品所需压制压力，需130 T的成形压力。

（4）考虑到压坯各部分的密度分布的均匀性，压坯的精度、模冲的个数，以及成型过程中粉末的移动以及供应商成型压机的特点、模架结构，为充分体现粉末冶金的特点，此次选择带用上三下三模架的机械式S-200T压机。

3.2 模具参数设计

新开发凸轮轴信号盘模具设计主要参数如表2所示。

3.3 成型动作解析

成形动作：装粉上冲下行阴模强制拉下下浮动冲落在挡块上台阶阴模落在挡块上成形终了上缸给保护压力阴模止挡打开脱阴模下浮动冲挡块打开脱浮动冲脱芯棒上缸回程机械手夹持脱出产品。

（1）装粉：因为该零件壁厚较薄，粉末之间会产生拱桥效应，为了使装粉均匀，必须采用装粉效果较好的吸入法装粉。

（3）压制成形：上冲下行与阴模合缝后，强制拉下阴模，下浮动冲落在挡块上，上冲与阴模继续下行直至阴模落在挡块上，调整阴模和外浮动冲的压制速率，避免因非同时成形而产生裂纹。

（4）脱模：采用阴模拉下式脱模，即阴模向下运动，逐渐脱出下外冲、下内冲、芯棒。脱模时要注意采用保护脱模，即脱模过程中上模冲给予产品一定的压力，待下外冲脱出阴模的同时撤去上外冲的保护压力，上内冲继续保持压力，直至下内冲脱出阴模，最后中心缸将芯棒抽回。保护脱模可以避免产品出现掉块、裂纹等外观缺陷。

成形装配示意图如图3所示。

4 材质工艺设计

原材料选择依据：根据凸轮轴信号盘的工作原理、粉末冶金件凸轮轴信号盘的综合性能及尺寸要求，原材料应该具备以下四个方面的性能：

（1）磁性能好。对于磁性材料，碳的存在降低一定的磁性能，故碳含量应尽量低。同时，磁感应强度和产品的密度值有直接相关，密度越高，磁感应强度越高。矫顽力和磁导率都对烧结条件和间隙杂质敏感，烧结温度越高和杂质含量越少，矫顽力场就越小，磁导率就越高。烧结温度越高，时间越长，金相组织平均晶粒尺寸就越大，孔隙越圆滑，磁性能就越好[1]。

（2）压制性和稳定性好，磁性材料，传递信号部位密度越高，磁感应强度越高，传递信号就越准确。磁性粉末又必须同时具备稳定的粒度分布与粒度组成且化学成分均匀、无偏析、稳定的流速以及稳定的松装密度等重要特性。由于在混料中可能产生的不均匀，包括比重偏析在内的混合料不均匀性，在烧结中因烧结温度和保温时间及压坯密度不均匀等造成的扩散不充分，则会引起组织不均匀，并使零件性能产生波动。而采用Fe-Cu-C粉末原料，因Fe和Cu的比重相差不大，不容易发生偏析[2]，且Cu相对较软，能提高压制性能。

（3）尺寸稳定性，凸轮轴信号盘信号齿角度精度越高，传递信号的准确度就越高，其金相组织平均晶粒尺寸越大，孔隙越圆滑，磁性能就越好。但对于粉末冶金件，要使其组织平均晶粒尺寸越大、孔隙越圆滑就需要较高的烧结温度和较长的烧结时间。而烧结温度越高，时间越长，尺寸变化又越大[3]，尺寸精度尤其是相位角度就难以保证。同时信号盘需装配到凸轮轴上，其内孔精度及材料的强度和韧性一定要保证。综合以上各种因素，选择添加少量的C及一定比例的铜，既能稳定产品尺寸变化，提高强度、韧性，还能提高密度，降低孔隙率，后续再通过整形对零件的尺寸以及形位公差进行校正。既保证了可靠磁性能，又保证了产品强度、韧性及尺寸要求。

（4）烧结后要满足产品既定的性能要求：产品密度≥6.4 g/cm3 ，硬度≥40 HRB，抗拉强度≥300 MPa，延伸率≥1%。

根据以上提出的材料性能要求，经过性能试验对比和烧结综合参数测定，结合现有的材料标准提供的相关材质达到的性能指标，选取Fe-Cu-C材料。

综上所述，选取供应商牌号为F1407的铁粉，其性能参数如表3所示。

5 烧结工艺设计

为保证凸轮轴信号盘在烧结过程中具有理想的金相组织，稳定的尺寸，结合供应商现有设备实际特点，选用德国进口的步移梁式烧结炉，步进梁式烧结炉具有以下优点：

（1）能够实现高温烧结，提高烧结温度可以提高生产效率，实践中发现提高55℃烧结温度对致密化程度的影响效果相当于延长烧结时间几十倍或几百倍[4]。

（2）在工作过程中可提供连续的、可重复的时间-温度-气氛曲线，这在粉末冶金生产中非常重要，当炉子的舟速一定时，各个温度可控带设定的温度以及气氛组成、气氛流量已经确定时，则通过该烧结炉的所有压坯都是在一组相同的工艺参数下烧结的，结果是建立了一条稳定的加热曲线，这就保证了烧结零件的质量即零件尺寸、性能的均匀一致性[4]。

（3）操作简单，自动化程度高；辅料消耗和热损失小，零件受热均匀；依据所选烧结炉制订烧结炉工艺，即各区温度、烧结速度，以及气氛流量的大小，结合烧结炉的结构、负荷的大小、加热时间以及保温时间并结合粉末具体参数变化，确定了以下摆放方式，即采用架烧模式，产品4x4均匀摆放在石墨垫板上，产品间隔10～20 mm，如图4所示。

6 整形工艺设计

6.1 整形方式的选择——全整形

为了保证信号盘的端面端跳、齿相位角度、平面度以及内孔精度，必须对烧结后的毛坯进行全整形，即内外径以及高度方向均产生塑性变形。全整形塑变充分，产品出模后弹性回弹小，制品的内外径尺寸精度可达到IT6-7级[5]，满足本产品设计要求。

6.2 整形方案设计

（1）因为产品成形和烧结后，产品下部两个台阶面的高度可能会和预想的会有差异，所以下冲最好做成分冲，这样根据烧结后产品上下两个台阶的高度，可以调节好分冲之间的段差。

（2）理论上整形时应先让下外模冲和上模冲接触产品，再让下内冲接触产品，这样可以避免产品在台阶圆角处出现裂纹，实际上整形时压下量只有0.1 mm左右，在压机上不易测量，可根据产品出模后的状态做进一步的调整。

6.3 压机的选择

根据产品的形状以及整形方式，决定了整形压机必须选择带上二下二或上二下三模架的压机，同时该产品的整形压力经过计算需要100 T左右，结合供应商的实际情况，选择带有上二下三结构模架的315 T液压机。整形装配图如图5所示。

7 后加工工艺设计

凸轮轴信号盘销孔精度达到7级，其位置与产品外圆齿开口角度的位置关系精确度关系到装机后信号的准确性，故其孔径及孔位置精度的尺寸尤为重要。

（1）在样件阶段采用的是钻孔、铰孔方式，钻孔和绞孔是分开完成的，设计了专用夹具及检具，保证产品质量。

（2）量产后考虑使用专机加工，设计一套专用夹具，保证在一次装夹的情况下完成钻孔、绞孔、检测、压装，提高效率。

8 产品的性能及尺寸测试结果

对于不热处理的粉末冶金零件，烧结后产品的性能已确定，故产品关键尺寸检测如表6所示。

产品所有关键尺寸PPK>1.67，过程能力充分。

9 结论

（1）合理的成形模具分冲设计，使得凸轮轴信号盘各区密度均匀，提高了信号输出灵敏度。

（2）合理的烧结及全整形工艺设计，有效地提高了信号盘的相位角度、内孔IT8级精度等要求，保证了对发动机各个气缸工况的精确控制。

参考文献：

[1] 黄培云.粉末冶金原理[M].北京：冶金工业出版社，1997.

[2] 韩凤麟.粉末冶金零件设计与应用必备[M]. 北京：化学工业出版社，2001.

[3] 刘传习，周作平.粉末冶金工艺学[M]. 北京：科学普及出版社，1985.