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粉末冶金的特點范文第1篇

關鍵詞：粉末冶金；汽車零件；金屬粉末；高性能

粉末冶金材料是指用若干種金屬粉末或是金屬粉末與非金屬粉末作原料， 通過按比例配料、壓制成形、燒結等工藝過程而制成的材料。這種生產工藝過程也就是粉末冶金法， 它屬于一種不同于熔煉和鑄造的方法。由于其生產工藝過程與陶瓷制品工藝極為相似， 所以粉末冶金法又被稱為金屬陶瓷法。粉末冶金法不僅是制造某些具有特殊性能材料的方法， 同時也是一種無切屑或少切屑的加工方法。它具有生產效率高、材料利用率高、節省機床和生產占地面積等特點。但其也存在一定的缺陷，如金屬粉末和模具費用高， 制品大小和形狀受到一定限制， 制品的韌性也較差。粉末冶金法常被用于制作硬質合金材料、結構材料、減磨材料、難熔金屬材料、摩擦材料、過濾材料、無偏析高速工具鋼、金屬陶瓷、耐熱材料、磁性材料等。

一、粉末冶金技術的含義及其特點

粉末冶金技術附屬于材料制備和成形的加工技術，而作為粉末冶金的雛形就是塊煉鐵技術，塊煉鐵技術也是人類最初制取鐵器的唯一手段，其對人類社會進步作出了巨大貢獻。

1、 粉末冶金技術的含義

粉末冶金的方法其實誕生已久。人類早期通過機械粉碎法來制取金、銀、銅和青銅的粉末，用來當作陶器等的裝飾涂料。早在200年前，一些歐洲國家，如俄、英等國就曾大規模的制取海綿鉑粒，并經過熱壓、鍛和模壓、燒結等加工工藝來制造錢幣和一些貴重器物。1890 年，美國的庫利吉發明用粉末冶金方法制造燈泡用鎢絲，從而奠定了現代粉末冶金技術的基礎。直到1910年左右，人們已經開始用粉末冶金法來大量制造了鎢鉬合金制品、青銅含油軸承、硬質合金、集電刷、多孔過濾器等，并逐步形成了一整套粉末冶金相關技術。上世紀30年代，旋渦研磨鐵粉和碳還原鐵粉技術問世后，從而為粉末冶金法制造鐵基機械零件較快的發展機遇。從第二次世界大戰后，粉末冶金技術得到了較快的發展，新型的生產工藝和技術裝備、新的材料和制品不斷出現，開拓出一些能制造特殊材料的領域，成為現代工業中的重要組成部分。

2、 粉末冶金技術的主要作用

由于粉末冶金技術的具有特殊優點，使其已成為解決新材料問題的有效途徑，而且在新材料的發展中歷程中發揮著舉足輕重的作用。

粉末冶金技術由于其可以在最大限度地來減少合金成分發生偏聚，消除粗大且不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土發光材料、稀土儲氫材料、高溫超導材料、稀土催化劑、新型金屬材料上具有獨特的作用。同時還可以制備非晶、納米晶、準晶、微晶以及超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料由于具有優異的電學、光學、磁學和力學性能。因此可以較容易地實現多種功能類型的復合，充分發揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產高性能金屬基和陶瓷復合材料的工藝技術。可以生產普通熔煉法無法生產的具有特殊結構和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結構陶瓷和功能陶瓷材料等。可以實現凈近形成形和自動化批量生產，從而，可以有效地降低生產的資源和能源消耗。可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術。

二、粉末冶金技術的發展趨勢

隨著汽車和飛機零件以及切削和成形工具發展的需要，粉末冶金制造零部件的強度和質量都得到了較好的改善和提高。汽車制造業作為粉末冶金零件的最大用戶，1996 年汽車行業占有美國粉末治金零件的市場份額的69%，成為美國粉末冶金零件的最大市場。發展粉末冶金需要制取新技術、新工藝及其過程理論。

1 、向全致密化發展

粉末冶金的重點是超細粉末和納米粉末的相關制備技術，機械合金化技術，快速冷凝制備非晶、微晶和準晶粉末制備技術，粉末粒度、結構、形貌、成分控制技術，自蔓延高溫合成技術。粉末冶金技術發展的總趨勢是向超細、超純、粉末特性可控方向發展，從而建立以“凈近形成形”技術為中心的各種新型固結技術及其過程模過程理論，如粉末注射成形、擠壓成形、噴射成形、溫壓成形、粉末鍛造等。建立以“全致密化”為主要目標的新型固結技術及其過程模擬技術。

2 、向高性能化、集成化和低成本等方向發展

粉末冶金制造零部件相關的新的成形技術層出不窮，如：粉末注射成形、溫壓成形、流動溫壓成形、噴射成形、高速壓制成形等新技術不斷涌現。目前， 粉末冶金技術正向著高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向發展。有代表性的鐵基合金，將向大體積的精密制品，高質量的結構零部件發展；制造具有均勻顯微組織結構的、加工困難而完全致密的高性能合金；用增強致密化過程來制造一般含有混合相組成的特殊合金；制造非均勻材料、非晶態、微晶或者亞穩合金；加工獨特的和非一般形態或成分的復合零部件。

3 、粉末冶金產業化發展

由于相鄰學科和相關技術的相互滲透和結合.更賦予了粉末冶金新的發展活力。粉末冶金新工藝層出不窮。粉末冶金產業化是指這些技術已比較成熟。甚至在一些國家已有生產規模，但主流還處于研究成果向產業化轉化的過程之中。其工藝、設備、市場等已為產業化準備了條件，可以產業化，取得社會效益和經濟效益。主要是指該技術實現產業化、集群化、模塊化發展。其主要應用領域有汽車用粉末冶金零部件，汽車制造業仍是粉末冶金（PM）發展的牽引力；粉末注射成（PowderInjection Molding（PIM））溫壓成形技術（Warm Compaction）在眾多為提高PM 件密度的生產方法中。溫壓成形技術被認為是最為經濟的一種新工藝。本文將重點介紹以下產業化技術：

① 溫壓技術

溫壓技術在上世紀90 年代被譽為粉末冶金技術上重大突破，并于1990年取得了第一項采用一次壓制燒結工藝制備高密度鐵基（P / M）零件的美國專利。該技術可以使燒結鋼中的孔隙度降低到6 %左右，而傳統技術的孔隙度為10%以上，產品的密度能達到7.3g/cm3或以上，因此較大程度的拓寬了高密度、高強度燒結鋼零件在工業上廣泛應用的可能性。

② 模壁

模壁和溫壓是兩個平行的提高鐵基結構零件密度的方法。近年來，發展最迅速的是干模壁技術，即采用靜電的方法，從而將干劑粉末吸附到模壁上進行，從而很好的避免了濕模壁在制備過程中壓坯表面易于粘粉的缺點。

③注射成形

金屬注射成形（MIM）是一種將塑料注射成形與粉末冶金技術結合而成的近凈成形技術，此技術也是國內外公認的21 世紀粉末冶金的主流技術，被稱為“第五代加工技術”。而且該技術也最適于用來大批量生產一些三維復雜形狀的零件，同時還可以實現自動化連續作業，從而大大提高生產效率。目前，在一些發達國家，MIM技術已經成為一項最具競爭力的金屬成形技術，而且開始大量用于不銹鋼粉末冶金生產。

三、粉末冶金機械零件的制造現狀與挑戰

我國粉末冶金技術起步較晚，自1958年誕生以來，一直是處在蹣跚學步的狀態中，而且一直不被人們重視，被當做是一個沒有前景的小行業來對待。然而從世界粉末冶金行業發展狀況來看，粉末冶金行業卻是一個最具市場活力，發展速度極快，同時應用范圍也是最廣的冶金技術，尤其是日本在粉末冶金技術方面發展飛快，每年生產燒結含油軸承十幾億只。直到上世紀80年年代初，在我國體制改革的大潮中，粉末冶金零件行業正式劃歸當時的“基礎件工業局”進行管理，并結束了粉末冶金零件行業自身自滅的狀態，從而得到相應的發展機遇。我國自上世紀90年代至今約20多年間，粉末冶金零件得到迅猛發展，同時也經受住了金融危機的不利影響。

表1是我國自2007-2011年間粉末冶金分會53家會員企業的數據進行統計的結果，雖然我國粉末冶金行業目前顯示出盎然生機，但也面臨著各方面的挑戰。現筆者將自己的針對其中的一些問題以及看法和相應的意見提供給大家參考：

四、粉末冶金機械零件制造技術在汽車行業的應用現狀與前景

近年來，由于人們生活觀念的改變，同時人們的環保意識也不斷提高，因而輕量化的汽車也越來越受人們的親睞，從而汽車工業也開始大量使用輕質合金材料，如鋁合金、鎂合金來生產汽車零部件。也正是由于粉末冶金能夠很好的避免成分偏析，又可以滿足具有各種特定性能的零部件一次性成型的要求。

目前粉末冶金汽車零件主要有兩個市場，一個為汽車生產商市場，另一個為汽車維修服務點，即維修配件市場。而汽車生產商市場則是粉末冶金零件的主要市場，通常情況下，汽車生產商會與粉末冶金零件制造企業進行定向合作，從而導致其他零件制造企業難以插足獲利。而維修配件市場相對來說則要開放的多，而且需求量也較大，但大多都是存在某些質量問題的貨物。從表2可知，我國在汽車制造行業中對粉末冶金技術制造的零件的使用量只有日本的2/3左右，但我國的粉末冶金制造的零件的總量卻要比日本的多，可見粉末冶金汽車零件的市場潛力是巨大的。

我國目前汽車行業正處于蓬勃發展期，因此也給我國粉末冶金零件制造企業帶來了難得市場機遇。同時根據美國一家信息分析中心預測，2020年我國汽車銷量將達到2000萬輛，屆時中國將超過美國成為全球汽車銷量第一的國家。而我國粉末冶金汽車零件的主要制造企業有三十多家，且其主要生產的零部件為汽車所使用的一些軸承或者是小配件，總體呈現出還是處于相對來說較為低端的位置，而關于發動機或調速箱等關鍵部位的零部件則基本上是整體通過國外進口，同時隨著全球經濟一體化趨勢的不斷加速，我國粉末冶金企業畢竟面對國際化市場，這對我們來說既是機遇也是挑戰。因此就需要我國粉末冶金企業把握機遇，迎難而上，主動積極的溶于國際化市場當中。

參考文獻

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[6]黃培云.粉末冶金原理[M].北京：冶金工業出版社，1997.

粉末冶金的特點范文第2篇

[關鍵詞]Al；Zn；Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料；組織和性能；影響

中圖分類號：TB333 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）07-0337-01

20世界40年代，我國對鐵基粉末冶金摩擦材料就開始了研究，在50年代，將其應用在了航天領域。鐵基材料不僅耐高溫，而且承載能力強，價格低廉。但是，鐵基粉末冶金摩擦材料與鋼鐵等金屬材料混合使用時，容易發生粘結【1】。為降低鐵的塑性，使其強度得到進一步增強，因此添加了其他元素來達到這一目的。在上世紀60年代，我國開始研制鐵基粉末冶金制動材料，并且取得了一定成就。隨著社會經濟和交通運輸業的發展，摩擦材料的應用更加廣泛，對制動性能的要求更加嚴格。鑒于此，本文結合新工藝、新技術對Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料展開進一步的研究和探討。

一.粉末冶金摩擦材料新技術

實踐表明，當前廣泛使用的鐘罩爐加壓燒結法存在能耗大、原材料利用率低、成本較大等缺點。因此，新工藝、新技術的研究是為了在保證產品性能的前提下，保證生產成本最低，獲得較好的經濟效益和社會效益。

（一）無壓燒結工藝

研究資料表明，傳統的燒結工藝最突出的問題就是資源浪費【2】。因此，相對于傳統的燒結工藝，無壓燒結工藝不需要施加壓力就能夠實現材料的燒結，因此，這一項新型的工藝得到了廣泛應用。現實中，無壓燒結工藝主要有軋制法、電鍍法以及離子噴涂法等。該項工藝制備的材料具有摩擦系數小、孔隙率較高等特點。

（二）粉末軋制工藝

此種工藝指的是壓實被引入旋轉軋輥之間的粉末，使之形成粘聚狀態的半成品，然后對其進行活化燒結的一種工藝。通過實踐表明，粉末軋制工藝所制備的材料，具有較高的使用性能。

（三）表面處理技術

表面處理技術主要包含兩個方面，一是通過對材料表面進行滲氮、滲硼及硼鉻共滲來達到摩擦材料燒結的目的；另一方面，通過處理材料表面，使其形成氧化膜。而提高產品的質量和改善多層燒結，是通過骨架與粉末層的粘結來實現的【3】。

二.Al、Zn對Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料組織和性能的影響

（一）.試驗方案

為了進一步了解Al、Zn對Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料組織和性能的影響，本文進行了試驗分析。本實驗用純度大于99%的Al和Zn及純度大于99.5%的Fe-18Cu各200目。并結合試驗需要，準備了最先進的試驗機、混料機、顯微鏡等設備。本實驗中，試樣制備的工藝為：原料配料、混合壓制加壓燒結。為了保障試驗的可靠性，對各項工藝參數進行了嚴格的設置，對各項材料性能也進行了專業的測試。

（二）. Al對Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料組織和性能的影響

眾所周知，Cu不僅導熱性能好，而且抗氧化能力強，因此和鐵質對偶件的相溶性比較小，因此銅基摩擦材料耐磨且結合平穩。但是，在高負荷條件下，銅基粉末冶金摩擦材料摩擦系數不穩定。因此，結合鐵基與銅基材料的優點，研制新型的摩擦材料有非常重要的意義。

通過試驗表明：

（1）Al 元素添加量對Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料組織和性能有一定的影響。當添加量低于3%時，材料組織有 AlCu4新相生成，其基體組織也被細化，而且晶粒分布非常均勻。當添加量不斷增加時，材料的力學性能也不斷提高。試驗表明，當Al 元素添加量為 2%時，基體力學性能最好，硬度達到95.5HB，抗壓強度達到368Mpa。

（2）試驗表明，當Al含量增加時，材料摩擦系數先呈上升趨勢，而后又緩慢下降；當Al含量等于2%時，材料表面形成致密的薄氧化膜；當Al含量等于3%時，材料表面生成較厚氧化膜，而且容易剝落；此外，試驗表明材料的磨損主要為犁削磨損。

（3）Zn對Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料組織和性能的影響

Zn具有強化基體的功能，通過試驗表明，Zn對Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料組織和性能的影響如下：

（1）當添加0%-2%的Zn元素時，材料在顯微鏡下顯示有FeZn3新相生成，添加Zn的材料組織孔隙率下降，晶粒細化；當Zn含量增加時，材料的抗壓強度先呈上升趨勢，后逐漸下降；當Zn含量為1%時，該材料硬度和抗壓強度最佳，分別達到103HB和383MPa。

（2）當加大Zn元素的添加量時，材料的摩擦系數先下降后上升。在轉速500r/min、Zn含量為1%時，摩擦系數為0.268；當轉速1500r/min、Zn含量為1.5%時，摩擦系數為0.260；在轉速為中速時，加入Zn元素的材料的磨損形式為氧化磨損；當轉速為高速時，材料磨損形式主要是疲勞磨損以及磨粒磨損。

三. 結束語

鐵基粉末冶金摩擦材料和鐵質對偶件有較大的相溶性，所以容易在摩擦時拉傷對偶表面，甚至產生較深的溝槽，導致制動性能降低或不穩定。而銅基摩擦材料，不僅抗氧化性能較好，而且耐磨性好，但是銅基摩擦材料的制備成本較高。因此，要滿足使用性能以及考慮經濟成本，研發價格經濟、性能又好的摩擦材料是當前市場備受關注的問題。本文主要結合新工藝和新技術，對鐵銅基粉末冶金摩擦材料進行試驗和研究，并且從物理性能以及力學性能等多方面來闡述研究結果，從而揭示Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料的組織結構和性能，為Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料的進一步應用與開發提供科學的資料【4】。

參考文獻：

[1] 楊明.Al、Zn對Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料組織和性能的影響[D].南京航空航天大學，2011.09（14）：117-118.

[2] 黃建龍，王建吉，黨興武，陳生圣，謝軍太.鋁含量對銅基粉末冶金材料性能的影響[J].與密封，2013，01（31）：156-160.

粉末冶金的特點范文第3篇

【關鍵詞】激光焊接技術，粉末冶金材料，應用

1前言

由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造優點，在某些領域如汽車、飛機、工具刃具制造業中正在取代傳統的冶鑄材料，隨著粉末冶金材料的日益發展，它與其它零件的連接問題顯得日益突出，釬焊和凸焊一直是粉末冶金材料連接最常用的方法，但由于結合強度低，熱影響區寬，特別不能適合高溫及強度要求高的場合，使粉末冶金材料的應用受到限制。近年來，我國從事這方面的研究工作的單位逐漸增多，改變了傳統的燒結和釬焊工藝，使連接部位的強度和高溫強度大大提高。

2激光焊接工藝特點

2.1影響焊接質量的主要因素

2.1.1材料成份合金元素的含量、種類對焊縫強度、韌性、硬度等力學性能影響很大。燒結低碳鋼、燒結Ni和Cu合金、Co合金在一定條件下，均能成功地進行激光焊接。燒結中碳鋼采取焊前預熱和焊后緩冷的措施也可保證焊接質量，降低裂紋敏感性，圖1表示了中碳鋼預熱和不預熱條件下焊縫區的顯微硬度分布，預熱時硬度降低，接頭韌性增加，因為組織由貝氏體和少量的珠光體代替了針狀馬氏體。

2.1.2燒結條件在氫氣、分解氨和真空中燒結的材料均能成功的進行激光焊接，在干凈的還原性氣氛中燒結的材料焊后出現的氣孔、孔洞、夾雜和氧化物較小；此外，合適的燒結溫度、保溫時間、壓力及溫度-壓力曲線也是焊接成功的重要保證。

2.1.3孔隙孔隙的數量、形態和分布影響材料的物理性能如熱傳導率、熱膨脹率和淬硬性等，這些物理性能直接影響材料可焊性[1]，使焊接較同成份的冶鑄材料相比難度加大。對于激光焊接零件來講，大量的孔隙會使焊接強度降低甚至焊接過程無法進行。

2.1.4密度致密而力學性能好的試樣較疏松而力學性能差的試樣在相同的條件下有更好的焊接性。低于一定的密度（

2.1.5焊前準備工作由于激光光斑很小，所以對間隙配合精度要求較高，對接時一般要求間隙在0.1mm以下，此外為減少氣孔等焊接缺陷，焊接部位必須去除氧化皮、油污并進行干燥。

2.2主要焊接工藝參數影響

焊接質量的主要工藝參數有：激光功率、焊接速度、透鏡焦距、聚焦位置、保護氣體等。激光功率和焊接速度是影響焊接質量的最主要參數，焊接厚度取決于激光功率，約為功率（kW）的0.7次方，通常功率增大，焊接深度增加；速度增加，熔深變淺，焊縫和熱影響區變窄，生產率增高。過大的焊接速度與焊接功率將增大氣孔和孔洞傾向。透鏡焦距由輸出激光的光斑直徑決定，兩者之間存在一最佳匹配值。一般說來，所須焊接的深度越深，透鏡焦距越長，短焦距透鏡對聚焦的要求較高，而且粉末冶金材料焊接時飛濺較大，透鏡污染嚴重；太長焦距的透鏡由于衍射使焦點變大，焦點處的能量密度不能達到最大值。國內一般采用透鏡聚焦光學系統，該系統只能用于激光功率較小的場合，較高的激光功率將引起透鏡焦點漂移，使焊縫的成形和質量較差。國外較高功率場合大都采用反射鏡聚焦光學系統，由于冷卻條件好，熱穩定性好，焊縫成形均勻美觀，焊接質量可靠。

3焊接質量檢測及分析

3.1焊接質量檢測

3.1.1外觀檢測觀察焊縫表面是否有孔洞、裂紋、咬邊、未焊透等明顯缺陷。

3.1.2無損檢測無損檢測的方法有：滲透探傷法；磁粉探傷法；射線探傷法；超聲波探傷法等，應根據需要進行選擇。

3.1.3力學性能檢測根據零件的工作狀態分別進行拉伸、彎曲、硬度、沖擊等試驗，如果斷裂在焊縫，說明焊接強度低于母材。

3.1.4微觀檢測采取金相分析焊縫的成形、微觀組織、焊縫缺陷，測試焊接區的顯微硬度分布，用掃描電鏡分析焊接區成份的變化等。

3.1.5特殊性能檢測對工作于特殊工作環境下的零件，還需進行耐腐蝕、疲勞等特殊性能測試。以上5種方法中，前兩種主要用于焊接生產線上，后三種主要用于試驗研究及抽樣調查中。

3.2缺陷分析

3.2.1氣孔和孔洞與冶鑄材料相比，粉末冶金材料的激光焊接中。最明顯的缺陷是氣孔和孔洞。氣孔和孔洞不僅影響外觀質量，更嚴重地削弱了焊縫有效承載面積，產生應力集中，降低了接頭強度。常見的氣孔形狀有線形、圓形、蜂窩形、條蟲形等。燒結材料內部的孔隙吸附了大量的氣體，在快速焊接中，來不及逸出而留在焊縫中。

3.2.2裂紋主要有冷裂紋、熱裂紋，金剛石工具中還易產生層間裂紋。冷裂紋主要產生于含碳量較高和合金成份較多的材料中，這類材料焊后產生脆性馬氏體，產生高的內應力從而引起裂紋。解決這類裂紋的辦法是焊前預熱、焊后緩冷，或者采用小規范的焊接參數。

3.2.3強度過低成份、燒結條件和后熱處理都能影響接頭強度。除去材料因素外，過多的氣孔和孔洞是造成接頭強度低的重要原因，其次材料的密度太低也使焊縫疏松，強度較低。

粉末冶金的特點范文第4篇

關鍵詞：汽車；制動；穩定性；熱衰退

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

1概述

制動性能是車輛最為重要的主動安全性能，其穩定性與行車安全密切相關。摩擦材料對溫度的敏感性是制動穩定性的主要影響因素之一。在制動過程中，整車的運動動能通過摩擦材料與制動器間的摩擦轉化為其他形式的能量，其中，約90%轉化為熱能，表現為制動器溫度的升高。隨著溫度的上升，摩擦材料的表面膜、機體表層發生復雜的物理和化學變化，從而導致摩擦系數發生明顯變化。

摩擦材料的摩擦系數在較低的溫度區間隨著溫度的升高而增加；但在溫度持續升高時，摩擦材料發生熱衰退，摩擦系數隨著溫度的升高而降低；而當溫度降低到低溫區間后，摩擦系數又會逐漸恢復。摩擦材料的這一特性使制動器的制動性能不同溫度下發生明顯變化。

不同的摩擦材料對溫度的敏感特性不同。目前，汽車制動器所使用的摩擦材料主要有無石棉有機摩擦材料、粉末冶金摩擦材料、金屬陶瓷摩擦材料、新型混雜纖維摩擦材料、新型陶瓷摩擦材料等。其中，粉末冶金摩擦材料和金屬陶瓷摩擦材料應用較為廣泛。

粉末冶金摩擦材料是以金屬及其合金為基體，添加摩擦組元和組元，用粉末冶金技術燒結形成的復合材料，具有較好的高溫強度、耐熱性、熱穩定性和經濟性；金屬陶瓷摩擦材料是由金屬基體、組元和陶瓷組分組成的復合材料，也是采用粉末冶金工藝制備而成，其具有較高的熱容量、良好的熱導性、耐高溫、耐磨、摩擦系數高、壽命長等特點，在高溫下仍能保持優良的性能。

本文選取了4種不同類型的汽車制動器，并通過制動器臺架試驗，對制動器制動性能隨溫度的變化規律開展研究。

2試驗設備及方法

2.1試驗設備

制動器慣性試驗臺能夠利用制動器臺架試驗再現實車制動過程，并模擬實車制動的冷卻條件，廣泛應用于制動器總成性能測試。試驗臺由計算機、液壓系統、控制系統、主軸及主軸驅動系統、慣量系統等構成。計算機控制試驗臺的啟停并記錄試驗數據；液壓系統為受試件提供制動壓力；控制系統接收計算機控制指令并實施主軸驅動和制動控制；主軸由直流電機驅動，用于獲得制動初速度；慣量系統由不同慣量的等比飛輪構成，可以模擬不同類型車輛的行駛慣量。

2.2安裝方法

按照文獻4規定，為被測樣品的制動蹄片、制動襯片安裝測溫熱電偶，并將被測樣品安裝在制動器慣性試驗臺上。

2.3試驗方法

以65km/h的速度，3.5m/S2的減速度進行200次磨合制動（初始制動溫度不超過120℃），然后進行第一次衰退試驗：

初次制動初溫：78～80℃；

制動初速度：最高設計車速不超過140km/h時，為80km/h；最高設計車速超過140km/h時，為100km/h；

制動壓力：第1次制動減速度為4.41 m/S2，后續制動與第一次制動的壓力相同；

制動次數：10次；

制動周期：45s；

冷卻條件：關閉送風系統

完成上述試驗后，以65km/h的速度，3.5 m/S2的減速度進行20次磨合，然后按照第一次衰退試驗的試驗條件重復試驗，記為第二次衰退試驗。

3試驗結果分析

記錄試驗過程中初始制動溫度、終止制動溫度、平均制動力矩、制動壓力、制動減速度等試驗參數，并計算單位管路壓力下的平均制動力矩（下文記為單位平均制動力矩）。衰退試驗中，制動力矩下降和升高的程度，用衰退率來表示

3.1樣品1，鼓式制動器，采用粉末冶金摩擦材料

兩次衰退試驗中，隨著溫度的升高，制動減速度與單位平均制動力矩均呈下降趨勢。低于100℃時，制動器具有最佳制動性能，而10次連續制動后，溫度上升至近250℃，制動效能的衰退率也高達近40% 。

3.2樣品2，鼓式制動器，采用金屬陶瓷摩擦材料：

第一次衰退試驗中，隨著溫度的升高，制動減速度與單位平均制動力矩均呈上升趨勢，在近300℃的高溫下，制動器獲得最佳制動性能；而在第二次衰退試驗中，最佳制動效能對應的溫度區間為170℃～230℃，溫度繼續升高時，制動減速度和單位平均制動力矩雖然有所降低，但其穩定性較好。可見，采用了金屬陶瓷摩擦材料的制動器在較高的溫度下仍能獲得較高制動效能。

3.3 樣品3，盤式制動器，采用金屬陶瓷摩擦材料

兩次衰退試驗中，隨著溫度的升高，制動減速度和單位平均制動力矩有所降低，但在200℃～400℃的溫度下，制動器能夠獲得較為穩定的制動效能。

3.4 樣品4，盤式制動器，采用粉末冶金摩擦材料200℃時，制動器能夠獲得最佳制動性能，但在第二次衰退試驗中，由于持續制動，溫度急劇升高至近500℃，制動效能也有較為明顯的衰退，可見其制動效能的穩定性較差。

（上邊1、2、3、4 4個樣品的實驗數據或者曲線對比圖呢？做出來的制動效能的數據呢，這四組數據時最關鍵的啊）

4總結

綜合本文上述分析，可得以下結論：

制動器制動性能的熱穩定性與摩擦材料密切相關；采用金屬陶瓷摩擦材料的制動器較采用粉末冶金摩擦材料制動器具有更好的熱穩定性；

在200℃～400℃的高溫區間，采用陶瓷摩擦材料的制動器仍具有較高的制動效能或是穩定的制動性能，而采用粉末冶金摩擦材料的制動器則會出現明顯的熱衰退現象；我國汽車行業推薦標準QC/T 564-2008規定進行制動器制動效能測試時，參考試驗的制動初溫均為（80±2）℃，但新型制動材料往往在較高的溫度區間上具有更為穩定的性能，因此，對應用了新型摩擦材料的制動器，上述制動初始溫度的規定有待商榷。

隨著新型摩擦材料研究的出現，相關標準的部分條款已不再廣泛使用，只有不斷細化、更新標準技術內容，開展標準研討才能充分發揮其指導作用，推動制動技術向前發展。

參考文獻

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[2]馬東輝，張永振，陳躍，官寶. 制動摩擦材料高速摩擦學性能的主要影響因素[J]. 與密封，2003，（06）：44-47.

粉末冶金的特點范文第5篇

1高速壓制成形技術最新研究進展

1．1成形裝備

成形設備是實現粉末冶金高速壓制成形的硬件基礎，是發揮高速壓制成形技術優勢的前提條件，因此成形設備的研究進展也是高速壓制技術研究人員關注的重點。為使沖擊錘頭獲得高速度和高能量脈沖，目前可以采用的技術包括壓縮空氣、燃燒汽油－空氣混合氣、爆炸、電容器放電、疊并磁場、磁力驅動和機械彈簧等［2］。目前，基于液壓驅動、重力勢能驅動、機械彈簧蓄能驅動的高速壓制成形設備進展較快。Hydropulsor公司以專利技術液壓動力單位控制油路系統實現錘頭的高速下降和提升，可實現高速的沖擊壓制和在極短時間間隔內多次高速壓制，該公司已經成功開發出第四代HVC壓機，可供應2　000t、900t、350t、100t等不同規格的機型，并銷往多個國家和地區，對高速壓制成形技術的研究起到積極的推動作用。但該類HVC成形設備成本較高、售價高昂，且壓制速度通常在10m／s以下，無加熱等輔助裝置，在一定程度上限制了它的普及。重力勢能驅動的HVC成形裝置具有成本低廉，壓制速度調節范圍大等優勢引起了研究人員的高度重視，華南理工大學肖志瑜教授等人［3］自行設計制造了一種重錘式溫粉末高速壓制成形試驗裝置。該裝置采用獨特的沖擊結構，直接利用重力勢能獲得壓制能量，通過調節重錘下落高度獲得不同的沖擊速度，最大理論速度可達18．78m／s，與Ku－mar［4］等人采用的重錘式試驗裝置沖擊速度只能達到10m／s相比，具有明顯的優勢。該裝置通過加熱圈直接對模具進行加熱，替代了熱油加熱，簡化了加熱元件的安裝，加熱溫度可以精確控制，通過測溫儀可以讀出模具溫度。同時，拿掉加熱圈，就可以進行傳統的高速壓制，從而進行高速壓制和溫高速壓制的對比實驗，為研究提供了極大的方便。華南理工大學邵明教授等人［5］，自行設計和制造了一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機，并用于基礎探索研究。該設備可以將氣動、液壓或其他動力機構能量儲蓄在機械彈簧中，通過一個錘柄鎖緊釋放機構將壓縮彈簧的機械勢能瞬間釋放，驅動沖擊錘頭達到10m／s以上的高速度，使壓制瞬間的重錘沖擊速度達到HVC技術的要求，并將沖擊波通過上模沖傳遞給金屬粉末顆粒，使其在極短時間內致密成形。

1．2模具結構優化

模具的穩定性和壽命影響著高速壓制技術的工業化應用，而改善高速壓制模具壽命的手段不外乎于合理選材和優化模具結構設計。在高速壓制過程中，上模沖要承受劇烈的沖擊，因此宜選用韌性好的材料；而模具結構優化方面，一般認為沖錘與模沖直徑相等且均為等截面桿時，對模沖壽命和撞擊效率來說 都 是 最 佳 選 擇，但 這 勢 必 會 縮 小 高 速 壓 制（HVC）技術的應用范圍，因此需要對模具進行進一步的結構優化，目前利用高速壓制技術除已成功制備了圓柱體、環形、棒體和凸輪等單層零件外，還可以成功制備軸承蓋、牙齒冒等復雜多級產品。如Hinzmann［6］等人即成功設計出可用于多級零部件高速壓制成形的模具，他指出模具設計時采用單個上模沖和每級一個下模沖的結構更有利于模具壽命和沖擊能量的傳遞；Le［7］等人用高速壓制的方法將WC－Fe等材質成功壓制成多級試樣，并對界面的凝聚力和界面幾何尺寸進行了分析；法國機械工程技術中心（CETIM）采用HVC技術成功制備了多階零件和有內齒或沿高度方向有外齒的復雜形狀部件［8］；Eriksson等人［9］采用HVC和彈性模相結合的方法，使沖擊能量通過彈性模以準等靜壓方式轉移至零件的不同部位進行壓制，成功制備了形狀復雜的3D齒帽零件。

1．3成形過程數值模擬

數值模擬能大幅度降低設計成本、縮短設計周期，因此對高速壓制致密化過程的數值模擬也是近幾年的研究熱點。對于粉末壓制成形的數值模擬，目前主要是基于金屬塑性力學和廣義塑性力學兩種方法，但在低密度情況下，其假設條件與實際情況有出入，因此在實際應用中，粉末壓制模型是以完全致密化材料的基本模型為基礎，加上給定的一系列引起塑性流動的條件而建立的。Haggblad［10，11］等利用Hopkinson實驗裝置對硅膠和鈦粉進行高速壓制，根據所得數據分別建立了相應的數學模型，用有限元法模擬了硅膠模中壓制鈦粉的情況得出密度分布和最佳尺寸設計，其結果與實驗結果一致。中南大學的鄭洲順教授［12］等對高速壓制成形過程中應力波的傳播特征和粉末流動過程進行了數學建模和數值模擬，其研究結果表明，高速壓制過程中，應力波的傳播會使粉末應力突躍到峰值，每層的應力峰值隨時間以指數衰減，從上層到下層應力峰值呈指數下降；應力波作用后，鐵粉壓坯垂直方向的線密度值從上層到底層遞減，中間各層的線密度均勻；壓制過程開始后，密度最先變化的是底層的單元，它們之間的空隙迅速縮小（對應顆粒重排），頂層的單元繼續往下運動（對應顆粒塑性變形），頂層顆粒受壓繼續往下運動而底層顆粒運動基本達到平衡，粉末的密度分布開始趨于均勻，這一過程與高速壓制成形的試驗結果相符［13］。Jerier等［14］建立了一種高密度粉體接觸模型，并在YADE開源軟件系統上進行了離散元（DEM）數值模擬，其結果與多粒子有限元數值模擬及試驗結果吻合程度均較高，在一定程度上克服了離散元法（DEM）數值模擬不能正確推演高密度粉末壓制過程應力演變的缺點，為金屬粉末高密度壓制的數值模擬拓展了新理論和新方法。秦宣云［15］等通過等效熱阻法建立了粉末散體空間導熱的并聯模型，并考慮了熱輻射的貢獻，推導的有效導熱率的計算公式表達了分形維數、溫度對有效導熱率的影響。

1．4致密化機理

高速壓制技術已經成功用于生產實際，但高速壓制的致密化機理目前尚無定論，HVC致密化機理的分 析 也 一 直 是 研 究 熱 點 之 一。果 世 駒 教 授 等人［16］提出了“熱軟化剪切致密化機制”，據此給出了相應的壓制方程，該方程可合理地定性與定量解釋高速壓制下粉末壓坯的致密化行為與特性；Sethi等人［2］認為HVC過程中并無沖擊波產生，粉末體受沖擊時，應力波形是一種逐漸上升的波形，在沖擊速度不是非常高的情況下，很難在粉末內產生真正的沖擊波；北京科技大學曲選輝教授等人［17］對鐵粉、銅粉、鈦粉等多種粉末進行的壓制中證明了HVC過程中溫升現象的存在，但并未發現絕熱剪切現象；易明軍等［18］初步研究了HVC過程中應力波波形的基本特征和對壓坯質量的影響，結果表明，應力波為鋸齒波形，每一個加載波形上都有數個極值點，其持續時間受加載速率的影響，且應力波在自由端面反射后會造成拉應力，從而導致壓坯表面分層和剝落。陳進［19］對高速壓制致密化機理進行了初步探討，他認為粉末劇烈的塑性變形和顆粒間的摩擦產生較大溫升，對粉末致密化起到主導作用。此外在成形過程中，氣體絕熱壓縮對致密化也起到了重要的作用，即在高速壓制時，瞬間內氣體難以逸出而產生絕熱壓縮，使溫度升高，從而使孔隙中氣體分子的熱運動加速，使粉末散體的傳熱增強，能量沉積在顆粒界面而使其軟化，有利于進一步致密化。此外，高速壓制的壓坯密度不僅取決于沖擊能量，還與壓坯質量有很大關系，因此應該采用既能體現沖擊能量又能反映壓坯質量的質量能量密度的概念，即單位質量的壓坯在壓制過程中所受到的沖擊能量，單位為J／g。閆志巧等［20］通過鈦粉高速壓制試驗得知，對外徑60mm內徑30mm圓環形壓坯，質量能量密度為40．1J／g時相對密度達到76．2％；而對直徑20mm的圓柱形壓坯，質量能量密度為121．7J／g時相對密度達到96．0％；不同壓坯形狀的致密化機理有所不同，圓環形壓坯主要以顆粒滑動和顆粒重排為主，而圓柱形壓坯主要以塑性變形為主。目前HVC研究的壓制速度一般在10m／s左右，其機理無法套用爆炸成形的致密化機理，需要進一步進行研究與探索，尤其是重點研究粉末顆粒的微觀行為，如粉末塑性變形、粉末碎裂等，以及粉末顆粒界面的顯微組織形成與演變，粉末顆粒邊界的擴散、焊合過程，孔隙形狀的演變等現象。

1．5　HVC的成分體系適應性

近幾年，國內外研究人員已經對鐵粉、銅粉、鈦粉、合金鋼粉末、軟磁材料以及聚合物等成分體系的高速壓制致密化行為進行了初步探索，如Bos［21］等人所在的SKF公司用HVC技術大規模制備高密度、高強度的鐵基和316L不銹鋼零件，所生產的鐵基齒輪件密度可達7．7g／cm3；王建忠［22，23］等人對鐵粉和銅粉的高速壓制試驗表明：單次壓制鐵粉時，當沖擊能量增加到6　510J時生坯密度達到7．336g／cm3，相對密度約為97％；單次壓制銅粉時，當沖擊能量為6　076J時，試樣的生坯密度達到最大，為8．42g／cm3，相對密度約為95％；Eriksson［24］等人采用HVC技術制備了致密度為98．5％的鈦／羥基磷灰石復合壓坯，在500℃的低溫即可實現材料的燒結；閆志巧［25］等人的研究表明，高速壓制可制備高密度的鈦粉壓坯，當沖擊能量為1　217J時，直徑為20 mm圓柱試 樣的壓坯密度 最 大，達 到4．38g／cm3，相對密度為97．4％；中南大學的王志法［26，27］教授等人在950℃高速壓制獲得了相對密度大于80．65％的W骨 架，從 而 為 高 溫 熔 滲 制 備90W－10Cu復合材料奠定了基礎；Andersson［28］等人指出，由于高速壓制（HVC）技術能顯著提高磁粉的壓制密度，從而能大幅提高其磁性能，使軟磁材料具有更強的競爭力和更廣泛的應用范圍；Poitou［29］等人對聚四氟乙烯進行高速壓制，發現其密度、晶體質量分數、抗磨損性能等物理和力學性能相對常規壓制有所提高；Jauffres［30，31］等人采用高速壓制技術對超大分子量聚乙烯進行成形，研究發現其楊氏模量、延伸率、屈服強度、蠕變強度和耐磨性等各項性能指標均優于傳統壓制成形方法。在上述研究的基礎上，應進一步拓展合金鋼粉末、復合材料粉末、銅合金粉末、鎢合金粉末、鋁合金粉末、磁性材料及非晶合金材料等成分體系的高速壓制技術，從而為制備高密度高性能粉末冶金制品提供新途徑。

2高速壓制成形技術的發展方向

高速壓制是在傳統模壓中輸入高速度機械能產生的新型壓制技術，作為近十年才發展起來的一種新技術，其相關基礎研究還不夠系統和深入。此外，為了進行技術創新，可以考慮將高速壓制技術與溫壓、模壁、復壓復燒等工藝有機地結合起來，更深入、更全面地進行探索。尤其要深化以下幾個方面的研究：

2．1溫高速壓制

華南理工大學肖志瑜教授等人［3］提出了一種高速壓制和溫壓相結合的溫高速壓制（warm　high　ve－locity　compaction，簡稱WHVC）技術的思路，并設計制造出了實驗裝備，開展了相關基礎研究，并取得一系列研究成果。其實驗結果表明，溫高速壓制能否獲得更高的壓坯密度，取決于粉末的種類和特性。對于316L不銹鋼粉末、混合鐵粉、電解銅粉等粉末來說，溫高速壓制壓坯密度高于傳統高速壓制，這是因為：（1）在溫度場條件下，粉末中潮氣得到充分揮發，同時粉末中氣體也得到較好地排出；（2）在一定的加熱溫度下能夠降低粉末的屈服強度，延緩其加工硬化程度并提高其塑性變形能力，塑性變形能力的改善為顆粒重排過程提供協調性變形，克服粉末顆粒之間的相互牽制，從而降低顆粒重排阻力，有利于顆粒重排的充分進行。而對于鋁粉來說，溫高速壓制和傳統高速壓制致密化程度相差不大，這是因為鋁是面心立方結構的金屬，且具有12個滑移系，發生滑移的臨界分切應力很小，塑性變形能力非常高，傳統高速壓制已經能夠達到理想的壓坯密度。在實驗基礎上，還對溫高速壓制的致密化機理和應力波特點進行了分析，認為在致密化過程中溫升效應起了很大作用，致密化過程主要以劇烈塑性變形和顆粒冷焊為主。截止目前，溫粉末高速壓制成形技術的研究只有華南理工大學開展，其研究具有前瞻性和新穎性，有望在高密度成形中獲得新的突破。

2．2條件對HVC結果的影響

由于高速壓制自身的特點，HVC成形粉末時可在少量劑甚至無劑的條件下成形［32］，減少了脫脂和間隙元素引起的污染。如何在劑最少的前提下獲得最理想的致密化程度是一個重要的研究目標。對于鐵基、銅基等成形性較好的粉末通常采用模壁（即外），如鄧三才等［33］研究了模壁對Fe－2Cu－1C粉末高速壓制成形效果的影響，研究結果表明，模壁能有效降低粉末與模壁之間的摩擦，減少粉末顆粒與模壁冷焊的機會，相對提高有效壓制壓力，從而獲得較高的生坯密度和生坯強度，以及較弱的彈性后效；此外，在相同壓制速度時，有模壁時的最大沖擊力要高于無模壁時的最大沖擊力，且脫模力要小5～20kN。對于鈦粉、鉬粉等高硬化速率粉末的高速壓制，通常采用內部添加劑的方式（即內），如閆志巧等人［34］研究了劑含量對鈦粉高速壓制性能的影響，結果表明，加入適量的劑，可以提高鈦粉成形時的質量能量密度，從而獲得更高密度的壓坯。當劑加入量為0．3％（質量分數）時，鈦粉成形的最大質量能 量 密 度 為0．192kJ／g，壓 坯 密 度 為4．38g／cm3，相對密度為97．4％。此外，適量的劑能提高鈦粉壓制過程中的最大沖擊力降低脫模力，但卻會顯著降低壓坯的強度，密度較低的純鈦壓坯的強度顯著高于致密度較高的含劑壓坯。對于不同劑含量的壓坯，當密度接近時，其強度相差不大。在更廣泛的成分體系內，研究方式、劑種類、劑添加量對高速壓制成形效果的影響，開發適合高速壓制條件下的新型劑，如高分子極性劑、大分子極性劑、無機層間化合物劑等都是今后較有價值的研究方向。

2．3復壓復燒對HVC效果的影響

一般認為，與傳統壓制壓坯密度只取決于壓制壓力而不隨壓制次數的增加而顯著提高不同，高速壓制的能量是可以累加的，即可以通過多次小沖擊能量的壓制得到與一次大沖擊能量壓制相同的效果，但王建忠等［35］對鐵粉進行高速壓制時發現，在總沖擊能量相同的情況下，分兩次壓制制備的壓坯密度最大，分三次壓制的最小，一次壓制的居中。Metec粉末冶金公司采用高速復壓技術（HVR）制造出密度為7．7g／cm3的鐵基粉末冶金制品，此外還通過高速壓制316L不銹鋼金屬粉和1　385℃燒結工藝生產出高密度不銹鋼零件，此類不銹鋼制品在抗拉強度、沖擊韌性和延展性等方面性能均較為突出。陳進等［36］在多次壓制的基礎上對鐵粉進行了復壓試驗，即在兩次高速壓制之間引入預燒結工序，其研究結果表明，在沖擊能量相同的條件下，復壓比二次高速壓制得到的生坯的密度更高，且隨著復壓沖擊能量的增加生坯密度逐漸增大，在相同復壓沖擊能量下，預燒結溫度為780℃時生坯密度最高，徑向彈性后效最小。復壓能大幅度提高生坯密度，主要是因為壓坯經過預燒結階段的回復與再結晶，粉末顆粒的強度和硬度下降，彈性儲能得到一定的釋放，再進行復壓后，劑的去除促進更多的粉末顆粒發生塑性變形、微觀焊接和熔合，顆粒界面得以消失，這有利于致密度的提高。此外，復壓能量更多用于預壓坯的塑性變形，彈性能量釋放的少，一定程度上減輕了壓坯尺寸的彈性膨脹，使得壓坯與模具模壁的摩擦減小，從而導致復壓時的脫模力較單次高速壓制時顯著降低。Fe－C粉末復壓壓坯經過復燒之后，密度高，孔隙少，珠光體較多且分布均勻，裂紋可能在晶粒內部沿著珠光體相或顆粒“燒結”界面展開，誘發了沿晶斷裂，使得抗彎強度明顯增強。復壓復燒工藝是進一步發揮高速壓制優越性的重要方向之一，需要進行更廣泛、更細致、更深入的研究。