高性能粉末冶金材料发展及其解决方案

作为一种近净成形工艺，粉末冶金工艺适合制 造具有复杂外形轮廓的结构、功能材料与机械零 件，具有精度可控、环境友好与高性价比等优点，同 时也能满足不同层次的力学性能要求，在铁基领域 得到了广泛应用[1]。粉末冶金市场的快速发展，也 原料铁粉、合金化技术与高密度成形技术的进一步 改善，烧结钢力学性能得到了大幅提高。在锻钢中 常见的几种合金元素[2]，如钒、钛、硅、锰和铬，在粉 末冶金中非常少见，而铁基粉末冶金零件中使用的 是相对铬而言比较昂贵的合金元素如镍和钼[3- 4]。 因此，开发经济、高强度的粉末合金体系具有较大 的发展前景。

随着粉末冶金市场的不断扩大，新的应用不仅 需要更高的力学性能，同时也需要更进一步关注产 品在生产过程中性能的稳定性和一致性，如零件的 尺寸和质量等。无论是发展新材料或设计新产品， 都必须重视对环境的影响，资源保护、生产制备过程 的污染和能耗、使用性能和回收再利用等问题。粉 末冶金工艺是一种原材料和能源利用率高的制造技 术[5]，但也存在可以提高的空间，如利用更有益于环 境的合金元素，更高效的压制和烧结工艺等。 经过20多年的高速发展，汽车工业由单纯追求 高速度向高性价比转变，因此，可以预计，将会有越 来越多的传统钢制件被粉末冶金件取代。以同步 器结合齿套为例，采用粉末冶金齿套取代传统拉削 加工钢件，成功地应用于大众等终端汽车厂商。同 时，对汽车用粉末冶金零件的要求也越来越高，如 更高的尺寸精度和高性能经济型新合金。近年来， Höganäs 在精度控制和经济型高性能材料领域，做 了大量研究，进一步拓展了粉末冶金在更高要求的 产品中的应用，提供具有更高性能和经济效益的金 属粉末解决方案。 离不开新材料及其制备技术的发展。近年来，随着 粉末冶金工艺是一种近净成形工艺，不仅能大 规模生产复杂外形轮廓的零件，具有精度可控、环 境友好与高性价比等优点，同时也能满足不同层次 力学性能的要求。追求高强度和高尺寸稳定性一 直是粉末冶金发展的驱动力。通过使用扩散合金 粉末或预合金粉末可以得到非常好的尺寸精度，有 机粘结混粉及可控的制造工艺能进一步提高尺寸 精度。本文列举的经济型的低合金含量材料，在经 过不同热处理工艺后的性能水平，使粉末冶金可以 用在许多新的有挑战性的应用上，对于需要热处理 的应用，降低合金含量是更具精益成本效益的选 择。Cr是一种具有成本效益的合金元素，且可以提 高粉末冶金钢的淬透性和强度，使得预合金Cr材料 适用于新的高性能应用，如同步器齿毂，链轮，凸轮 轴桃片等。LCA测试结果表明，与钢件相比，粉末 冶金具有环境上的优势。 汽车和其他领域的供应商都在生产大量相似 的产品，不仅要满足性能、质量和成本的要求，还要瞄准前沿开发新应用。在这种形势下，粉末冶金有 潜力去探索和创造新的发展，增强竞争力。