1 前言
鐵粉和鋼粉的生產(chǎn)歷來在粉末冶金工業(yè)中占有重要地位,其生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品種類、質(zhì)量和產(chǎn)量直接影響粉末冶金工業(yè)的發(fā)展。在粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域中,霧化法制取金屬粉末是一種現(xiàn)代化的生產(chǎn)工藝。自1965年美國ａ.ｏ.ｓｍｉｔｈ公司以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)水霧化鐵粉以來,由于水霧化鐵粉生產(chǎn)工藝的高靈活性和工業(yè)化生產(chǎn)潛力大,世界各工業(yè)國家紛紛采用和發(fā)展了水霧化鐵粉和鋼粉的生產(chǎn)工藝,并形成規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)。瑞典、美國、德國、加拿大和日本等國均先后相應建立了技術(shù)*的水霧化制取鐵粉和鋼粉的工業(yè)生產(chǎn)體系,各自擁有眾多品牌產(chǎn)品系列。從近年來世界各地的發(fā)展情況看,水霧化鐵粉和鋼粉的產(chǎn)量已超過鋼鐵粉末總產(chǎn)量的半數(shù)以上,且價格往往低于還原鐵粉。
鞍鋼冶金粉材廠是國內(nèi)*從德國曼內(nèi)斯曼公司引進全套設(shè)備的大型水霧化鐵粉和鋼粉的生產(chǎn)廠家。建廠初期的主要產(chǎn)品是與德國牌號相同的ｗｐｌ200、ｗｐ200和ｆｅｎｉｍｏ純鐵粉和預合金粉。隨著近年來粉末冶金技術(shù)的飛速發(fā)展,為適應粉末原料逐漸向“用途專一,品種多樣”的發(fā)展方向轉(zhuǎn)化和市場競爭的需要,我廠近幾年來在新產(chǎn)品的開發(fā)和研制上做了大量工作,由原來只能生產(chǎn)單一品種的水霧化鐵粉,發(fā)展到現(xiàn)已能規(guī)模生產(chǎn)7大系列20多個品種的水霧化鐵粉和鋼粉。本文主要重點介紹低合金鋼粉、無偏析混合鋼粉、易切削鋼粉、燒結(jié)貝氏體鋼粉和閥座粉等5個系列新產(chǎn)品。
2 新產(chǎn)品的主要品種
2.1 低合金鋼粉具有高強度和*熱處理性能的ｆｅｎｉｍｏ（ｆｊｓｙ200.28）和ｆｅｍｏ低合金鋼粉,是近年來在粉末冶金高強度、高密度零部件上應用較多的兩種典型粉末。ｆｅｎｉｍｏ和ｆｅｍｏ兩種典型的低合金鋼粉的化學成分和工藝性能見表1。
合金元素ｎｉ、ｍｏ以預合金方式加入,所以合金成分均勻,在1120℃燒結(jié)便能得到均勻合金化的組織和高的淬透性。以預合金粉方式加入得到的ｆｅｎｉｍｏ、ｆｅｍｏ合金粉,比用純鐵粉與ｎｉ、ｍｏ細粉混合得到的ｆｅｎｉｍｏ、ｆｅｍｏ合金粉,其抗拉強度更高,組織更均勻,熱處理性能更好。預合金ｆｅｍｏ粉在粉末冶金鍛造方面有著廣泛的應用。
2.2 無偏析混合粉ｆｅｃ、ｆｅｃｕｃ、ｆｅｎｉｍｏｃｕｃ系無偏析混合粉,是針對國內(nèi)制品廠近年的發(fā)展需要而研制出來的開包即用型粉末。銅、石墨和硬脂酸鋅含量根據(jù)用戶的要求進行配比,采用無偏析混合技術(shù)混合,用戶開包即用,并且在使用過程中不產(chǎn)生偏析和石墨的飛揚。無偏析混合技術(shù)適用于我廠所有牌號鐵粉?，F(xiàn)以ｆｅ+1.6%ｃｕ+0.9%ｃ+0.8%ｚｎ.ｒ粉為例說明機械混合與無偏析混合的區(qū)別。
（1）石墨吸附率。無偏析混合的粉末,石墨吸附率≥98%,而機械混合的粉末,石墨基本不吸附。
（2）石墨及銅的偏析度。經(jīng)過無偏析混合的粉末,其石墨及銅的偏析得到明顯改善,見表2。
（3）壓制性能。由表3得知,無偏析混合不損害基體粉末的壓制性能。
（4）燒結(jié)性能。由表4可知,無偏析混合后的粉末,燒結(jié)性能得到改善。
2.3 易切削鋼粉易切削鋼粉用于有切削加工要求的零部件生產(chǎn)。目前研制開發(fā)生產(chǎn)的易切削鋼粉有兩種類型:一種是混合易切削劑型鋼粉（ｑｈｍｓ）;另一種是預合金易切削型鋼粉（ｑｙｍｓ）?，F(xiàn)以ｑｙｍｓ為例將其與普通霧化粉作對比實驗。
（1）化學成分及工藝性能
預合金易切削型鋼粉（ｏｙｍｓ）的化學成分及工藝性能,見表5。
（2）切削性能以兩種材質(zhì)鋼粉制備直徑為40ｍｍ,高80ｍｍ的圓棒,總壓力為58ｔ,于1120℃燒結(jié)60ｍｉｎ。燒結(jié)后的ｑｙｍｓ圓棒,主切削力和刀具磨損度均佳于普通霧化粉燒結(jié)棒,見表6。
（3）燒結(jié)性能用ｑｙｍｓ霧化鋼粉和普通霧化鐵粉制得合金試樣的燒結(jié)性能示于表7。由表7可知,ｑｙｍｓ鋼粉的燒結(jié)性能已達到普通水霧化鐵粉的水平。
（4）金相組織以兩種不同材質(zhì)鋼粉制得合金試樣的金相組織示于表8。
由實驗數(shù)據(jù)可以看出,由于易切削鋼粉制品基體中含有ｍｎｓ+（ｆｅｍｎ）ｓ,所以切削加工時的主切削力和刀具磨損均小,而力學性能與普通鐵粉制品相同。ｑｙｍｓ中硫化物的存在形態(tài)見圖1。由圖1可以看出易切削鋼粉ｑｙｍｓ中的硫化物均勻分布在晶粒中。
2.4 貝氏體鋼粉
燒結(jié)貝氏體鋼粉用于生產(chǎn)高硬度、耐磨性好的機械零件。表9為貝氏體鐵粉的化學成分和工藝性能。
燒結(jié)貝氏體鋼粉zui大的特點是在1200℃還原氣氛下燒結(jié)后的組織中含有貝氏體。
由ｙｈｄ01型鐵粉制成的零部件,燒結(jié)后硬度為ｈｂ180,熱處理后的硬度為ｈｒｃ36～42?？捎糜谏a(chǎn)高硬度和耐磨的粉末冶金制品。
由ｙｈｄ02型鐵粉制成的零部件,燒結(jié)后的拉伸強度為500～600ｍｐａ,是生產(chǎn)高強度粉末冶金結(jié)構(gòu)件的理想材料。
由ｙｈｄ03型鐵粉制成的零部件,燒結(jié)后的硬度為ｈｂ230～260,是一種燒結(jié)硬化型鐵粉,應用于不經(jīng)熱處理便有高硬度和高強度的粉末冶金制品,特別是該材料燒結(jié)后如能以60℃/ｍｉｎ的速度冷卻,則性能更為優(yōu)越。
2.5 進排氣閥座粉
由于無鉛汽油的推廣使用,原汽油機上的合金鑄鐵閥座極易磨損,致使耗油量增大,輸出馬力降低。進排氣閥座鋼粉因此用于生產(chǎn)代替汽油機合金鑄鐵閥座的粉末冶金閥座。表10列出了幾種閥座鋼粉的化學成分和工藝性能。
ｙｈｆ01型閥座鋼粉,用于制作摩托車上的排氣閥座,燒結(jié)后試樣的硬度ｈｒｂ大于或等于95。
ｙｈｆ02型閥座鋼粉,用于制作轎車上的排氣閥座,燒結(jié)后試樣的熱處理硬度ｈｒｃ大于或等于28。
ｙｈｆ03型閥座鋼粉,用于制作汽油機進氣閥座,燒結(jié)后試樣的硬度ｈｒｂ大于或等于95。
3 粉末冶金用添加材料的開發(fā)
粉末冶金制品生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)制品時往往還要在材料中添加一些特殊材料。為方便制品生產(chǎn)廠家,本廠加大了添加材料的鋼粉的開發(fā)力度,目前質(zhì)量穩(wěn)定批量生產(chǎn)的有易切削劑ｍｎｓ和粉末冶金用磷鐵合金。
3.1 易切削劑ｍｎｓ
易切削劑ｍｎｓ主要用于增強材料的切削加工性能。本廠生產(chǎn)的ｍｎｓ是100%純ｍｎｓ,不含ｍｎ和ｓ單質(zhì),圖2為ｍｎｓｘ射線衍射曲線圖。易切削劑ｍｎｓ可以制成75μｍ甚至更細的粒度,其加入量占鐵粉重量的05%～10%時效果*。
3.2 磷鐵合金粉
磷鐵合金粉也是粉末冶金鐵基結(jié)構(gòu)零件和鐵磁性材料中常用的添加材料。本廠生產(chǎn)的磷鐵合金粉典型成分見表11。
該磷鐵合金粉比市售粉純度高、夾雜物少,所以制品性能更穩(wěn)定,可制成150μｍ、75μｍ甚至粒度更細的磷鐵合金粉。
用磷鐵合金生產(chǎn)的磷鐵粉,由于夾雜物含量高,容易使制品性能產(chǎn)生波動,減少夾雜物后,才能使燒結(jié)后的制品性能更穩(wěn)定。
4 發(fā)展方向
盡管過去幾年鞍鋼冶金粉材廠新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),但要跟上粉末冶金行業(yè)的發(fā)展還需作大量的工作。為此擬定了今后的發(fā)展規(guī)劃。
（1）由于電子工業(yè)的迅速發(fā)展,磁性材料用鐵粉需要量正在逐年增加,所以開發(fā)高純度和高壓縮性鐵粉實屬必要。
（2）隨著越來越多的制品生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)溫壓技術(shù),溫壓用粉末的開發(fā)勢在必行。
（3）發(fā)動機上的高強度、高密度和具有一定韌性的搖臂滑塊,已經(jīng)列入國產(chǎn)化的進程表,所以迅速開發(fā)搖臂滑塊用粉末也是我廠下一步的工作內(nèi)容。