高密度粉末冶金零部件開發(fā)科技發(fā)展計劃項目申報書.doc

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萊蕪市科技發(fā)展計劃項目申報書 申報項目編號： 項目名稱： 高密度粉末冶金零部件開發(fā) 申 報 單 位： 萊蕪市新藝粉末冶金制品有限公司 主 管 部 門： 萊蕪市科技局 申 報 日 期： 2013 年 1 月 2 日 萊蕪市科學技術(shù)局制 二○○九年十月 單位負責人 姓 名 聯(lián)系電話（手機） 呂元之 13863438596 單位類型 01.高等院校 02.科研院所 03.集體企業(yè) 04.私營企業(yè) ［ 06 ］ 05.有限責任公司 06.股份有限公司 07.外商投資企業(yè) 08.股份合作企業(yè) 09.聯(lián)營企業(yè) 10.其它 職工總數(shù) 368人 大專以上人員 235人 研究開發(fā)人員 92人 項目起始時間 2013.1 計劃完成時間 2014.12 技術(shù)領(lǐng)域 01.電子信息 02.生物與醫(yī)藥 03.新材料 04.先進制造 ［ 03 ］ 05.資源與環(huán)境 06. 新能源與高效節(jié)能 07. 農(nóng)業(yè)高新技術(shù) 08.其它 研究方式 ［ 2 ］ 1.本單位獨立完成 2.產(chǎn)學研結(jié)合 3.引進消化再創(chuàng)新 技術(shù)合作單位 主要優(yōu)勢 ［ 2 ］ ［ 3 ］ ［ 4 ］（按優(yōu)勢大小選擇三項） 1.重大理論突破 2.技術(shù)工藝創(chuàng)新突出 3.市場前景廣闊 4.經(jīng)濟效益顯著 5.社會效益顯著 6.形成自主知識產(chǎn)權(quán) 9.其它 相關(guān)項目已 獲得專利情況 發(fā)明專利數(shù) 實用新型數(shù) 外觀設(shè)計數(shù) 3 4 項目計劃總投資 XXXX萬元 其中已完成投資 萬元 計劃新增 投資來源 單位自籌 萬元 金融貸款 萬元 財政 撥款 萬元 其中：國家、省財政撥款 萬元 申請市科技經(jīng)費 萬元 區(qū)配套資金 萬元 其 他 萬元 新增投資中 市科技經(jīng)費 支出預算 儀器設(shè)備購置及維修費 萬元 能源及材料消耗費 萬元 場地租賃費 萬元 試驗外協(xié)費 萬元 資料印刷費 萬元 調(diào)研差旅費 萬元 鑒定驗收費 萬元 工資補助費 萬元 管理費 萬元 其他費用 萬元 項目負責人情況 姓 名 學 歷 聯(lián)系電話 E-mail 其他研究人員情況： 姓 名 性別 年齡 職稱/職務 工作單位 項目中分工 呂元之 男 53 高工 萊蕪市新藝粉末冶金制品公司 技術(shù)工藝試驗、指導 張應波 男 34 工程師 萊蕪市新藝粉末冶金制品公司 方案設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計 吳榮昌 男 46 高 工 萊蕪市新藝粉末冶金制品公司 試產(chǎn)方案實施 李 偉 男 29 工程師 萊蕪市新藝粉末冶金制品公司 產(chǎn)品工藝試驗 立題的科學意義及國內(nèi)外研究綜述 鐵基粉末冶金制品具有突出的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢，在汽車、機械、化工、電子等領(lǐng)域得到廣泛應用，其中汽車工業(yè)是粉末冶金零件的主要用戶，粉末冶金制品已成為汽車工業(yè)的第四大材料。2010年，全球粉末冶金零件總產(chǎn)量超過230萬噸，我國的年產(chǎn)量達到了23萬噸，其中鐵基粉末冶金材料的行業(yè)占比達70%。從汽車行業(yè)的需求看，2011年中國汽車產(chǎn)量突破1842萬輛，占世界汽車產(chǎn)量的23%，中國已經(jīng)成為世界第一大汽車生產(chǎn)國及消費國，這將是拉動粉末冶金工業(yè)發(fā)展的強勁動力。在國外，鐵基粉末冶金制品70%以上的市場在汽車工業(yè)，而我國只有36%左右。就汽車鐵基粉末冶金零件的用量而言，我國平均每輛汽車至少還有7~10公斤的增長潛力，這可以增加大約20萬噸/年的粉末冶金零部件的需求量。此外，世界的汽車、家電、機械和五金等制造產(chǎn)業(yè)向中國的大量轉(zhuǎn)移和我國在這些制造業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展都為粉末冶金工業(yè)提供了非常廣闊的市場空間。高品質(zhì)鐵基粉末的制備和高性能鐵基制品的開發(fā)是鐵基粉末冶金工業(yè)發(fā)展的兩個重要方面。 鐵基粉末是粉末冶金工業(yè)的基礎(chǔ)原材料，它的品質(zhì)和產(chǎn)量是決定粉末冶金制品性能和粉末冶金工業(yè)發(fā)展水平的重要標志之一。我國鋼鐵粉末產(chǎn)量與美國基本持平，是世界最重要的鋼鐵粉末生產(chǎn)基地之一。近年來我國鐵基粉末冶金材料產(chǎn)量年增長率超過20%，但是我國絕大部分鋼鐵粉末為單一的純鐵粉產(chǎn)品。制備鐵基制品時，需要在純鐵粉末中添加各種合金元素，由于普通機械混合法難以使添加元素均勻粘結(jié)在鐵粉顆粒表面，存在成分偏析、碳損失和壓縮性較低等問題，嚴重影響了制品的組織和成分均勻性、尺寸精度和產(chǎn)品一致性，制約了我國鋼鐵粉末在在中高端鐵基制品上的應用。為了提高我國鐵基粉末冶金行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，必須研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型低成本、高品質(zhì)粘結(jié)化鐵基粉末的制備新技術(shù)。在鐵基粉末中添加特定的功能性組元（如增塑劑）以提高粉末塑性變形能力和壓坯密度是粉末冶金領(lǐng)域的一個重要研究方向，需要從潤滑劑和增塑劑的配方設(shè)計、合金元素添加方式、合金成分設(shè)計、混粉裝備和混粉工藝等關(guān)鍵技術(shù)難點上進行突破。 隨著鐵基粉末冶金零件向汽車或其它機械用關(guān)鍵零部件制造領(lǐng)域的深入，高密度和高性能鐵基粉末冶金零件的市場需求量越來越大、性能要求也越來越高。然而，我國鐵基粉末冶金制品仍以中低檔產(chǎn)品為主，密度僅為6.4~7.1g/cm3，零件中10%以上的孔隙大幅度降低了材料的綜合力學性能，而且存在零件形狀復雜性和精度低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性難以控制、以及產(chǎn)品一致性波動大等問題。密度在7.4g/cm3以上的汽車工業(yè)用高品質(zhì)粉末冶金合金鋼結(jié)構(gòu)零件，如高強度齒輪、連桿、200扭矩以上同步器齒轂和齒套、行星輪支架、鏈輪等仍然依賴進口或傳統(tǒng)機械加工，特別是汽車發(fā)動機連桿及行星輪支架的生產(chǎn)，國外一直進行技術(shù)封鎖。目前，高密度鐵基粉末冶金零件的制備主要有粉末熱鍛、溫壓和高速壓制等幾種技術(shù)。溫壓成形的密度只能達到7.35g/cm3左右，產(chǎn)品性能已經(jīng)不能滿足日益嚴格的技術(shù)要求。粉末熱鍛制能夠制備出密度高達7.6g/cm3以上的高性能連桿、同步器齒轂和傘齒輪等零件，并在汽車上得到應用，但是粉末熱鍛存在工藝設(shè)備價格太高、能耗大、生產(chǎn)成本高和成品率低等問題。高密度鐵基粉末冶金零件的制備技術(shù)嚴重制約了我國汽車工業(yè)和其它高端裝備制造業(yè)的發(fā)展，迫切需要開發(fā)高性能鐵基制品的先進制備技術(shù)，特別是高密度、高均勻性和大尺寸的鐵基粉末冶金制品。重點解決大尺寸、多臺階粉末冶金零件制備過程中密度和成分均勻性的控制、提高性能穩(wěn)定性和工藝可控性等技術(shù)難題。 本課題針對我國粘結(jié)化鐵基粉末和高密度鐵基粉末冶金零件制備技術(shù)較薄弱的問題，重點開展高品質(zhì)粘結(jié)化鐵基粉末、以及高密度、高均勻性和大尺寸鐵基粉末冶金制品產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)的研究。這對推動我國鐵基粉末冶金行業(yè)的整體技術(shù)和裝備水平的提升、加快我國粉末冶金產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整、以及打破國外在高端鐵基粉末和制品領(lǐng)域的技術(shù)和市場壟斷都具有重要的意義。 %%%%% （a）國外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 粘結(jié)化鐵基粉末的研究是國際上制備高性能、高精度鐵基零部件的重要發(fā)展方向之一。美國赫格拉斯公司、瑞典赫格拉斯公司、加拿大魁北克粉末公司、日本神戶制鋼和川崎制鐵公司代表了粘結(jié)化鐵基粉末制備的前沿技術(shù)。美國赫格拉斯公司采用的是ANCORBOND混粉技術(shù)；瑞典赫格拉斯公司開發(fā)了STARMIX粘結(jié)化處理混合粉末。加拿大魁北克粉末公司研發(fā)出FLOMET Powder粘結(jié)化處理粉末。日本神戶制鋼的粘結(jié)化粉末命名為Segregation-less powder 高密度鐵基粉末冶金零件的制備主要采用粉末熱鍛、溫壓成形等技術(shù)，并且已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，特別是通過粉末熱鍛制備出了密度達7.6g/cm3以上的高性能連桿、同步器齒轂和傘齒輪等零件，并在汽車上得到應用。目前，粉末鍛造的核心技術(shù)仍然掌握在德國GKN公司、日本豐田汽車公司和美國福特汽車公司等少數(shù)企業(yè)的手中。粉末鍛造存在設(shè)備價格過高、能耗大、生產(chǎn)成本高和成品率較低等問題。溫壓成形的密度只能達到7.30g/cm3左右，產(chǎn)品性能已經(jīng)不能滿足日益嚴格的技術(shù)要求。開發(fā)低成本，高性能的鐵基粉末零件是粉末冶金工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。日本NTN公司于2012年報道了鐵基燒結(jié)合金的新型制備技術(shù)，通過改進原料粉末、成形和燒結(jié)條件，以及采用先進的熱處理技術(shù)，在580~980MPa的成形壓力下制備出理論密度在95%以上的鐵基燒結(jié)合金，使致密度、硬度和疲勞性能得到大幅度提高，但是該發(fā)明的核心技術(shù)并未披露?；趪忤F基粉末及粉末冶金制品 的現(xiàn)狀與趨勢，高品質(zhì)鐵基粉末的制備和高性能鐵基粉末冶金制品制備新技術(shù)的研發(fā)是我國鐵基粉末冶金工業(yè)發(fā)展不可或缺的。 （b）國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀與現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ) 目前我國水霧化鐵粉年產(chǎn)量已超過11萬噸，但是存在壓縮性不高和壓縮性穩(wěn)定性較差等問題。占我國市場30%的高壓縮性霧化鐵粉仍需要從瑞典、美國、日本等國外廠家進口。在粘結(jié)化鐵基合金粉末方面，我國的種類遠少于國外，高檔次鐵基粉末冶金制品用粘結(jié)化粉末幾乎全部依賴進口。 就粉末冶金制品而言，雖然我國2010年的年產(chǎn)量達到了23萬噸，但是主要采用傳統(tǒng)壓制和燒結(jié)工藝制備，生產(chǎn)出的絕大多數(shù)中低檔產(chǎn)品只能用作承載負荷較低的結(jié)構(gòu)件。我國粉末冶金行業(yè)的整體技術(shù)水平還有待大幅度提高。為了滿足我國汽車工業(yè)及其它先進制造業(yè)對高性能、大尺寸、精密及復雜形狀結(jié)構(gòu)零件的迫切需求，本世紀初國內(nèi)開始開展高致密度和高性能粉末冶金零部件制備技術(shù)的研究。2000年10月中南大學、北京科技大學和華南理工大學聯(lián)合承擔了國家“863”計劃，較系統(tǒng)地開展了溫壓技術(shù)的研究，并利用轉(zhuǎn)爐煙塵中鐵粒為原料設(shè)計溫壓用粉，獲得密度大于7.30g/cm3的粉末冶金零部件。從2005年開始，北京科技大學在國家973計劃的支持下開展了粉末冶金高端產(chǎn)品的基礎(chǔ)和應用研究，采用高速壓制技術(shù)成功制備出密度大于7.4g/cm3的鐵基零件，這是高性能鐵基制品研發(fā)的一個良好開端。然而，該技術(shù)在制備大尺寸鐵基制品方面還存在很多難點，主要包括：均勻合金成分和顯微組織的獲得，大尺寸、多臺階、復雜形狀零件的密度均勻性的控制，以及燒結(jié)尺寸精度的嚴格控制。 主要研究內(nèi)容 （1）高密度鐵基粉末冶金材料成分的優(yōu)化設(shè)計。通過壓制性能對比、燒結(jié)致密化行為研究、顯微組織表征和力學性能分析進行高密度鐵基粉末冶金材料的成分設(shè)計并進行優(yōu)化，滿足汽車及先進制造領(lǐng)域用高性能鐵基粉末冶金制品對密度、硬度、強度、疲勞性能和磁性能的要求。 （2）鐵基粉末改性處理技術(shù)研究。首先將水霧化鐵粉及預合金粉末按顆粒形狀和粒度要求進行搭配，然后添加塑化劑并進行增塑處理，接著添加粘結(jié)劑后制備成高流動性、合金成分均勻和高壓縮性的粘結(jié)化鐵基粉末。重點研究粉末顆粒的形狀、粒度和粒度搭配對粉末特性（松裝密度、振實密度和流動性）的影響、粘結(jié)劑和塑化劑體系的種類和含量對原料粉末特性的影響、粘結(jié)化工藝參數(shù)對粉末特性的影響。比較分析增塑處理工藝參數(shù)對粉末塑性變形能力的影響。 （3）鐵基制品高密度成形技術(shù)研究。集成粉末改性處理、高速壓制、模壁潤滑和先進模架模具結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)來獲得高密度壓坯，進而優(yōu)化燒結(jié)和熱處理工藝參數(shù)得到高密度鐵基制品。重點研究顆粒形狀和粒度配比、塑化劑的添加、模壁潤滑、模具結(jié)構(gòu)和壓制方式對壓坯密度及其分布、密度均勻性和尺寸精度的影響。 （4）鐵基大制品燒結(jié)和熱處理技術(shù)研究。研究鐵基大制品在連續(xù)燒結(jié)過程中的燒結(jié)精確控溫技術(shù)，得出燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間、燒結(jié)氣氛對零件致密度、成分和組織均勻性、尺寸一致性和綜合力學性能的影響規(guī)律，并闡明高密度鐵基粉末冶金材料的致密化機理。研究高密度鐵基材料的先進熱處理技術(shù)。最后對燒結(jié)和熱處理態(tài)鐵基材料的顯微組織和力學性能進行表征。對高性能粉末冶金零件進行應用試驗考核。 （5）粘結(jié)化鐵基粉末及鐵基大制品產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵裝備設(shè)計。針對鐵基粉末粘結(jié)化技術(shù)和高密度成形技術(shù)的特點，研制與之相適應的粉末制備、成形、燒結(jié)和熱處理裝備，包括開發(fā)連續(xù)式混合裝置、先進模具和模架結(jié)構(gòu)設(shè)計、先進送粉和模壁潤滑機構(gòu)、以及特殊熱處理裝置等關(guān)鍵設(shè)備，以滿足工業(yè)化生產(chǎn)對產(chǎn)品密度誤差、尺寸精度、穩(wěn)定性和一致性的要求。 主要創(chuàng)新點、先進性 （1）高密度鐵基合金成分設(shè)計。針對高密度鐵基材料壓制和燒結(jié)致密化的特點，采用合金成分、工藝、組織和性能一體化設(shè)計，研制出適合高密度成形技術(shù)的高性能鐵基合金。 （2）高品質(zhì)粘結(jié)化鐵基粉末的制備技術(shù)。以國產(chǎn)水霧化鐵粉為主要原料，通過綜合利用優(yōu)化粉末粒度組成、添加母合金粉和增塑劑并進行塑化處理，再添加石墨和潤滑劑等制備出具有良好流動性和壓制成形性的粘結(jié)化鐵基粉末。 （3）高密度成形技術(shù)。在粉末改性處理提高原料粉末流動性和塑性變形能力的基礎(chǔ)上，將粘結(jié)化鐵基粉末和高速壓制相結(jié)合，并在高速壓制過程中結(jié)合模壁潤滑技術(shù)來獲得高致密度，具有合金成分均勻，綜合力學性能優(yōu)異的特點。 （4）粘結(jié)化粉末混合裝置的設(shè)計。連續(xù)式混合裝置用于粘結(jié)化鐵基粉末的制備，它通過軟化處理復合粉末、石墨、潤滑劑和增塑劑等各種原料的定量供給和高效混合，實現(xiàn)高壓制密度專用粉末的連續(xù)、穩(wěn)定的批量化生產(chǎn)。這提高了成形粉末的批量穩(wěn)定性，為高密度鐵基零件的量產(chǎn)提供了保證。 （5）壓制成形裝置的設(shè)計。針對高密度、高均勻性和大尺寸鐵基粉末冶金零件的結(jié)構(gòu)和形狀特點，對送料裝置、模具、模架、模壁潤滑系統(tǒng)和出料系統(tǒng)進行綜合設(shè)計，實現(xiàn)一體化精確控制，有效控制產(chǎn)品的成分和密度均勻性，從而有效提高綜合力學性能、產(chǎn)品一致性和生產(chǎn)效率，為批量化穩(wěn)定生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。 （5）高品質(zhì)粘結(jié)化鐵基粉末及制品生產(chǎn)線技術(shù)規(guī)范和標準。在粘結(jié)化鐵基粉末改性和高密度成形技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，配合連續(xù)式混合裝置和壓制成形裝置的設(shè)計，形成高品質(zhì)粘結(jié)化鐵基粉末和高性能鐵基制品工業(yè)化的技術(shù)規(guī)范和標準。 ①綜合利用粉體塑化處理和高速壓制成形原理，建立高密度、高均勻性和大尺寸鐵基粉末冶金制品制備新技術(shù)，獲得密度達到7.5g/cm3以上，密度差小于0.05g/cm3的高密度高均勻性的產(chǎn)品。 我們通過對水霧化鐵粉顆粒形狀及粒度的研究，發(fā)現(xiàn)采用水霧化鐵粉及預合金粉末按顆粒形狀和粒度要求按一定比例混合，其顆粒具有互補性，小顆粒容易填充到大顆粒之間的孔隙中去，通過對提高粉末壓縮性能塑化劑種類和添加量的研究確定，并一定溫度下進行塑化處理，軟化鐵粉顆粒的顯微硬度，降低顆粒塑性變形阻力，有效地降低粉末顆粒間的摩擦力，使鐵粉顆粒整體塑性得到明顯改善；研究新型的粘結(jié)劑和潤滑劑，進一步提高粉末混合的均勻性，通過自行設(shè)計制作的5噸專用連續(xù)式混合裝置，制成高密度專用粉末，粉末的松比為3.2～3.4g/cm3，流動性≤36s/50g，壓縮性≥7.5g/cm3。 ②研究大尺寸制品的成形特點及典型缺陷的形成機理，結(jié)合粉末高速壓制成形技術(shù)，設(shè)計高密度成形專用裝備，集成模壁潤滑和先進模架模具結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)來獲得大尺寸高密度壓坯，進而優(yōu)化燒結(jié)和熱處理工藝參數(shù)得到高密度鐵基制品。 粉末高速壓制成形技術(shù)以10m/s的速度，對塑化和粘結(jié)化處理的粉末進行壓制成形，通過沖擊能量向壓制能量的轉(zhuǎn)換和應力波傳播的能量累加，獲得比傳統(tǒng)壓制高得多的密度，而通過短時多次的連續(xù)壓制，其壓制能量交互作用并累加，得到比單次壓制更高的壓制密度，而且密度在軸向和徑向上的分布更加均勻。壓制過程中的應變遲豫導致零件的橫向膨脹減小，脫模力大大降低，在傳統(tǒng)壓制中由于脫模造成的橫向裂紋的發(fā)生幾率大大降低。綜合多種因素，高速壓制技術(shù)在高密度、高均勻性、工藝可靠性等方面均顯示處明顯優(yōu)勢。 （1）優(yōu)化設(shè)計高密度鐵基粉末冶金材料成分。通過壓制性能對比、燒結(jié)致密化行為研究、顯微組織和力學性能分析進行高密度粉末成分設(shè)計，滿足汽車及先進制造領(lǐng)域用高性能鐵基粉末冶金材料對密度、硬度、強度、疲勞性能以及磁性能的要求。 （2）通過研究鐵基粉末改性處理技術(shù)顯著提高粉末壓縮性能。將水霧化鐵粉及預合金粉末按顆粒形狀和粒度要求進行搭配，并添加塑化劑和粘結(jié)劑制備高壓縮性的鐵基粉末，粉末壓縮性達到7.5g/cm3以上，較國內(nèi)水霧化鐵粉提高0.45g/cm3以上。 （3）突破大尺寸高密度鐵基制品的工藝技術(shù)。研究采用高密度成性粉末和高速成形技術(shù)制備高密度大尺寸鐵基制品工藝，總結(jié)連續(xù)燒結(jié)過程中的燒結(jié)精確控溫技術(shù)，得出燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間、燒結(jié)氣氛對零件致密度、成份和組織均勻性、尺寸一致性和綜合力學性能的影響規(guī)律。突破大尺寸（直徑≥150mm）高密度鐵基制品制備關(guān)鍵技術(shù)。 （4）開發(fā)高密度、高磁導率軟磁材料產(chǎn)品。研究軟磁材料的壓制行為、燒結(jié)致密化規(guī)律、顯微組織、以及磁性能，分析磁導率、磁飽和強度與產(chǎn)品密度的關(guān)系，開發(fā)系列鐵基軟磁材料，使產(chǎn)品的密度達到7.5g/cm3以上，磁導率達到6000以上，磁飽和強度達到1.6T。 （5）高密度成形專用裝備設(shè)計。由于高密度粉末冶金結(jié)構(gòu)件在國內(nèi)是空白，技術(shù)工藝屬國內(nèi)首創(chuàng)，所以在生產(chǎn)的模具和工裝方面都需要重新設(shè)計。根據(jù)同步器齒套、鏈輪、方向助力器定子、油泵齒輪、凸輪軸凸輪系列產(chǎn)品精度要求和外形特點，設(shè)計制造三上四下專用模架，精確控制PC模塊及高精度模具。結(jié)合模壁潤滑作用，壓制出密度大于7.5g/cm3的高密度粉末冶金零件。 技術(shù)路線和生產(chǎn)方案 粘結(jié)化鐵基粉末的制備 潤滑劑和塑化劑配方設(shè)計 粘結(jié)化和增塑工藝研究 合金化方法 高性能鐵基制品的制備 高密度成形 技術(shù)研究 高密度鐵基合金成份設(shè)計 高精度模具和模架結(jié)構(gòu)設(shè)計 鐵基合金成分設(shè)計 潤滑劑配方設(shè)計 塑化劑配方設(shè)計 粘結(jié)化工藝研究 增塑處理工藝研究 粉末特性研究 粉末制備裝備改進 工業(yè)化生產(chǎn)線設(shè)計 粒度搭配對壓坯密度的影響 合金添加方式對密度的影響 粉末改性對組織性能的影響 塑化劑對壓坯密度的影響 模壁潤滑對壓坯密度的影響 壓制方式對壓坯密度的影響 高精度模具和模架結(jié)構(gòu)設(shè)計 壓制工藝參數(shù)優(yōu)化 顯微組織和力學性能分析 工業(yè)化生產(chǎn)線設(shè)計 批量混粉工藝 連續(xù)燒結(jié)硬化及尺寸精度控制 總體目標及主要技術(shù)、經(jīng)濟指標 1.總體目標 針對汽車、機械等領(lǐng)域的迫切需求，通過綜合利用粉體塑化處理和高速壓制成形，建立高密度、高均勻性和大尺寸鐵基粉末冶金制品制備新技術(shù)。研究鐵基粉末改性處理技術(shù)，突破潤滑劑和增塑劑的配方設(shè)計、批量混粉工藝、增塑處理和合金化方法等關(guān)鍵技術(shù)難點，形成高品質(zhì)粘結(jié)化鐵基粉末的低成本制備技術(shù)，解決其產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵裝備和技術(shù)問題。集成粉體潤滑、增塑改性處理、模壁潤滑和高速壓制等技術(shù)制備高性能鐵基制品，重點突破高均勻性鐵基大制品制備過程中的高精密模具和模架結(jié)構(gòu)設(shè)計、壓坯密度均勻性控制、連續(xù)燒結(jié)以及尺寸精度控制等關(guān)鍵技術(shù)難點。建立原料粉末、工藝參數(shù)、微觀組織和產(chǎn)品性能的關(guān)系，為發(fā)展高性能鐵基粉末冶金工藝和制品提供技術(shù)基礎(chǔ)和保障。同時，建立鐵基軟磁材料的高密度和高性能制備工藝，解決軟磁材料的致密化、晶粒尺寸控制和熱處理工藝調(diào)控等重點問題。推動我國粉末冶金產(chǎn)品品種結(jié)構(gòu)的調(diào)整和高品質(zhì)粉末冶金制品產(chǎn)業(yè)化的科技進步，提升我國特殊鋼行業(yè)的整體技術(shù)和裝備水平。 2.主要技術(shù) 鐵基粉末中需要添加銅粉、鎳粉、鉻粉、錳粉、石墨粉、潤滑劑及其它添加劑作為合金強化元素或功能性元素，如何將它們均勻混合并持續(xù)保持均勻狀態(tài)是制備鐵基粉末的關(guān)鍵。高品質(zhì)粘結(jié)化鐵基粉末對制備高密度、高均勻性和大尺寸鐵基粉末冶金制品尤為重要，它是制約燒結(jié)件的尺寸精度、化學成分均勻性、綜合力學性能以及性能穩(wěn)定性的主要瓶頸。國外少數(shù)粉末冶金企業(yè)掌握了粘結(jié)化鐵基粉末的制備關(guān)鍵，并對粘結(jié)化處理粉末中的潤滑劑組成、制備工藝等核心技術(shù)嚴格保密。北京科技大學與山東萊蕪市新藝粉末冶金制品有限公司合作進行了新型粘結(jié)化鐵基粉末制備技術(shù)的探索性研究。本課題擬在新型潤滑劑和增塑劑的設(shè)計、粒徑組成優(yōu)化和先進粉末混合裝置設(shè)計的基礎(chǔ)上開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高品質(zhì)粘結(jié)化鐵基粉末，并形成自己的品牌。 在高密度鐵基制品的研制方面，國內(nèi)外每年均有大量關(guān)于高密度鐵基合金的文獻公開發(fā)表，但是主要是有關(guān)溫壓成形、粉末鍛造等方法，未能檢索到與鐵基粉末增塑處理和相應的高密度成形技術(shù)的專利報道。我們初步探明了高速壓制成形粘結(jié)化鐵基粉末工藝的可行性，申請了一項發(fā)明專利。本項目擬在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)開展合金成分設(shè)計、組織和性能控制、產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵裝備和技術(shù)問題攻克等方面進行系統(tǒng)研究，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高密度鐵基粉末冶金制品制備新技術(shù)。高密度成形的核心技術(shù)包括鐵基粉末改性處理技術(shù)、模壁潤滑技術(shù)、模具和模架結(jié)構(gòu)設(shè)計、混粉和壓制成形裝備的設(shè)計等幾個方面，擬在項目完成后在上述方面實現(xiàn)突破，并形成相應的技術(shù)規(guī)范和標準 3.經(jīng)濟指標 本項目充分發(fā)揮了粉末冶金材料強度高、耐磨性好、噪音低的特征及粉末冶金工藝節(jié)材、節(jié)工時、易于批量生產(chǎn)的優(yōu)點，通過本項目的實施，我公司建成高密度粉末冶金制品生產(chǎn)線一條，生產(chǎn)規(guī)模達到5000噸，市場定價為60000元/噸，較進口價格低40%；達產(chǎn)后年實現(xiàn)銷售收入3億元，年可實現(xiàn)利稅1.1億元，可安排就業(yè)300多人，通過本項目的實施，還將有力的帶動萊蕪地區(qū)24家粉末冶金企業(yè)的發(fā)展，在該地區(qū)形成20萬噸粉末冶金鐵粉、5萬噸粉末冶金制品的生產(chǎn)規(guī)模，總的就業(yè)人數(shù)達到3000人以上，促進地方經(jīng)濟繁榮。 項目現(xiàn)有基礎(chǔ)條件 萊蕪市新藝粉末冶金制品有限公司成立于2000年8月份，注冊資金1010萬元，是粉末冶金制品的專業(yè)生產(chǎn)廠家。公司產(chǎn)品主要用于汽車、摩托車、機床附件、電動工具、風動工具、健身器材、家用電器、微電機等行業(yè)，共八大系列六百多種產(chǎn)品，產(chǎn)能達到1萬噸。公司現(xiàn)有職工368人，其中大專以上學歷人員220人，各類技術(shù)人員72人，享受國務院特殊津貼專家3人，省級有突出貢獻的中青年專家2人，市級有突出貢獻的中青年專家2人，高級職稱14人，中級職稱15人。公司2011年末資產(chǎn)總額17365萬元。 公司堅持依靠科技興企的發(fā)展戰(zhàn)略，貫徹以人為本的管理理念，把技術(shù)創(chuàng)新作為增強企業(yè)核心競爭力的著力點，堅持走產(chǎn)學研聯(lián)合的路子，與北京科技大學、中南大學、北京鋼鐵研究總院建立了長期的產(chǎn)學研合作關(guān)系，并不斷加大研發(fā)投入。建立了省級企業(yè)技術(shù)中心和山東省粉末冶金汽車零部件工程技術(shù)研究中心，引進和培養(yǎng)了一批研究開發(fā)人才。購置了先進的試驗檢測設(shè)備，完善了研發(fā)條件，有力增強了企業(yè)的核心競爭力和發(fā)展后勁。 先后承擔國家科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金項目2項、國家重點新產(chǎn)品項目7項、國家火炬計劃項目3項、省成果轉(zhuǎn)化重大項目2項、科技發(fā)展計劃項目7項、市科技發(fā)展計劃項目8項。先后申報國家專利26項，其中授權(quán)發(fā)明專利4項，授權(quán)實用新型專利12項。公司先后通過了ISO9001和ISO16949質(zhì)量管理體系認證。已有二十多種產(chǎn)品通過山東省科技廳組織的成果鑒定，獲得山東省科技進步獎6項、萊蕪市科技進步一等獎2項。公司先后被認定為國家高新技術(shù)企業(yè)、中國專利山東明星企業(yè)、山東省科技型中小企業(yè)、山東省優(yōu)秀民營科技企業(yè)、國家新材料產(chǎn)業(yè)化基地骨干企業(yè)、山東省成長型中小企業(yè)等。 粉末冶金是一項綠色節(jié)能、近終成形技術(shù)，不僅是難熔金屬和陶瓷材料的唯一加工手段，而且在鐵基粉末冶金制品代替鋼鐵零部件的應用上具有突出的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢，近年來在汽車、機械、化工、電子等領(lǐng)域得到廣泛應用，并已成為汽車工業(yè)的第四大材料。 2010年，全球粉末冶金零件總產(chǎn)量超過230萬噸，我國的年產(chǎn)量達到了15萬噸。從汽車行業(yè)的需求看，2011年中國汽車產(chǎn)量突破1842萬輛，占世界汽車產(chǎn)量的23%，中國已經(jīng)成為世界第一大汽車生產(chǎn)和消費大國，這將拉動粉末冶金產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。在國外，鐵基粉末冶金制品70%以上的市場在汽車工業(yè)，國外平均每輛汽車的粉末冶金制品使用量是19.5kg，而我國鐵基粉末冶金制品在汽車工業(yè)的應用只有40%左右，用量僅為5-8kg，其余的依賴進口或靠機加工解決，我國平均每輛汽車至少還有10公斤以上的增長潛力，這可以增加大約20萬噸/年的粉末冶金零部件的需求量。此外，我國在機械、家電、五金等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展也為粉末冶金產(chǎn)業(yè)提供了廣闊的市場空間。 在需求量快速增長的同時，對鐵基粉末冶金零部件的性能要求也越來越高，特別是高密度、高均勻性和大尺寸的鐵基粉末冶金制品。然而，我國鐵基粉末冶金制品仍以中低檔產(chǎn)品為主，密度僅為6.4~7.1g/cm3，而且存在零件形狀復雜性和精度低、難以控制和產(chǎn)品一致性波動大的問題。為了滿足汽車、機械等領(lǐng)域?qū)﹁F基粉末冶金零件日益嚴格的性能要求，發(fā)展高密度、高強度和高精度粉末冶金零件的制備技術(shù)是粉末冶金工業(yè)發(fā)展的一個重要趨勢。 隨著鐵基粉末冶金零件向汽車關(guān)鍵零部件制造領(lǐng)域的深入，對高致密度和高性能鐵基粉末冶金零件的市場需求量越來越大、性能要求也越來越高。然而，密度在7.2g/cm3以上的汽車工業(yè)用高品質(zhì)粉末冶金合金鋼結(jié)構(gòu)零件，如高強度齒輪、連桿、200扭矩以上同步器齒轂和齒套、行星輪支架、鏈輪等仍然依賴進口或傳統(tǒng)機械加工，特別是汽車發(fā)動機連桿、高強度齒輪及行星輪支架的生產(chǎn)，國外一直進行技術(shù)封鎖。目前，國外高密度鐵基粉末冶金零件的制備主要有粉末熱鍛、溫壓和高速壓制等幾種技術(shù)。溫壓成形的密度只能達到7.3g/cm3左右，強度提高較少，應用范圍窄，且相對成本較高。粉末熱鍛能夠制備出密度達7.8g/cm3以上的高性能連桿和傘齒輪等零件，但存在工藝設(shè)備價格高、能耗大、生產(chǎn)成本高和成品率低等問題。高密度鐵基粉末冶金零件的制備技術(shù)嚴重制約了我國汽車工業(yè)和其它裝備制造業(yè)的發(fā)展，迫切需要解決高密度、大尺寸、多臺階、低成本的先進粉末冶金零件制備技術(shù)。這對推動我國鐵基粉末冶金行業(yè)的整體技術(shù)和裝備水平的提升、加快我國粉末冶金產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整、以及打破國外在高端鐵基粉末和制品領(lǐng)域的技術(shù)和市場壟斷都具有重要的意義。 鐵基軟磁材料在電磁器件中有重要的用途。熔鑄電磁軟鐵由于磁感應強度高而應用于各種電磁閥，但是純鐵切削性能差使制造復雜形狀零件的加工成本增高。粉末冶金軟磁材料具有近終成形的特點，適于制備復雜形狀磁性零件，具有廣闊的應用前景。但是，常規(guī)壓制燒結(jié)工藝在制備純鐵和鐵磷軟磁材料時，最高密度只能達到7.2g/cm3左右，低密度使粉末冶金軟磁材料的性能遠低于鑄造材料，不能滿足高性能磁路元器件的性能要求。為了提高致密度，可以采用α相燒結(jié)、液相燒結(jié)、復壓復燒和燒結(jié)鍛造等方法，但都存在尺寸精度低和成本增高的問題。開發(fā)純鐵、鐵磷等軟磁材料的高密度成形和熱處理技術(shù)是制備高性能粉末冶金軟磁材料的關(guān)鍵。磁性能的提高可進一步減小設(shè)計零件的尺寸，節(jié)約能源和資源，并為設(shè)計者提供更大的設(shè)計自由度，有助于拓展粉末冶金軟磁材料的應用領(lǐng)域。 計劃進度及 階段目標 開始時間 截止時間 完成的主要指標（要可考核） 2013.1 2013.9 考察論證、研制方案設(shè)計、工裝模具設(shè)計制造 2013.9 2014.6 設(shè)備安裝調(diào)試、試制 2014.6 2014.12 方案實施 裝機試驗、鑒定驗收、批量試產(chǎn) 項目完成時 預期結(jié)果 知識產(chǎn)權(quán) 情 況 專 利 其中發(fā)明專利 技術(shù)標準 著作權(quán) 動植物新品種 3 4 技術(shù)水平 ［ 2 ］ 1.國際領(lǐng)先 2.國際先進 3.國內(nèi)領(lǐng)先 4.國內(nèi)先進 5.省內(nèi)領(lǐng)先 6.省內(nèi)先進 市場前景 ［ 2 ］ 1.出口創(chuàng)匯 2.替代進口 3.填補國內(nèi)空白 4.填補省內(nèi)空白 產(chǎn)業(yè)化后 經(jīng)濟效益 年增銷售 收入(萬元) 年增稅收 (萬元) 年增利潤 (萬元) 創(chuàng)匯 (萬元)