水雾化铁粉与钢粉新产品的开发

水雾化铁粉与钢粉新产品的开发1前言铁粉和钢粉的生产历来在粉末冶金工业中占有重要地位,其生产工艺、产品种类、质量和产量直接影响粉末冶金工业的发展。在粉末冶金技术领域中,雾化法制取金属粉末是一种现代化的生产工艺。自1965年美国Ａ.Ｏ.Ｓｍｉｔｈ公司率先以工业规模生产水雾化铁粉以来,由于水雾化铁粉生产工艺的高灵活性和工业化生产潜力大,世界各工业国家纷纷采用和发展了水雾化铁粉和钢粉的生产工艺,并形成规模经济生产。瑞典、美国、德国、加拿大和日本等国均先后相应建立了技术先进的水雾化制取铁粉和钢粉的工业生产体系,各自拥有众多优质品牌产品系列。从近年来世界各地的发展情况看,水雾化铁粉和钢粉的产量已超过钢铁粉末总产量的半数以上,且价格往往低于还原铁粉。鞍钢冶金粉材厂是国内唯一从德国曼内斯曼公司引进全套设备的大型水雾化铁粉和钢粉的生产厂家。建厂初期的主要产品是与德国牌号相同的ＷＰＬ200、ＷＰ200和ＦｅＮｉＭｏ纯铁粉和预合金粉。随着近年来粉末冶金技术的飞速发展,为适应粉末原料逐渐向“用途专一,品种多样”的发展方向转化和市场竞争的需要,我厂近几年来在新产品的开发和研制上做了大量工作,由原来只能生产单一品种的水雾化铁粉,发展到现已能规模生产7大系列20多个品种的水雾化铁粉和钢粉。本文主要重点介绍低合金钢粉、无偏析混合钢粉、易切削钢粉、烧结贝氏体钢粉和阀座粉等5个系列新产品。2新产品的主要品种2.1低合金钢粉具有高强度和极好热处理性能的ＦｅＮｉＭｏ(ＦＪＳＹ200.28)和ＦｅＭｏ低合金钢粉,是近年来在粉末冶金高强度、高密度零部件上应用较多的两种典型粉末。ＦｅＮｉＭｏ和ＦｅＭｏ两种典型的低合金钢粉的化学成分和工艺性能见表1。合金元素Ｎｉ、Ｍｏ以预合金方式加入,所以合金成分均匀,在1120℃烧结便能得到均匀合金化的组织和高的淬透性。以预合金粉方式加入得到的ＦｅＮｉＭｏ、ＦｅＭｏ合金粉,比用纯铁粉与Ｎｉ、Ｍｏ细粉混合得到的ＦｅＮｉＭｏ、ＦｅＭｏ合金粉,其抗拉强度更高,组织更均匀,热处理性能更好。预合金ＦｅＭｏ粉在粉末冶金锻造方面有着广泛的应用。2.2无偏析混合粉ＦｅＣ、ＦｅＣｕＣ、ＦｅＮｉＭｏＣｕＣ系无偏析混合粉,是针对国内制品厂近年的发展需要而研制出来的开包即用型粉末。铜、石墨和硬脂酸锌含量根据用户的要求进行配比,采用无偏析混合技术混合,用户开包即用,并且在使用过程中不产生偏析和石墨的飞扬。无偏析混合技术适用于我厂所有牌号铁粉。现以Ｆｅ+1.6%Ｃｕ+0.9%Ｃ+0.8%Ｚｎ.ｒ粉为例说明机械混合与无偏析混合的区别。(1)石墨吸附率。无偏析混合的粉末,石墨吸附率≥98%,而机械混合的粉末,石墨基本不吸附。(2)石墨及铜的偏析度。经过无偏析混合的粉末,其石墨及铜的偏析得到明显改善,见表2。(3)压制性能。由表3得知,无偏析混合不损害基体粉末的压制性能。(4)烧结性能。由表4可知,无偏析混合后的粉末,烧结性能得到改善。2.3易切削钢粉易切削钢粉用于有切削加工要求的零部件生产。目前研制开发生产的易切削钢粉有两种类型:一种是混合易切削剂型钢粉(ＱＨＭＳ);另一种是预合金易切削型钢粉(ＱＹＭＳ)。现以ＱＹＭＳ为例将其与普通雾化粉作对比实验。(1)化学成分及工艺性能预合金易切削型钢粉(ＯＹＭＳ)的化学成分及工艺性能,见表5。(2)切削性能以两种材质钢粉制备直径为40ｍｍ,高80ｍｍ的圆棒,总压力为58ｔ,于1120℃烧结60ｍｉｎ。烧结后的ＱＹＭＳ圆棒,主切削力和刀具磨损度均佳于普通雾化粉烧结棒,见表6。(3)烧结性能用ＱＹＭＳ雾化钢粉和普通雾化铁粉制得合金试样的烧结性能示于表7。由表7可知,ＱＹＭＳ钢粉的烧结性能已达到普通水雾化铁粉的水平。(4)金相组织以两种不同材质钢粉制得合金试样的金相组织示于表8。由实验数据可以看出,由于易切削钢粉制品基体中含有ＭｎＳ+(ＦｅＭｎ)Ｓ,所以切削加工时的主切削力和刀具磨损均小,而力学性能与普通铁粉制品相同。ＱＹＭＳ中硫化物的存在形态见图1。由图1可以看出易切削钢粉ＱＹＭＳ中的硫化物均匀分布在晶粒中。2.4贝氏体钢粉烧结贝氏体钢粉用于生产高硬度、耐磨性好的机械零件。表9为贝氏体铁粉的化学成分和工艺性能。烧结贝氏体钢粉最大的特点是在1200℃还原气氛下烧结后的组织中含有贝氏体。由ＹＨＤ01型铁粉制成的零部件,烧结后硬度为ＨＢ180,热处理后的硬度为ＨＲＣ36～42。可用于生产高硬度和耐磨的粉末冶金制品。由ＹＨＤ02型铁粉制成的零部件,烧结后的拉伸强度为500～600ＭＰａ,是生产高强度粉末冶金结构件的理想材料。由ＹＨＤ03型铁粉制成的零部件,烧结后的硬度为ＨＢ230～260,是一种烧结硬化型铁粉,应用于不经热处理便有高硬度和高强度的粉末冶金制品,特别是该材料烧结后如能以60℃/ｍｉｎ的速度冷却,则性能更为优越。2.5进排气阀座粉由于无铅汽油的推广使用,原汽油机上的合金铸铁阀座极易磨损,致使耗油量增大,输出马力降低。进排气阀座钢粉因此用于生产代替汽油机合金铸铁阀座的粉末冶金阀座。表10列出了几种阀座钢粉的化学成分和工艺性能。ＹＨＦ01型阀座钢粉,用于制作摩托车上的排气阀座,烧结后试样的硬度ＨＲＢ大于或等于95。ＹＨＦ02型阀座钢粉,用于制作轿车上的排气阀座,烧结后试样的热处理硬度ＨＲＣ大于或等于28。ＹＨＦ03型阀座钢粉,用于制作汽油机进气阀座,烧结后试样的硬度ＨＲＢ大于或等于95。3粉末冶金用添加材料的开发粉末冶金制品生产厂家在生产制品时往往还要在材料中添加一些特殊材料。为方便制品生产厂家,本厂加大了添加材料的钢粉的开发力度,目前质量稳定批量生产的有易切削剂ＭｎＳ和粉末冶金用磷铁合金。3.1易切削剂ＭｎＳ易切削剂ＭｎＳ主要用于增强材料的切削加工性能。本厂生产的ＭｎＳ是100%纯ＭｎＳ,不含Ｍｎ和Ｓ单质,图2为ＭｎＳＸ射线衍射曲线图。易切削剂ＭｎＳ可以制成75μｍ甚至更细的粒度,其加入量占铁粉重量的05%～10%时效果最佳。3.2磷铁合金粉磷铁合金粉也是粉末冶金铁基结构零件和铁磁性材料中常用的添加材料。本厂生产的磷铁合金粉典型成分见表11。该磷铁合金粉比市售粉纯度高、夹杂物少,所以制品性能更稳定,可制成150μｍ、75μｍ甚至粒度更细的磷铁合金粉。用磷铁合金生产的磷铁粉,由于夹杂物含量高,容易使制品性能产生波动,减少夹杂物后,才能使烧结后的制品性能更稳定。4发展方向尽管过去几年鞍钢冶金粉材厂新产品不断涌现,但要跟上粉末冶金行业的发展还需作大量的工作。为此拟定了今后的发展规划。(1)由于电子工业的迅速发展,磁性材料用铁粉需要量正在逐年增加,所以开发高纯度和高压缩性铁粉实属必要。(2)随着越来越多的制品生产企业开发温压技术,温压用粉末的开发势在必行。(3)发动机上的高强度、高密度和具有一定韧性的摇臂滑块,已经列入国产化的进程表,所以迅速开发摇臂滑块用粉末也是我厂下一步的工作内容。粉末冶金在线