高密度粉末冶金零部件開(kāi)發(fā)科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)書(shū).doc

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萊蕪市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)書(shū) 申報(bào)項(xiàng)目編號(hào)： 項(xiàng)目名稱： 高密度粉末冶金零部件開(kāi)發(fā) 申 報(bào) 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(bào) 日 期： 2013 年 1 月 2 日 萊蕪市科學(xué)技術(shù)局制 二○○九年十月 單位負(fù)責(zé)人 姓 名 聯(lián)系電話（手機(jī)） 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(yíng)企業(yè) ［ 06 ］ 05.有限責(zé)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(yíng)企業(yè) 10.其它 職工總數(shù) 368人 大專以上人員 235人 研究開(kāi)發(fā)人員 92人 項(xiàng)目起始時(shí)間 2013.1 計(jì)劃完成時(shí)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(jìn)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(dú)立完成 2.產(chǎn)學(xué)研結(jié)合 3.引進(jìn)消化再創(chuàng)新 技術(shù)合作單位 主要優(yōu)勢(shì) ［ 2 ］ ［ 3 ］ ［ 4 ］（按優(yōu)勢(shì)大小選擇三項(xiàng)） 1.重大理論突破 2.技術(shù)工藝創(chuàng)新突出 3.市場(chǎng)前景廣闊 4.經(jīng)濟(jì)效益顯著 5.社會(huì)效益顯著 6.形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) 9.其它 相關(guān)項(xiàng)目已 獲得專利情況 發(fā)明專利數(shù) 實(shí)用新型數(shù) 外觀設(shè)計(jì)數(shù) 3 4 項(xiàng)目計(jì)劃總投資 XXXX萬(wàn)元 其中已完成投資 萬(wàn)元 計(jì)劃新增 投資來(lái)源 單位自籌 萬(wàn)元 金融貸款 萬(wàn)元 財(cái)政 撥款 萬(wàn)元 其中：國(guó)家、省財(cái)政撥款 萬(wàn)元 申請(qǐng)市科技經(jīng)費(fèi) 萬(wàn)元 區(qū)配套資金 萬(wàn)元 其 他 萬(wàn)元 新增投資中 市科技經(jīng)費(fèi) 支出預(yù)算 儀器設(shè)備購(gòu)置及維修費(fèi) 萬(wàn)元 能源及材料消耗費(fèi) 萬(wàn)元 場(chǎng)地租賃費(fèi) 萬(wàn)元 試驗(yàn)外協(xié)費(fèi) 萬(wàn)元 資料印刷費(fèi) 萬(wàn)元 調(diào)研差旅費(fèi) 萬(wàn)元 鑒定驗(yàn)收費(fèi) 萬(wàn)元 工資補(bǔ)助費(fèi) 萬(wàn)元 管理費(fèi) 萬(wàn)元 其他費(fèi)用 萬(wàn)元 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人情況 姓 名 學(xué) 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(wù) 工作單位 項(xiàng)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(yàn)、指導(dǎo) 張應(yīng)波 男 34 工程師 萊蕪市新藝粉末冶金制品公司 方案設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì) 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(shí)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(yàn) 立題的科學(xué)意義及國(guó)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(jì)優(yōu)勢(shì)，在汽車、機(jī)械、化工、電子等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)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(guò)230萬(wàn)噸，我國(guó)的年產(chǎn)量達(dá)到了23萬(wàn)噸，其中鐵基粉末冶金材料的行業(yè)占比達(dá)70%。從汽車行業(yè)的需求看，2011年中國(guó)汽車產(chǎn)量突破1842萬(wàn)輛，占世界汽車產(chǎn)量的23%，中國(guó)已經(jīng)成為世界第一大汽車生產(chǎn)國(guó)及消費(fèi)國(guó)，這將是拉動(dòng)粉末冶金工業(yè)發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力。在國(guó)外，鐵基粉末冶金制品70%以上的市場(chǎng)在汽車工業(yè)，而我國(guó)只有36%左右。就汽車鐵基粉末冶金零件的用量而言，我國(guó)平均每輛汽車至少還有7~10公斤的增長(zhǎng)潛力，這可以增加大約20萬(wàn)噸/年的粉末冶金零部件的需求量。此外，世界的汽車、家電、機(jī)械和五金等制造產(chǎn)業(yè)向中國(guó)的大量轉(zhuǎn)移和我國(guó)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(chǎng)空間。高品質(zhì)鐵基粉末的制備和高性能鐵基制品的開(kāi)發(fā)是鐵基粉末冶金工業(yè)發(fā)展的兩個(gè)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(biāo)志之一。我國(guó)鋼鐵粉末產(chǎn)量與美國(guó)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(lái)我國(guó)鐵基粉末冶金材料產(chǎn)量年增長(zhǎng)率超過(guò)20%，但是我國(guó)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(shí)，需要在純鐵粉末中添加各種合金元素，由于普通機(jī)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(wèn)題，嚴(yán)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(guó)鋼鐵粉末在在中高端鐵基制品上的應(yīng)用。為了提高我國(guó)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(shí)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(gè)重要研究方向，需要從潤(rùn)滑劑和增塑劑的配方設(shè)計(jì)、合金元素添加方式、合金成分設(shè)計(jì)、混粉裝備和混粉工藝等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)上進(jìn)行突破。 隨著鐵基粉末冶金零件向汽車或其它機(jī)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(chǎng)需求量越來(lái)越大、性能要求也越來(lái)越高。然而，我國(guó)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(xué)性能，而且存在零件形狀復(fù)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(dòng)大等問(wèn)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(qiáng)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(jìn)口或傳統(tǒng)機(jī)械加工，特別是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿及行星輪支架的生產(chǎn)，國(guó)外一直進(jìn)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(dá)到7.35g/cm3左右，產(chǎn)品性能已經(jīng)不能滿足日益嚴(yán)格的技術(shù)要求。粉末熱鍛制能夠制備出密度高達(dá)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(yīng)用，但是粉末熱鍛存在工藝設(shè)備價(jià)格太高、能耗大、生產(chǎn)成本高和成品率低等問(wèn)題。高密度鐵基粉末冶金零件的制備技術(shù)嚴(yán)重制約了我國(guó)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(kāi)發(fā)高性能鐵基制品的先進(jìn)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(diǎn)解決大尺寸、多臺(tái)階粉末冶金零件制備過(guò)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(duì)我國(guó)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(wèn)題，重點(diǎn)開(kāi)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(duì)推動(dòng)我國(guó)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(guó)粉末冶金產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整、以及打破國(guó)外在高端鐵基粉末和制品領(lǐng)域的技術(shù)和市場(chǎng)壟斷都具有重要的意義。 %%%%% （a）國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 粘結(jié)化鐵基粉末的研究是國(guó)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(guó)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(guó)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(kāi)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(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，特別是通過(guò)粉末熱鍛制備出了密度達(dá)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(yīng)用。目前，粉末鍛造的核心技術(shù)仍然掌握在德國(guó)GKN公司、日本豐田汽車公司和美國(guó)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(jià)格過(guò)高、能耗大、生產(chǎn)成本高和成品率較低等問(wèn)題。溫壓成形的密度只能達(dá)到7.30g/cm3左右，產(chǎn)品性能已經(jīng)不能滿足日益嚴(yán)格的技術(shù)要求。開(kāi)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(shì)。日本NTN公司于2012年報(bào)道了鐵基燒結(jié)合金的新型制備技術(shù)，通過(guò)改進(jìn)原料粉末、成形和燒結(jié)條件，以及采用先進(jìn)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?guó)外鐵基粉末及粉末冶金制品 的現(xiàn)狀與趨勢(shì)，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(guó)鐵基粉末冶金工業(yè)發(fā)展不可或缺的。 （b）國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀與現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ) 目前我國(guó)水霧化鐵粉年產(chǎn)量已超過(guò)11萬(wàn)噸，但是存在壓縮性不高和壓縮性穩(wěn)定性較差等問(wèn)題。占我國(guó)市場(chǎng)30%的高壓縮性霧化鐵粉仍需要從瑞典、美國(guó)、日本等國(guó)外廠家進(jìn)口。在粘結(jié)化鐵基合金粉末方面，我國(guó)的種類遠(yuǎn)少于國(guó)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(jìn)口。 就粉末冶金制品而言，雖然我國(guó)2010年的年產(chǎn)量達(dá)到了23萬(wàn)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(fù)荷較低的結(jié)構(gòu)件。我國(guó)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(guó)汽車工業(yè)及其它先進(jìn)制造業(yè)對(duì)高性能、大尺寸、精密及復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)零件的迫切需求，本世紀(jì)初國(guó)內(nèi)開(kāi)始開(kāi)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(xué)、北京科技大學(xué)和華南理工大學(xué)聯(lián)合承擔(dān)了國(guó)家“863”計(jì)劃，較系統(tǒng)地開(kāi)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(jì)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(kāi)始，北京科技大學(xué)在國(guó)家973計(jì)劃的支持下開(kāi)展了粉末冶金高端產(chǎn)品的基礎(chǔ)和應(yīng)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(gè)良好開(kāi)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(diǎn)，主要包括：均勻合金成分和顯微組織的獲得，大尺寸、多臺(tái)階、復(fù)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(yán)格控制。 主要研究?jī)?nèi)容 （1）高密度鐵基粉末冶金材料成分的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)壓制性能對(duì)比、燒結(jié)致密化行為研究、顯微組織表征和力學(xué)性能分析進(jìn)行高密度鐵基粉末冶金材料的成分設(shè)計(jì)并進(jìn)行優(yōu)化，滿足汽車及先進(jìn)制造領(lǐng)域用高性能鐵基粉末冶金制品對(duì)密度、硬度、強(qiáng)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(yù)合金粉末按顆粒形狀和粒度要求進(jìn)行搭配，然后添加塑化劑并進(jìn)行增塑處理，接著添加粘結(jié)劑后制備成高流動(dòng)性、合金成分均勻和高壓縮性的粘結(jié)化鐵基粉末。重點(diǎn)研究粉末顆粒的形狀、粒度和粒度搭配對(duì)粉末特性（松裝密度、振實(shí)密度和流動(dòng)性）的影響、粘結(jié)劑和塑化劑體系的種類和含量對(duì)原料粉末特性的影響、粘結(jié)化工藝參數(shù)對(duì)粉末特性的影響。比較分析增塑處理工藝參數(shù)對(duì)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(rùn)滑和先進(jìn)模架模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)獲得高密度壓坯，進(jìn)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(diǎn)研究顆粒形狀和粒度配比、塑化劑的添加、模壁潤(rùn)滑、模具結(jié)構(gòu)和壓制方式對(duì)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(guò)程中的燒結(jié)精確控溫技術(shù)，得出燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間、燒結(jié)氣氛對(duì)零件致密度、成分和組織均勻性、尺寸一致性和綜合力學(xué)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(jī)理。研究高密度鐵基材料的先進(jìn)熱處理技術(shù)。最后對(duì)燒結(jié)和熱處理態(tài)鐵基材料的顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行表征。對(duì)高性能粉末冶金零件進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)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(jì)。針對(duì)鐵基粉末粘結(jié)化技術(shù)和高密度成形技術(shù)的特點(diǎn)，研制與之相適應(yīng)的粉末制備、成形、燒結(jié)和熱處理裝備，包括開(kāi)發(fā)連續(xù)式混合裝置、先進(jìn)模具和模架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、先進(jìn)送粉和模壁潤(rùn)滑機(jī)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(duì)產(chǎn)品密度誤差、尺寸精度、穩(wěn)定性和一致性的要求。 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)、先進(jìn)性 （1）高密度鐵基合金成分設(shè)計(jì)。針對(duì)高密度鐵基材料壓制和燒結(jié)致密化的特點(diǎn)，采用合金成分、工藝、組織和性能一體化設(shè)計(jì)，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(guó)產(chǎn)水霧化鐵粉為主要原料，通過(guò)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(jìn)行塑化處理，再添加石墨和潤(rùn)滑劑等制備出具有良好流動(dòng)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(dòng)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(guò)程中結(jié)合模壁潤(rùn)滑技術(shù)來(lái)獲得高致密度，具有合金成分均勻，綜合力學(xué)性能優(yōu)異的特點(diǎn)。 （4）粘結(jié)化粉末混合裝置的設(shè)計(jì)。連續(xù)式混合裝置用于粘結(jié)化鐵基粉末的制備，它通過(guò)軟化處理復(fù)合粉末、石墨、潤(rùn)滑劑和增塑劑等各種原料的定量供給和高效混合，實(shí)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(jì)。針對(duì)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(diǎn)，對(duì)送料裝置、模具、模架、模壁潤(rùn)滑系統(tǒng)和出料系統(tǒng)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，實(shí)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)。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(jì)，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(biāo)準(zhǔn)。 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(dá)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(guò)對(duì)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(yù)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(bǔ)性，小顆粒容易填充到大顆粒之間的孔隙中去，通過(guò)對(duì)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(jìn)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(rùn)滑劑，進(jìn)一步提高粉末混合的均勻性，通過(guò)自行設(shè)計(jì)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(dòng)性≤36s/50g，壓縮性≥7.5g/cm3。 ②研究大尺寸制品的成形特點(diǎn)及典型缺陷的形成機(jī)理，結(jié)合粉末高速壓制成形技術(shù)，設(shè)計(jì)高密度成形專用裝備，集成模壁潤(rùn)滑和先進(jìn)模架模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)獲得大尺寸高密度壓坯，進(jìn)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(duì)塑化和粘結(jié)化處理的粉末進(jìn)行壓制成形，通過(guò)沖擊能量向壓制能量的轉(zhuǎn)換和應(yīng)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(guò)短時(shí)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(guò)程中的應(yīng)變遲豫導(dǎo)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(shì)。 （1）優(yōu)化設(shè)計(jì)高密度鐵基粉末冶金材料成分。通過(guò)壓制性能對(duì)比、燒結(jié)致密化行為研究、顯微組織和力學(xué)性能分析進(jìn)行高密度粉末成分設(shè)計(jì)，滿足汽車及先進(jìn)制造領(lǐng)域用高性能鐵基粉末冶金材料對(duì)密度、硬度、強(qiáng)度、疲勞性能以及磁性能的要求。 （2）通過(guò)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(yù)合金粉末按顆粒形狀和粒度要求進(jìn)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(dá)到7.5g/cm3以上，較國(guó)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(guò)程中的燒結(jié)精確控溫技術(shù)，得出燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間、燒結(jié)氣氛對(duì)零件致密度、成份和組織均勻性、尺寸一致性和綜合力學(xué)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(kāi)發(fā)高密度、高磁導(dǎo)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(dǎo)率、磁飽和強(qiáng)度與產(chǎn)品密度的關(guān)系，開(kāi)發(fā)系列鐵基軟磁材料，使產(chǎn)品的密度達(dá)到7.5g/cm3以上，磁導(dǎo)率達(dá)到6000以上，磁飽和強(qiáng)度達(dá)到1.6T。 （5）高密度成形專用裝備設(shè)計(jì)。由于高密度粉末冶金結(jié)構(gòu)件在國(guó)內(nèi)是空白，技術(shù)工藝屬國(guó)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(jì)。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(diǎn)，設(shè)計(jì)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(rùn)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(rùn)滑劑和塑化劑配方設(shè)計(jì) 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(jì) 高精度模具和模架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鐵基合金成分設(shè)計(jì) 潤(rùn)滑劑配方設(shè)計(jì) 塑化劑配方設(shè)計(jì) 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(jìn) 工業(yè)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì) 粒度搭配對(duì)壓坯密度的影響 合金添加方式對(duì)密度的影響 粉末改性對(duì)組織性能的影響 塑化劑對(duì)壓坯密度的影響 模壁潤(rùn)滑對(duì)壓坯密度的影響 壓制方式對(duì)壓坯密度的影響 高精度模具和模架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 壓制工藝參數(shù)優(yōu)化 顯微組織和力學(xué)性能分析 工業(yè)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì) 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(biāo)及主要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 1.總體目標(biāo) 針對(duì)汽車、機(jī)械等領(lǐng)域的迫切需求，通過(guò)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(rùn)滑劑和增塑劑的配方設(shè)計(jì)、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(diǎn)，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(wèn)題。集成粉體潤(rùn)滑、增塑改性處理、模壁潤(rùn)滑和高速壓制等技術(shù)制備高性能鐵基制品，重點(diǎn)突破高均勻性鐵基大制品制備過(guò)程中的高精密模具和模架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(diǎn)。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(shí)，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(diǎn)問(wèn)題。推動(dòng)我國(guó)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(jìn)步，提升我國(guó)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(rùn)滑劑及其它添加劑作為合金強(qiáng)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(duì)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(xué)成分均勻性、綜合力學(xué)性能以及性能穩(wěn)定性的主要瓶頸。國(guó)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(duì)粘結(jié)化處理粉末中的潤(rùn)滑劑組成、制備工藝等核心技術(shù)嚴(yán)格保密。北京科技大學(xué)與山東萊蕪市新藝粉末冶金制品有限公司合作進(jìn)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(rùn)滑劑和增塑劑的設(shè)計(jì)、粒徑組成優(yōu)化和先進(jìn)粉末混合裝置設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)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(guó)內(nèi)外每年均有大量關(guān)于高密度鐵基合金的文獻(xiàn)公開(kāi)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(yīng)的高密度成形技術(shù)的專利報(bào)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(qǐng)了一項(xiàng)發(fā)明專利。本項(xiàng)目擬在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)開(kāi)展合金成分設(shè)計(jì)、組織和性能控制、產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵裝備和技術(shù)問(wèn)題攻克等方面進(jìn)行系統(tǒng)研究，形成具有自主知識(shí)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(rùn)滑技術(shù)、模具和模架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、混粉和壓制成形裝備的設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面，擬在項(xiàng)目完成后在上述方面實(shí)現(xiàn)突破，并形成相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn) 3.經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 本項(xiàng)目充分發(fā)揮了粉末冶金材料強(qiáng)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(shí)、易于批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)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(dá)到5000噸，市場(chǎng)定價(jià)為60000元/噸，較進(jìn)口價(jià)格低40%；達(dá)產(chǎn)后年實(shí)現(xiàn)銷售收入3億元，年可實(shí)現(xiàn)利稅1.1億元，可安排就業(yè)300多人，通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，還將有力的帶動(dòng)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(wàn)噸粉末冶金鐵粉、5萬(wàn)噸粉末冶金制品的生產(chǎn)規(guī)模，總的就業(yè)人數(shù)達(dá)到3000人以上，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)繁榮。 項(xiàng)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(cè)資金1010萬(wàn)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(jī)床附件、電動(dòng)工具、風(fēng)動(dòng)工具、健身器材、家用電器、微電機(jī)等行業(yè)，共八大系列六百多種產(chǎn)品，產(chǎn)能達(dá)到1萬(wàn)噸。公司現(xiàn)有職工368人，其中大專以上學(xué)歷人員220人，各類技術(shù)人員72人，享受國(guó)務(wù)院特殊津貼專家3人，省級(jí)有突出貢獻(xiàn)的中青年專家2人，市級(jí)有突出貢獻(xiàn)的中青年專家2人，高級(jí)職稱14人，中級(jí)職稱15人。公司2011年末資產(chǎn)總額17365萬(wàn)元。 公司堅(jiān)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(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的著力點(diǎn)，堅(jiān)持走產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的路子，與北京科技大學(xué)、中南大學(xué)、北京鋼鐵研究總院建立了長(zhǎng)期的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，并不斷加大研發(fā)投入。建立了省級(jí)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(jìn)和培養(yǎng)了一批研究開(kāi)發(fā)人才。購(gòu)置了先進(jìn)的試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備，完善了研發(fā)條件，有力增強(qiáng)了企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展后勁。 先后承擔(dān)國(guó)家科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金項(xiàng)目2項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品項(xiàng)目7項(xiàng)、國(guó)家火炬計(jì)劃項(xiàng)目3項(xiàng)、省成果轉(zhuǎn)化重大項(xiàng)目2項(xiàng)、科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目7項(xiàng)、市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目8項(xiàng)。先后申報(bào)國(guó)家專利26項(xiàng)，其中授權(quán)發(fā)明專利4項(xiàng)，授權(quán)實(shí)用新型專利12項(xiàng)。公司先后通過(guò)了ISO9001和ISO16949質(zhì)量管理體系認(rèn)證。已有二十多種產(chǎn)品通過(guò)山東省科技廳組織的成果鑒定，獲得山東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)6項(xiàng)、萊蕪市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。公司先后被認(rèn)定為國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)、中國(guó)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(yíng)科技企業(yè)、國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)化基地骨干企業(yè)、山東省成長(zhǎng)型中小企業(yè)等。 粉末冶金是一項(xiàng)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(yīng)用上具有突出的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在汽車、機(jī)械、化工、電子等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)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(guò)230萬(wàn)噸，我國(guó)的年產(chǎn)量達(dá)到了15萬(wàn)噸。從汽車行業(yè)的需求看，2011年中國(guó)汽車產(chǎn)量突破1842萬(wàn)輛，占世界汽車產(chǎn)量的23%，中國(guó)已經(jīng)成為世界第一大汽車生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，這將拉動(dòng)粉末冶金產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。在國(guó)外，鐵基粉末冶金制品70%以上的市場(chǎng)在汽車工業(yè)，國(guó)外平均每輛汽車的粉末冶金制品使用量是19.5kg，而我國(guó)鐵基粉末冶金制品在汽車工業(yè)的應(yīng)用只有40%左右，用量?jī)H為5-8kg，其余的依賴進(jìn)口或靠機(jī)加工解決，我國(guó)平均每輛汽車至少還有10公斤以上的增長(zhǎng)潛力，這可以增加大約20萬(wàn)噸/年的粉末冶金零部件的需求量。此外，我國(guó)在機(jī)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(chǎng)空間。 在需求量快速增長(zhǎng)的同時(shí)，對(duì)鐵基粉末冶金零部件的性能要求也越來(lái)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(guó)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(fù)雜性和精度低、難以控制和產(chǎn)品一致性波動(dòng)大的問(wèn)題。為了滿足汽車、機(jī)械等領(lǐng)域?qū)﹁F基粉末冶金零件日益嚴(yán)格的性能要求，發(fā)展高密度、高強(qiáng)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(gè)重要趨勢(shì)。 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(duì)高致密度和高性能鐵基粉末冶金零件的市場(chǎng)需求量越來(lái)越大、性能要求也越來(lái)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(qiáng)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(jìn)口或傳統(tǒng)機(jī)械加工，特別是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、高強(qiáng)度齒輪及行星輪支架的生產(chǎn)，國(guó)外一直進(jìn)行技術(shù)封鎖。目前，國(guó)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(dá)到7.3g/cm3左右，強(qiáng)度提高較少，應(yīng)用范圍窄，且相對(duì)成本較高。粉末熱鍛能夠制備出密度達(dá)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(jià)格高、能耗大、生產(chǎn)成本高和成品率低等問(wèn)題。高密度鐵基粉末冶金零件的制備技術(shù)嚴(yán)重制約了我國(guó)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(tái)階、低成本的先進(jìn)粉末冶金零件制備技術(shù)。這對(duì)推動(dòng)我國(guó)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(guó)粉末冶金產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整、以及打破國(guó)外在高端鐵基粉末和制品領(lǐng)域的技術(shù)和市場(chǎng)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(yīng)強(qiáng)度高而應(yīng)用于各種電磁閥，但是純鐵切削性能差使制造復(fù)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(diǎn)，適于制備復(fù)雜形狀磁性零件，具有廣闊的應(yīng)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(shí)，最高密度只能達(dá)到7.2g/cm3左右，低密度使粉末冶金軟磁材料的性能遠(yuǎn)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(fù)壓復(fù)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(wèn)題。開(kāi)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(jìn)一步減小設(shè)計(jì)零件的尺寸，節(jié)約能源和資源，并為設(shè)計(jì)者提供更大的設(shè)計(jì)自由度，有助于拓展粉末冶金軟磁材料的應(yīng)用領(lǐng)域。 計(jì)劃進(jìn)度及 階段目標(biāo) 開(kāi)始時(shí)間 截止時(shí)間 完成的主要指標(biāo)（要可考核） 2013.1 2013.9 考察論證、研制方案設(shè)計(jì)、工裝模具設(shè)計(jì)制造 2013.9 2014.6 設(shè)備安裝調(diào)試、試制 2014.6 2014.12 方案實(shí)施 裝機(jī)試驗(yàn)、鑒定驗(yàn)收、批量試產(chǎn) 項(xiàng)目完成時(shí) 預(yù)期結(jié)果 知識(shí)產(chǎn)權(quán) 情 況 專 利 其中發(fā)明專利 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 著作權(quán) 動(dòng)植物新品種 3 4 技術(shù)水平 ［ 2 ］ 1.國(guó)際領(lǐng)先 2.國(guó)際先進(jìn) 3.國(guó)內(nèi)領(lǐng)先 4.國(guó)內(nèi)先進(jìn) 5.省內(nèi)領(lǐng)先 6.省內(nèi)先進(jìn) 市場(chǎng)前景 ［ 2 ］ 1.出口創(chuàng)匯 2.替代進(jìn)口 3.填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白 4.填補(bǔ)省內(nèi)空白 產(chǎn)業(yè)化后 經(jīng)濟(jì)效益 年增銷售 收入(萬(wàn)元) 年增稅收 (萬(wàn)元) 年增利潤(rùn) (萬(wàn)元) 創(chuàng)匯 (萬(wàn)元)