當(dāng)前位置:首頁>行業(yè)資訊>北美粉末冶金行業(yè)的現(xiàn)狀與前景(一)
發(fā)布日期:2006-3-28 作者:王旭芳 譯 孫顥 校
用于福特汽車扭力變速卡車齒輪箱中的輸出軸套,由位于依利諾斯洲 Schill Park的芝加哥粉末金屬產(chǎn)品公司制造,在2004年黑色金屬粉末行業(yè)聯(lián)合會MPIF 際設(shè)計比賽中得獎: 零件是由溫擠壓成形技術(shù)制造的,*小密度為7.2g/cm ,*小極限抗拉強度為1 070 MPa:外螺旋齒和直齒漸開線花鍵接近*終形狀。該零件*初設(shè)計是鍛件,使用粉末冶金溫擠壓技術(shù)后 可以節(jié)約30%的成本。更好的粉末和新的工藝擴大了粉末冶金業(yè)的應(yīng)用范圍。
對北美粉末冶金行業(yè)的前景持謹(jǐn)慎樂觀的態(tài)度。新的和改進的原材料、更*的加工方法和創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)使該技術(shù)更接近鍛造材料的機械性能。 為“三巨頭”車輛提供動力的大多數(shù)發(fā)動機有賴于粉末鍛造(P/F)連桿。P/F 連桿在北美連桿市場的份額占60% 以上據(jù)估計,自1986年設(shè)計首只P/F 漣桿用于福特汽車1.9L發(fā)動機以來,已經(jīng)生產(chǎn)了5億多只P/F連桿。車輛中使用粉末冶金趨勢仍然在增加,2004年達到每輛19.5kg,據(jù)估計在下一個3 a間,每年每輛車P/M(粉末冶金)件至少增加1磅。
北美該行業(yè)包括金屬粉末生產(chǎn)商、設(shè)備供應(yīng)商、P/M零件生產(chǎn)商和專用產(chǎn)品制造商,在該行業(yè)中不同的工藝將金屬粉末固化為*的零件和形狀。與P/M競爭的主要工藝包括機械加工、熔模鑄造、灰鐵鑄造和精密沖裁。
金屬粉末的發(fā)展
2004年金屬粉末特別是鋼鐵粉末的裝運量約接近歷史記錄。2004年鋼鐵金屬粉末的裝運超過431 205£。鐵粉制造商正在推進這一技術(shù)使P/M 零件具有更高的密度,從而開創(chuàng)可與鍛造材料競爭的新的應(yīng)用領(lǐng)域。
例如:位f新澤西州Cinnaminson市的Hoeganaes公司介紹了1種密度更高的產(chǎn)品ANCORMAX—D,通過2次擠壓、2次燒結(jié),密度可達約7.6 g/cm , 這種產(chǎn)品為自動傳動系統(tǒng)中的高強度P/M齒輪提供了新的市場機遇?
表面致密和滲碳使之具有與鍛造齒輪相近的性能。*近該公司介紹了1種新的含鉻高強度合金粉末,這是粘合處理粉米系列產(chǎn)品中的第1種,它能在常規(guī)爐中在1 121℃燒結(jié)30 rain。由這種材料制成的零件,密度范圍在7.0至7.3 g/cm 之間,抗拉強度約為1 103 MPa。開發(fā)這種材料是為了消除通常與鉻有關(guān)的氧化問題。新的合金體系在一次沖壓和一次燒結(jié)條件下具有很好的強度、淬火性、抗疲勞和剛性,是需要二次處理合金的替代材料,成本有效性高。
位于賓夕法尼亞洲Hollsopple市的北美Hoganas公司和它在瑞典的母公司Hoganas AB已經(jīng)研制了預(yù)合金鉻材料取代銅、鎳、鉬之類的合金元素。通常使用的P/M合金元素與鉻之間不斷增加的成本差,激發(fā)了人們對鉻預(yù)合金化材料的興趣。通過將高密度、高溫?zé)Y(jié)和燒結(jié)硬化的組合,使性能達到*佳化。
例如,隨著工藝的改進,抗拉強度的范圍可達1 200~1 400MPa。此外,彎曲疲勞強度也在300~450 MPa之間。
預(yù)合金化粉末
預(yù)合金化粉末的表面致密化是能進一步擴展P/M新的應(yīng)用領(lǐng)域的又一個趨勢,例如,高強度傳動齒輪,對彎曲和表面接觸疲勞比磨損更敏感。接觸疲勞試驗證實,表面致密化和表面硬化的材料與普通鍛鋼的性能一致。
悍馬H2傳動箱采用了帶外齒的主動齒輪密度達到7.75 g/cm 。在選擇4輪驅(qū)動方式時,鏈輪將2 1lOJ的扭矩分配到后驅(qū)動輪上。位于加拿大魁北克索瑞爾市的魁北克金屬粉末有限公司(QMP)研制出1種新的擴散粘接粉末,具有極高的抗疲勞性能。據(jù)該公司報道:由于采用了能提高綠色零部件的機械強度的特種潤滑劑,燒結(jié)硬化材料的綠色機加工成為了工業(yè)現(xiàn)實。
位于新澤西州Wyckof市的因科特種產(chǎn)品公司開發(fā)出1種新型的超細的鎳粉,這種粉末可以通過常規(guī)的混合方法彌散于P/M等級鐵粉中。由于改善了1—2/zm顆粒的彌散性,使其物理性能優(yōu)于采用標(biāo)準(zhǔn)鎳粉制成的鋼制件。因科公司的研究人員報道說:由于在常規(guī)燒結(jié)溫度下鎳彌散性的增大,而顯著提高了強度和淬火性。除此之外,混合鎳彌散性的改善降低了性能的變數(shù)。
粉末供應(yīng)商
金屬粉末市場由5家鐵粉末生產(chǎn)商主宰,他們占北美金屬粉末生產(chǎn)和使用的主要份額鋁、銅、鎳和鎢按產(chǎn)量和發(fā)運量依次排列。
與其他原材料供應(yīng)商一樣,在粉末生產(chǎn)中.金屬粉末生產(chǎn)商面臨著用于粉末制造的原材料的金屬成本不斷攀升的事實,特別是需要廢鋼、銅、鎳和鉬的公司及工藝過程受到?jīng)_擊。由于中國對原材料無限制的進口,大大促進了北美的經(jīng)濟復(fù)蘇和全球的需求導(dǎo)致商品價格急劇攀升。大多數(shù)行業(yè)觀察家預(yù)測2005年高位的價格不會回落。
較高的商品價格迫使粉末供應(yīng)商在賣給粉末冶金零件制造商時收取附加費。然而,零件制造商將附加費轉(zhuǎn)嫁給他們的客戶時遇到了困難,這些客戶大多數(shù)是汽車原設(shè)備制造商及第1道、第2道供應(yīng)商。這種局面導(dǎo)致利潤降低。
加工設(shè)備
P/M行業(yè)的加工設(shè)備方面,包括生產(chǎn)模具、擠壓機及燒結(jié)爐的公司。盡管2004年P(guān)/M零件的業(yè)務(wù)量呈上升趨勢,許多設(shè)備供應(yīng)商因人們不愿意增加P/M零件的生產(chǎn)能力而遭受了損失:公司反對在額外的生產(chǎn)能力上投資,除非那些超過800t的大型擠壓機。然而,在P/M行業(yè)呈現(xiàn)出將擠壓機與燒結(jié)爐連接起來的自動化的強勁勢頭這一趨勢可提高制造效率.減少勞動力.并能幫助制造商與亞洲的生產(chǎn)商競爭。
行業(yè)改革
在過去幾年.通過音并和國際化,P/M零件行業(yè)發(fā)生了巨大的變化:*近5年來20家公司易手。大的國際公司如英格蘭的GKN pk和北美的Metaldyne公司、Hawk公司及金屬粉末制品公司,通過收購P/M零件生產(chǎn)廠而提高了生產(chǎn)能力例如,自1998年以來,GKN燒結(jié)金屬公司已經(jīng)購買了13家P/M零件公司。該集團公司擁有7000名雇員其名下還包括鐵粉末生產(chǎn)商Hoeganaes公司。公司報道:2003年P(guān)/M和金屬粉末銷售達到6,08億磅(約12億美元)。
北美P/M零件行業(yè)擁有約110家公司,其總銷售額可接近20億美元。進入 2005年大多數(shù)P/M零件制造商前景樂觀。
譯自美刊《ADVANCED MATERIALS&PROCESSES>>2005.No3
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