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1、莱芜市科技发展计划项目申报书申报项目编号： 项目名称： 高密度粉末冶金零部件开发 申 报 单 位： 莱芜市新艺粉末冶金制品有限公司 主 管 部 门： 莱芜市科技局 申 报 日 期： 2013 年 1 月 2 日 莱芜市科学技术局制二九年十月单位负责人姓 名联系电话（手机）吕元之13863438596单位类型01.高等院校 02.科研院所 03.集体企业 04.私营企业 06 05.有限责任公司 06.股份有限公司 07.外商投资企业08.股份合作企业 09.联营企业 10.其它职工总数368人大专以上人员235人研究开发人员92人项目起始时间2013.1计划完成时间2014.12技术领域01.
2、电子信息 02.生物与医药 03.新材料 04.先进制造 03 05.资源与环境 06. 新能源与高效节能 07. 农业高新技术 08.其它研究方式 2 1.本单位独立完成 2.产学研结合 3.引进消化再创新技术合作单位主要优势 2 3 4 （按优势大小选择三项）1.重大理论突破 2.技术工艺创新突出 3.市场前景广阔4.经济效益显著 5.社会效益显著 6.形成自主知识产权 9.其它相关项目已获得专利情况发明专利数实用新型数外观设计数34项目计划总投资XXXX万元其中已完成投资万元计划新增投资来源单位自筹万元金融贷款万元财政拨款万元其中：国家、省财政拨款万元申请市科技经费万元区配套资金万元其
3、他万元新增投资中市科技经费支出预算仪器设备购置及维修费万元能源及材料消耗费万元场地租赁费万元试验外协费万元资料印刷费万元调研差旅费万元鉴定验收费万元工资补助费万元管理费万元其他费用万元项目负责人情况姓 名学 历联系电话E-mail其他研究人员情况：姓 名性别年龄职称/职务工作单位项目中分工吕元之男 53高工莱芜市新艺粉末冶金制品公司技术工艺试验、指导张应波男34工程师莱芜市新艺粉末冶金制品公司方案设计、产品设计吴荣昌男46高 工莱芜市新艺粉末冶金制品公司试产方案实施李 伟男29工程师莱芜市新艺粉末冶金制品公司产品工艺试验立题的科学意义及国内外研究综述铁基粉末冶金制品具有突出的技术和经济优势，在
4、汽车、机械、化工、电子等领域得到广泛应用，其中汽车工业是粉末冶金零件的主要用户，粉末冶金制品已成为汽车工业的第四大材料。2010年，全球粉末冶金零件总产量超过230万吨，我国的年产量达到了23万吨，其中铁基粉末冶金材料的行业占比达70%。从汽车行业的需求看，2011年中国汽车产量突破1842万辆，占世界汽车产量的23%，中国已经成为世界第一大汽车生产国及消费国，这将是拉动粉末冶金工业发展的强劲动力。在国外，铁基粉末冶金制品70%以上的市场在汽车工业，而我国只有36%左右。就汽车铁基粉末冶金零件的用量而言，我国平均每辆汽车至少还有710公斤的增长潜力，这可以增加大约20万吨/年的粉末冶金零部件的
5、需求量。此外，世界的汽车、家电、机械和五金等制造产业向中国的大量转移和我国在这些制造业领域的快速发展都为粉末冶金工业提供了非常广阔的市场空间。高品质铁基粉末的制备和高性能铁基制品的开发是铁基粉末冶金工业发展的两个重要方面。铁基粉末是粉末冶金工业的基础原材料，它的品质和产量是决定粉末冶金制品性能和粉末冶金工业发展水平的重要标志之一。我国钢铁粉末产量与美国基本持平，是世界最重要的钢铁粉末生产基地之一。近年来我国铁基粉末冶金材料产量年增长率超过20%，但是我国绝大部分钢铁粉末为单一的纯铁粉产品。制备铁基制品时，需要在纯铁粉末中添加各种合金元素，由于普通机械混合法难以使添加元素均匀粘结在铁粉颗粒表面，
6、存在成分偏析、碳损失和压缩性较低等问题，严重影响了制品的组织和成分均匀性、尺寸精度和产品一致性，制约了我国钢铁粉末在在中高端铁基制品上的应用。为了提高我国铁基粉末冶金行业生产技术水平和产品质量，必须研发具有自主知识产权的新型低成本、高品质粘结化铁基粉末的制备新技术。在铁基粉末中添加特定的功能性组元（如增塑剂）以提高粉末塑性变形能力和压坯密度是粉末冶金领域的一个重要研究方向，需要从润滑剂和增塑剂的配方设计、合金元素添加方式、合金成分设计、混粉装备和混粉工艺等关键技术难点上进行突破。随着铁基粉末冶金零件向汽车或其它机械用关键零部件制造领域的深入，高密度和高性能铁基粉末冶金零件的市场需求量越来越大、
7、性能要求也越来越高。然而，我国铁基粉末冶金制品仍以中低档产品为主，密度仅为6.47.1g/cm3，零件中10%以上的孔隙大幅度降低了材料的综合力学性能，而且存在零件形状复杂性和精度低、产品质量稳定性难以控制、以及产品一致性波动大等问题。密度在7.4g/cm3以上的汽车工业用高品质粉末冶金合金钢结构零件，如高强度齿轮、连杆、200扭矩以上同步器齿毂和齿套、行星轮支架、链轮等仍然依赖进口或传统机械加工，特别是汽车发动机连杆及行星轮支架的生产，国外一直进行技术封锁。目前，高密度铁基粉末冶金零件的制备主要有粉末热锻、温压和高速压制等几种技术。温压成形的密度只能达到7.35g/cm3左右，产品性能已经不
8、能满足日益严格的技术要求。粉末热锻制能够制备出密度高达7.6g/cm3以上的高性能连杆、同步器齿毂和伞齿轮等零件，并在汽车上得到应用，但是粉末热锻存在工艺设备价格太高、能耗大、生产成本高和成品率低等问题。高密度铁基粉末冶金零件的制备技术严重制约了我国汽车工业和其它高端装备制造业的发展，迫切需要开发高性能铁基制品的先进制备技术，特别是高密度、高均匀性和大尺寸的铁基粉末冶金制品。重点解决大尺寸、多台阶粉末冶金零件制备过程中密度和成分均匀性的控制、提高性能稳定性和工艺可控性等技术难题。本课题针对我国粘结化铁基粉末和高密度铁基粉末冶金零件制备技术较薄弱的问题，重点开展高品质粘结化铁基粉末、以及高密度、
9、高均匀性和大尺寸铁基粉末冶金制品产业化关键技术的研究。这对推动我国铁基粉末冶金行业的整体技术和装备水平的提升、加快我国粉末冶金产品结构的调整、以及打破国外在高端铁基粉末和制品领域的技术和市场垄断都具有重要的意义。%（a）国外发展现状与趋势粘结化铁基粉末的研究是国际上制备高性能、高精度铁基零部件的重要发展方向之一。美国赫格拉斯公司、瑞典赫格拉斯公司、加拿大魁北克粉末公司、日本神户制钢和川崎制铁公司代表了粘结化铁基粉末制备的前沿技术。美国赫格拉斯公司采用的是ANCORBOND混粉技术；瑞典赫格拉斯公司开发了STARMIX粘结化处理混合粉末。加拿大魁北克粉末公司研发出FLOMET Powder粘结化
10、处理粉末。日本神户制钢的粘结化粉末命名为Segregation-less powder高密度铁基粉末冶金零件的制备主要采用粉末热锻、温压成形等技术，并且已经实现了工业化生产，特别是通过粉末热锻制备出了密度达7.6g/cm3以上的高性能连杆、同步器齿毂和伞齿轮等零件，并在汽车上得到应用。目前，粉末锻造的核心技术仍然掌握在德国GKN公司、日本丰田汽车公司和美国福特汽车公司等少数企业的手中。粉末锻造存在设备价格过高、能耗大、生产成本高和成品率较低等问题。温压成形的密度只能达到7.30g/cm3左右，产品性能已经不能满足日益严格的技术要求。开发低成本，高性能的铁基粉末零件是粉末冶金工业发展的必然趋势。
11、日本NTN公司于2012年报道了铁基烧结合金的新型制备技术，通过改进原料粉末、成形和烧结条件，以及采用先进的热处理技术，在580980MPa的成形压力下制备出理论密度在95%以上的铁基烧结合金，使致密度、硬度和疲劳性能得到大幅度提高，但是该发明的核心技术并未披露。基于国外铁基粉末及粉末冶金制品 的现状与趋势，高品质铁基粉末的制备和高性能铁基粉末冶金制品制备新技术的研发是我国铁基粉末冶金工业发展不可或缺的。 （b）国内发展现状与现有技术基础目前我国水雾化铁粉年产量已超过11万吨，但是存在压缩性不高和压缩性稳定性较差等问题。占我国市场30%的高压缩性雾化铁粉仍需要从瑞典、美国、日本等国外厂家进口。
12、在粘结化铁基合金粉末方面，我国的种类远少于国外，高档次铁基粉末冶金制品用粘结化粉末几乎全部依赖进口。就粉末冶金制品而言，虽然我国2010年的年产量达到了23万吨，但是主要采用传统压制和烧结工艺制备，生产出的绝大多数中低档产品只能用作承载负荷较低的结构件。我国粉末冶金行业的整体技术水平还有待大幅度提高。为了满足我国汽车工业及其它先进制造业对高性能、大尺寸、精密及复杂形状结构零件的迫切需求，本世纪初国内开始开展高致密度和高性能粉末冶金零部件制备技术的研究。2000年10月中南大学、北京科技大学和华南理工大学联合承担了国家“863”计划，较系统地开展了温压技术的研究，并利用转炉烟尘中铁粒为原料设计温
13、压用粉，获得密度大于7.30g/cm3的粉末冶金零部件。从2005年开始，北京科技大学在国家973计划的支持下开展了粉末冶金高端产品的基础和应用研究，采用高速压制技术成功制备出密度大于7.4g/cm3的铁基零件，这是高性能铁基制品研发的一个良好开端。然而，该技术在制备大尺寸铁基制品方面还存在很多难点，主要包括：均匀合金成分和显微组织的获得，大尺寸、多台阶、复杂形状零件的密度均匀性的控制，以及烧结尺寸精度的严格控制。主要研究内容（1）高密度铁基粉末冶金材料成分的优化设计。通过压制性能对比、烧结致密化行为研究、显微组织表征和力学性能分析进行高密度铁基粉末冶金材料的成分设计并进行优化，满足汽车及先进
14、制造领域用高性能铁基粉末冶金制品对密度、硬度、强度、疲劳性能和磁性能的要求。（2）铁基粉末改性处理技术研究。首先将水雾化铁粉及预合金粉末按颗粒形状和粒度要求进行搭配，然后添加塑化剂并进行增塑处理，接着添加粘结剂后制备成高流动性、合金成分均匀和高压缩性的粘结化铁基粉末。重点研究粉末颗粒的形状、粒度和粒度搭配对粉末特性（松装密度、振实密度和流动性）的影响、粘结剂和塑化剂体系的种类和含量对原料粉末特性的影响、粘结化工艺参数对粉末特性的影响。比较分析增塑处理工艺参数对粉末塑性变形能力的影响。（3）铁基制品高密度成形技术研究。集成粉末改性处理、高速压制、模壁润滑和先进模架模具结构设计技术来获得高密度压坯，进而优化烧结和热处理工艺参数得到高密度铁基制品。重点研究颗粒形状和粒度配比、塑化剂的添加、模壁润滑、模具结构和压制方式对压坯密度及其分布、密度均匀性和尺寸精度的影响。（4）铁基大制品烧结和热处理技术研究。研究铁基大制品在连续烧结过程中的烧结精确控温技术，得出烧结温度、烧结时间、烧结气氛对零件致密度、成分和组织均匀性、尺寸一致性和综合力学性能的影响规律，并阐明高密度铁基粉末冶金材料的致密化机理。研究高密度铁基材料的先进热
