粉末冶金的特点范文

导语：如何才能写好一篇粉末冶金的特点，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】粉末冶金 模具 仿真技术 加工方法

中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-111-01

0引言

粉末冶金是通过制取金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物作为生产原材料，通过过压制成形、烧结等工艺过程，制造出各种粉末冶金制品的工艺技术。现在，这种工艺已经成为我们在新材料研制领域内的重要工艺技术。在粉末冶金工业中，模具对于在很多工序中都有所应用，并且对于整个生产工艺也具有较大的影响。粉末冶金模具是粉末冶金制品生产的重要工艺装备，粉末冶金模具的质量对粉末冶金制品的质量具有直接的影响。然而，粉末冶金模具的质量主要取决于它的加工过程。因此，对于粉末冶金模具加工方法及仿真技术的研究，对于粉末冶金工业具有重大的意义。

1 粉末冶金模具的加工方法

目前，对于粉末冶金模具的先进加工方法种类很多，其中各种加工方法也是各有特点。现就几种主要的粉末冶金模具加工方法进行介绍，并对各种方法的特点和对粉末冶金模具的影响进行探讨。

1.1 电火花加工方法

电火花加工的方法，是通过在放电瞬间产生剧烈高温。然后，利用这一高温将工件的表面熔化（甚至汽化），从而达到机械加工的目的。这种加工方法在一些难以加工的超硬材料加工中具有明显的优势。

（1）电火花加工方法的特点

电火花加工方法能够有效的填补常规的机械加工方法对于难加工材料的不足，适用于对于强度高、熔点高、硬度高等难加工的材料的加工。另外，由于电火花加工方法直接利用电能与热能进行加工，因此在加工过程中可以实现加工的自动化控制。再者，这种加工方法的精细度很高，对于粉末冶金模具这种加工质量要求较高的产品是一种较为合适的加工方法。不过，这种方法也存在着一定的缺点，那就是利用电火花加工方法加工的粉末冶金模具的表面粗糙度较高，会对粉末冶金工业造成一定的影响。

（2）电火花加工方法在模具加工中的应用

在粉末冶金模具电火花加工中，常是通过使用数控电火花机床来进行加工的。数控电火花机床可以实现粉末冶金模具的精密加工，确保满足粉末冶金模具的质量要求。在粉末冶金模具的尺寸精度、仿形精度和表面质量等方面将发挥重要的作用。

1.2 仿形磨削加工方法

利用仿形磨削加工方法加工粉末冶金模具，即是通过利用专门的平面磨床，通过仿形尺对粉末冶金模具进行仿形磨削。这种粉末冶金模具加工方法的特点是其加工生产的粉末冶金模具的精密度较高，且表面较为光滑、平整，粗糙度较低。这种加工方法的缺点是加工效率较低。

1.3 数控线切割加工方法

数控线切割加工的方法，是通过将金属丝电极安装在一个转动的贮丝筒上，然后分别将被切割工件与金属丝电极接到高频电源的正、负极上，通过计算机技术控制控制电极的移动方向，并通过电火花加工达到自动切割的目的。

数控线切割方法是计算机技术与电火花加工技术的结合，可以发挥电火花加工方法的优点，还可以实现自动切割的目的。其在粉末冶金模具的加工上具有重要的作用。由于这种加工方法对于电极没有特别的要求，并可以对各种硬度和形状的工件进行加工。数控线切割加工的方法，还可以反复的使用电极丝，加工损耗小、精度高等特点，非常适合粉末冶金模具的加工生产。因此，数控线切割加工的方法也是目前在粉末冶金模具加工中最常用的方法之一。

2 粉末冶金模具的数控加工动态仿真

计算机仿真技术在各类科技领域都有广泛的影响，随着计算机仿真技术不断发展成熟，已经可以应用到产品从概念设计到结束使用寿命的整个周期的各个环节中，其中在产品的加工阶段应用更为广泛。在粉末冶金模具的加工过程中，仿真技术的应用将对粉末冶金模具的加工行业，甚至整个粉末冶金工业都具有重要的意义。

在粉末冶金模具的加工过程中，建立一个较为精确的数控加工动态仿真模型，通过模拟整个模具加工过程，从而获得在粉末冶金模具加工过程中所需的几何数据和力学信息，以及加工过程中可能发生的不良影响和可能出现的偏差值。通过数控动态仿真模型，便可以在加工前获得准确的信息，规避可能产生的不良影响，有效的降低了加工失误、偏差等现象发生的可能性。

在粉末冶金模具的加工过程中，利用精确的数控加工动态仿真模型，可以获得准确的数控加工代码，避免加工的错误和偏差；另外，还可以对加工误差值、刀具磨损等进行预测，为保证粉末冶金模具的质量要求和刀具的更换提供重要的参考信息。因此，在粉末冶金模具的制造加工过程中，计算机仿真技术发挥了重要的作用，对于保证模具加工生产的质量和提高模具生产效率都有很大的帮助。

3 结语

粉末冶金模具的加工，对于粉末冶金制品的质量具有很大的影响。目前，对于粉末冶金模具的加工方法仍具有很大的发展空间，计算机仿真技术在粉末冶金模具加工中的应用，也还需要人们不断的进行发展和研究。

参考文献：

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关键词：双联齿轮；粉末冶金；模具

双联齿轮就是两个齿轮连成一体，这种双联齿轮在轮系中（变速器）被称为滑移齿轮，它的作用就是改变输出轴的转速或速度。齿轮箱里，有滑移齿轮就可以有多种转速或速度，没有滑移齿轮就只有一种转速或速度。对于高强度铁基粉末冶金的双联齿轮应用更是广泛。下面我们就来探讨一下它的设计和开发问题。

一、产品分析

随着粉末冶金技术的迅速发展，使得制造高性能低成本的齿轮制品成为可能。可见采用高性能粉末冶金材料能满足齿轮的弯曲疲劳强度与接触疲劳强度的要求。双联齿轮产品见下图1。根据双联齿轮的使用情况分析其失效模式，其主要失效形式是轮齿折断和齿面磨损。解决此问题的主要措施是采用粉末冶金材料或合金钢热处理及表面处理技术，进行齿轮强度校核，分别计算齿轮的弯曲应力与接触应力，并确定高性能粉末冶金材料齿轮的许用弯曲应力与接触应力。

二、工艺设计

产品的开发工艺为：混料――压制――烧结――浸――机加工――热处理――机加工――油浸。根据工况分析此产品必须具有高强度与良好的耐磨性。

1）材料设计：根据产品的使用情况选用具有高强度的铁基粉末冶金材料Fe-1.3Cu-0.8C-1.7Ni-0.5Mo。因本产品要进行切削加工，考虑对加工刀具的磨损，加入质量分数为0.35%的MnS。铜与铁的湿润性很好有利于提高材料的密度和强度；镍主要提高材料的强度与硬度，并明显改善其冲击韧性，镍铜同时进行合金化以稳定烧结品尺寸；钼主要是提高材料的强度与淬透性，有效地减少回火脆性；硫化锰主要提高烧结品的切削加工性能。原料粉末混合后要具有良好的流动性和压制性能，以保证具有复杂结构的齿轮制品在成形时的密度分布均匀。

2）压制与烧结：采用60t的全自动成形压机进行产品的压制，必须保证压制品的密度分布均匀且分割密度小于0.1g/cm3。烧结工艺：在有快速脱脂装置的网带式烧结炉中1120度的温度，90%氮和10%氢的气氛下烧结25分钟，烧结时严格控制烧结气氛的碳势，以免脱碳影响齿轮的烧结性能。

3）表面热处理：网带炉进行渗碳热处理。具体工艺为：860度下在碳势0.8%的保护气体中奥氏体化30～60分钟，10#油中淬火至80度，冷却到室温后再在100～200度下回火1小时，以减小淬火应力、降低脆性并保持高强度。

4）后续机加工：一次机加工是根据产品图对双联齿轮的烧结体进行机加工，二次机加工主要是在热处理后加工其柱面外圆保证其装配精度。

三、成型模具设计

根据不等高粉末冶金制品模具以及齿轮模具的设计原理，结合所研制产品的结构特征采用“上二下三”模具成形方案，成形结构示意图如图2所示，压制成形状态图如图3所示。“上二下三”模具成形方案，采用两个上模冲与三个下模冲成形。

此成形方案有如下特点：

1）产品的成形性：此方案更有利于压制时粉末的移动送粉，从而获得密度分布较均匀的压制品，使大小齿轮部位具有很高的结合强度。

2）产品的机加工：此方案凹槽直接成形，大齿轮端面凸起部位便于机加工。

3）模具的结构：此方案模具结构复杂，三个下模冲成形加大了模具的磨损，影响其使用寿命以及压制品的精度。通过上述成形方案的分析可知，为了得到密度分布均匀且合理的产品和便于机加工并降低成本，可采用先进的全自动粉末冶金压机来保证具有复杂结构的制品压坯的成形。所研制的粉末冶金齿轮的精度主要由粉末冶金模具保证。粉末冶金模具的服役条件非常苛刻，阴模受到摩擦与交变拉应力作用，失效形式是磨损。模冲不仅受到摩擦作用，还承受冲击和传递很大的压应力，因此失效形式主要是崩裂、剧烈磨损以及断裂。复杂的模具结构决定必须选择较好的模具材料以满足其韧性和耐磨性要求。成形阴模采用硬质合金YG8，成形上下模冲采用进口的高速钢SKH9。

四、研制结果

齿轮材料的金相组织是：烧结态组织主要由片状珠光体、残余奥氏体、铁素体和孔隙组成；热处理态组织主要由回火马氏体和残余奥氏体组成。对此成形方案的烧结品、热处理品分别进行齿轮抗压强度测试和尺寸检验。齿轮强度测试在万能材料试验机上进行齿轮抗压试验，要求齿轮与压块以线接触形式在齿面上均匀接触，齿轮A与齿轮B分别跨14与2齿测试齿轮抗压强度。所研制的铁基粉末冶金双联齿轮装机进行. 万次负载耐久试验，齿轮齿部无明显的凹陷、擦伤和点蚀，满足使用要求。

五、结语

1）通过产品分析、材料成分设计、制备工艺确定以及成形模具设计，详述了高性能铁基粉末冶金汽车双联齿轮制品的研制过程，装机试验表明成功开发应用于汽车上铁基粉末冶金双联齿轮。

2）产品研制过程中采用自主开发的高性能低成本的铁基粉末冶金材料Fe-1.3Cu-0.8C-1.7Ni-0.5Mo-0.35MnS，产品性能测试、尺寸检测以及装机试验结果表明，所研制的齿轮达到使用要求，尺寸的稳定性可满足批量生产的需要。

参考文献

[1] 朱孝录主编.齿轮传动设计手册[M]. 化学工业出版社， 2005

[2] 上海市新材料协会粉末冶金分会，上海汽车股份有限公司粉末冶金厂编，张华诚主编.粉末冶金实用工艺学[M]. 冶金工业出版社， 2004

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•力学强度，特别是疲劳与抗冲击强度( 图 2);

•尺寸精度。

除了通过研发新合金改进外，若能将粉末冶金钢加工到孔隙度为 0 时，粉末冶金钢的力学性能可能会和锻钢的性能相比拟或会超过之。特别是，低密度粉末冶金零件的静态强度相当高，即密度为6. 9g / cm3( 87%理论密度) 时，静态强度约为锻钢强度的 70%，而密度为 7. 4g/cm3( 94% 理论密度) 时，静态强度约为锻钢强度的 95%。可是，孔隙度对疲劳性能有重大影响。一般密度为 7. 1g/cm3的粉末冶金钢的弯曲疲劳强度不大于锻钢的 60%。在许多应用中，负载在零件表面或其附近会产生高应力，因此，并不需要整个零件具有全密度。在这些场合，强化粉末冶金钢最引人注意的加工工艺是选择性表面致密化( Selective Surface Densifica-tion，SSD)［1 －14］。这种工艺形成的表面致密化层厚度为 0. 2 ～ 1. 0mm，而密度梯度的范围从表面的孔隙度接近于 0 到一般零件心部的孔隙度为 10% ( 体积分数)［11 －14］。SSD 是一种加工工艺，已成功地用于使高负载零件表面致密化。PMG 集团开发出了一种拥有专利的SSD 工艺———DensiForm ，是一种采用挤压( DensiForm E) 或横向辗压( DensiForm R) 的冷成形加工工艺。SSD 的最重要应用是负载转矩的零件( 诸加齿轮) 与负载磨耗的链轮。这2 种零件在顶点或其表面稍下都遭受脉动应力，因此，主要是这些部位需要改进强度与耐磨性。本文阐述了手动变速器的螺旋齿轮与无声链条传动装置的直齿链轮的生产，特别是选择性致密化及所制备的材料性能和使用性能的数据。

1 试验

1. 1 链轮与螺旋齿轮的生产

表面致密化齿轮与链轮( 图 3( a) 、( b) ) 都是用批量生产的水雾化钢粉生产的，钢粉是用 1. 50%( 质量分数) Mo 预合金化的，并且预混合了 0. 20%( 质量分数) 的石墨。2 种零件都是按照下列工序生产的:

•压制有余量的零件;

•烧结到约 90%理论密度;

•用横向辗压( DensiForm R) 或挤压 ( Densi-Form E) 分别进行表面致密化;

•去毛刺;

•表面硬化;

•精加工。

这 2 种零件都是在液压式压机上于 600 ～650MPa 下压制的。其中，在齿轮的生产过程中，用变速器从动连接器来旋转阴模零件［10 －12］。烧结是将成形的零件生坯置于陶瓷板上，在标准的带式炉内，于吸热性煤气中 1120℃ 下烧结 30min。要严格控制炉内的碳势，以使零件的含碳量接近初始水平。齿轮与链轮都是以冷却速率约 0. 2K/s，从烧结温度缓慢冷却，以形成铁素体-珠光体的显微组织。二者的烧结态零件的平均密度都很均匀，即心部的密度为 6. 98 ～7. 02g/cm3。烧结后，2 种零件都用 DensiForm 工艺进行了表面致密化。其中，齿轮是在控制圆形力的辗压机( 图 4( a) ) 上进行表面致密化的，而链轮是在精整压机上用挤压型工艺( DensiForm E，图 4( b) ) 进行的表面致密化。前一种加工工艺是将有余量的烧结态齿轮置于 2 个配对的辗压工具轮之间的中心，当工具轮与齿轮接触时，逐渐施加负载，工具轮使齿轮表面致密化，一直进行到达到预定的中心距离，在文献［10 －14］中对这些加工工艺进行过详细说明。链轮的表面致密化是用模具挤压进行的，见图 4( b)［15］。这种加工方法会产生毛刺，可在挤压后除去。2 种零件在表面致密化加工后都要进行表面硬化处理，以使表面含碳量达到 0. 5%( 质量分数) 的水平。由于齿的弹性与回弹，辗压后会产生相当明显的挠曲变形，从而导致在齿的前、后断面产生齿廓与对中误差［10］。这些偏差都可用研磨除去，齿轮最后的品质与形貌和研磨的常规钢齿轮一样。在研的粉末冶金齿轮的品质为 DIN7 或更好。

1. 2 金相

表面致密化层的密度分布非常重要。因此，将齿轮与链轮在砂轮切割机上用专用夹具切割了垂直于齿廓的横断面。关于金相试样制备和致密化层的各种显微结构中孔隙的特征的鉴定方法，即孔隙的体积分数、孔隙的大小与取向可参见文献［14］。

2 显微组织与性能

2. 1 表面致密化的齿轮

图 5( a) 示表面致密化后，螺旋齿轮中的典型孔隙分布。致密化表面层( DSZ) 清晰可见。显然，用辗压工艺形成了实质性的密度梯度。在表面层接近全密度，而在深度约 1mm 处密度逐渐减小到了心部孔隙度的水平。相对密度与深度的关系如图 6( a)所示。辗压形成了一层接近全密度的表面层，即孔隙度 ＜2% ( 体积分数) 的表面层，深度距离约达到300μm。超出这个区域之外，观察到密度逐渐呈 S型减小，在深约 1mm 处开始拉平到心部密度水平，约 90%理论密度。而且，在左、右齿腹之间没有观察到明显差异。沿着对中方向测量了齿轮的表面品质，其和噪声产生关系最密切。研磨后，表面的粗糙度值 Ra ＜1. 8μm，这可与参照的常规钢齿轮相比拟［16］。在每一道加工工序之后，都在 3D-Mohr 齿轮测量机上测量了典型尺寸与齿轮误差。关于每一道加工工序之后齿轮品质的演变见文献［10 －12］。

2. 2 表面致密化的链轮

链条链轮在选择性表面致密化之后齿中的孔隙分布如图 5( b) 所示。和螺旋齿轮一样，挤压会形成相当大的密度梯度，在深度达 0. 3mm 的表面层中密度 ＞98%理论密度，而在深度约 1mm 处密度逐渐减小到了心部孔隙度的水平。相对密度与表面层深度的关系见图 6( b) 。可观察到密度的 S 型减小及孔隙度的分布与表面致密化的齿轮相同。而且，在左、右齿腹之间没有明显差异。用负载 1kg 的 Vickers 压痕仪测定了表面硬化链轮的硬度( 图7( a) ) 。图7( b) 示横穿齿横断面的硬度曲线。在链轮表面层的表观硬度超过了800HV1，这个硬度值相当于含碳量为0.5%( 质量分数) 的全马氏体常规钢的硬度。这个结果是惊人的，因为孔隙度为10% ( 体积分数) 的粉末冶金钢的 Vickers 硬度值很难超过350HV5。显微组织观察表明，在表面层实际上是孔隙度为0 与高含碳量和显微组织全部为马氏体相结合。相反地，心部的硬度在孔隙度为10%( 体积分数)与含碳量为0.2%( 质量分数) 下为300 ～400HV1，这位于常规的未致密化粉末冶金钢的硬度范围之内。

3 使用性能结果

3. 1 表面致密化齿轮

粉末冶金齿轮和参照的常规钢齿轮的承载能力的研究都是在亚琛工业大学的 WZL( 机床与工具试验室) 的三轴总成的成对试验台架上进行的( 图 8( a) ) 。用可变中心距离进行控制，这种台架是在2 500rpm 下运行的。转矩是用扭转连接器和一加载杠杆施加的，将驱动转矩传输到固定有粉末冶金齿轮的中间轴。试验是在 60℃下，于 Castrol BOT 328 油中进行的。当发生损坏( 通过噪声级监控) 或运行 50× 106周( 于2 500rpm 下运行167h) 时试验终止。试验结果汇总于图 8( b) 。表面致密化与研磨后的粉末冶金齿轮的承载能力和形状相同的常规钢齿轮位于同一范围之内。例如，施加的转矩为 340N•m( 相当于齿根应力为 700MPa) 时，齿轮因在 10× 106～ 50 × 106周之间齿根断裂而失效( 参见图 8( b) ) ，而齿腹未损坏和无点蚀痕迹，即在这个负载图中，齿轮是由于齿根的疲劳裂纹扩展，而不是因点蚀而失效。在变速器的工况下，在用户的试验台架上用研磨的粉末冶金齿轮与常规钢齿轮进行了补充试验［16］。采用的试验条件如下: 在 2 500rpm 下输入的转矩为 212N•m。粉末冶金齿轮和常规钢齿轮都顺利地通过了这种负载试验而没有失效。

3. 2 表面致密化链轮

将经过表面硬化处理的表面致密化链轮和未经表面致密化加工的参照零件，安装在用户的拥有专利权的链条驱动试验装置中，用无声链条进行了试验。在预定的时间间隔内中断，然后检验链与链条的磨耗性状。如图9( a) 所示，未经致密化加工的链轮磨耗非常严重，仅只经过预计的试验时间的 25%之后，就将所有的齿都磨没有了; 另一方面，经过表面致密化加工的链轮，在预计的试验时间间隔以内仍保持完好，齿腹的磨损几乎可忽略不计( 图9( b) ) 。

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关键词：凸轮轴信号盘；粉末冶金；尺寸精度

中图分类号：U466 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2013）04-0058-06

发动机是汽车的动力源，而信号盘相当于控制发动机的开关，其相位角度的设计及精确控制，对发动机各个气缸的协调工作起着至关重要的作用，信号盘提供信号给转速传感器，转速传感器再把信号传递给ECU，ECU收到该信号就控制发动机喷油及点火。当信号盘旋转时，磁路中的气隙就会周期性地发生变化，磁路的磁阻和穿过信号线圈磁头的磁通量随之发生周期性变化。根据电磁感应原理，传感线圈中就会感应产生交变电动势，而产生的交变电动势控制着气缸点火时间及顺序，需要信号盘具有精确的相位角度；由于电磁感应式传感器输出电压的峰值随转速的大小而变化，在发动机启动时的低速状态下，感应电压很低，也需要信号盘的信号齿具有良好的磁感应性能，以提高信号输出灵敏度。

1 产品设计

1.1 产品性能设计

凸轮轴信号盘是传感器的信号转子，装配在凸轮轴上，利用其外圆的4个凸齿，在磁场里旋转过程中产生周期变电动势，控制发动机点火顺序，保证点火正时。主要利用其良好的磁感应性能及精确的相位角度，保证发动机各个气缸的协调工作，因其产生的信号是通过电流传递给ECU，为了削弱磁场对电流的影响，信号盘本身的磁场强度应有严格的限制。

1.2 产品结构设计

凸轮轴信号盘产品见图1。信号盘外圆有4个凸齿，2个68°大凸齿，2个18°小凸齿，2个72°大缺齿，2个22°小缺齿。信号盘每转过一个凸齿，传感器中就会产生一个周期变电动势，并相应地输出一个交变电压信号，故凸轮轴旋转一周会有4个交变信号产生，ECU每接收4个信号，即可知道凸轮轴旋转了一圈。

2 工艺方案设计

产品内孔精度等级较高，达到了8级精度，销孔精度达到7级；产品外圆信号齿角度的精确性关系到装机后信号的准确性，另外根据产品的使用工况，要求产品具有较低的剩磁强度，较高的齿部密度。产品主要技术要求如表1所示。

根据上述分析，结合供应商实际生产情况，确定此零件的生产应该包含以下主要工序：

（1）成形：保证产品的外形以及密度要求，如相位角度，內孔尺寸；

（2）烧结：保证产品基本性能的要求，如强度、硬度、密度等；

（3）整形：对烧结变形的产品进行外形的校正，同时提高内孔以及信号齿角度的精度；

（4）钻孔、铰孔：保证产品销孔达到要求。

（5）退磁：保证产品有较低的剩磁强度。

3 成形方案设计

3.1 方案设计以及压机选择

（1）考虑产品的工艺性能、形状、精度以及表面的要求，除了定位销孔处必须采用机械加工外，其余均可以不采用后续机械加工。

（2）通过产品结构分析，零件上端面1个台阶面，下端面2个台阶，整体上构成一个典型的上二下三结构的粉末冶金结构件，在粉末冶金压坯形状上定义为Ⅳ型压坯，Ⅳ型压坯必须由阴模，一个上模冲、三个下模冲和芯棒组成的模具成形，由于沿压制方向横截面有变化的不等高压坯，要保证其密度的均匀性，必须按相同的压缩比来计算装粉高度，同时为了保证外圆凹槽根部的圆角能够光滑过渡，采用台阶阴模结构取代了1个下模冲。

方案1：成型方案采用上一下二结构，信号盘正面信号齿部（A区）、齿根（B区）、台阶（C区）为一整体模冲，造成ABC区密度分布极不均匀，从其硬度分布可以得到验证（A区平均硬度32HRB， B区平均硬度52HRB，C区平均硬度70 HRB）。因为ABC区为一整体模冲，在成型时，A区松装填充不够，造成成型后密度低，而A区恰好是信号作用区域，磁感应强度和产品的密度值直接相关，密度越高，磁感应强度越高，若密度低，对其磁感应强度及传递信号准确度还是不容忽视的。矫顽力和磁导率都对孔隙杂质敏感，孔隙和杂质含量越少，矫顽力场就越小，磁导率就越高，若密度越低，孔隙就越多，对其矫顽力和磁导率影响就越大。故对于粉末冶金信号盘，其信号作用区齿部密度不宜过低。

方案2：成型方案采用上一下二+台阶阴模结构（上一下三结构），信号盘正面信号齿部（A区）、齿根（B区）为一模冲，台阶（C区）为台阶阴模。因为ABC区是分冲结构，在成型时，AB区和C区的松装填充可调，使得成型后ABC各区密度均匀，从其硬度分布及波动可以得到验证（A区平均硬度61 HRB， B区平均硬度66 HRB，C区平均硬度64 HRB）。A区的密度相对提高（方案2产品硬度61 HRB大于方案1产品硬度32 HRB），而A区恰好是信号作用区域，故方案2信号盘磁感应强度比方案1产品要好。同时方案2产品整体密度均匀，在装配过程中不会产生破裂，提高了产品各项性能要求。

（3）通过产品结构计算此产品所需压制压力，需130 T的成形压力。

（4）考虑到压坯各部分的密度分布的均匀性，压坯的精度、模冲的个数，以及成型过程中粉末的移动以及供应商成型压机的特点、模架结构，为充分体现粉末冶金的特点，此次选择带用上三下三模架的机械式S-200T压机。

3.2 模具参数设计

新开发凸轮轴信号盘模具设计主要参数如表2所示。

3.3 成型动作解析

成形动作：装粉上冲下行阴模强制拉下下浮动冲落在挡块上台阶阴模落在挡块上成形终了上缸给保护压力阴模止挡打开脱阴模下浮动冲挡块打开脱浮动冲脱芯棒上缸回程机械手夹持脱出产品。

（1）装粉：因为该零件壁厚较薄，粉末之间会产生拱桥效应，为了使装粉均匀，必须采用装粉效果较好的吸入法装粉。

（3）压制成形：上冲下行与阴模合缝后，强制拉下阴模，下浮动冲落在挡块上，上冲与阴模继续下行直至阴模落在挡块上，调整阴模和外浮动冲的压制速率，避免因非同时成形而产生裂纹。

（4）脱模：采用阴模拉下式脱模，即阴模向下运动，逐渐脱出下外冲、下内冲、芯棒。脱模时要注意采用保护脱模，即脱模过程中上模冲给予产品一定的压力，待下外冲脱出阴模的同时撤去上外冲的保护压力，上内冲继续保持压力，直至下内冲脱出阴模，最后中心缸将芯棒抽回。保护脱模可以避免产品出现掉块、裂纹等外观缺陷。

成形装配示意图如图3所示。

4 材质工艺设计

原材料选择依据：根据凸轮轴信号盘的工作原理、粉末冶金件凸轮轴信号盘的综合性能及尺寸要求，原材料应该具备以下四个方面的性能：

（1）磁性能好。对于磁性材料，碳的存在降低一定的磁性能，故碳含量应尽量低。同时，磁感应强度和产品的密度值有直接相关，密度越高，磁感应强度越高。矫顽力和磁导率都对烧结条件和间隙杂质敏感，烧结温度越高和杂质含量越少，矫顽力场就越小，磁导率就越高。烧结温度越高，时间越长，金相组织平均晶粒尺寸就越大，孔隙越圆滑，磁性能就越好[1]。

（2）压制性和稳定性好，磁性材料，传递信号部位密度越高，磁感应强度越高，传递信号就越准确。磁性粉末又必须同时具备稳定的粒度分布与粒度组成且化学成分均匀、无偏析、稳定的流速以及稳定的松装密度等重要特性。由于在混料中可能产生的不均匀，包括比重偏析在内的混合料不均匀性，在烧结中因烧结温度和保温时间及压坯密度不均匀等造成的扩散不充分，则会引起组织不均匀，并使零件性能产生波动。而采用Fe-Cu-C粉末原料，因Fe和Cu的比重相差不大，不容易发生偏析[2]，且Cu相对较软，能提高压制性能。

（3）尺寸稳定性，凸轮轴信号盘信号齿角度精度越高，传递信号的准确度就越高，其金相组织平均晶粒尺寸越大，孔隙越圆滑，磁性能就越好。但对于粉末冶金件，要使其组织平均晶粒尺寸越大、孔隙越圆滑就需要较高的烧结温度和较长的烧结时间。而烧结温度越高，时间越长，尺寸变化又越大[3]，尺寸精度尤其是相位角度就难以保证。同时信号盘需装配到凸轮轴上，其内孔精度及材料的强度和韧性一定要保证。综合以上各种因素，选择添加少量的C及一定比例的铜，既能稳定产品尺寸变化，提高强度、韧性，还能提高密度，降低孔隙率，后续再通过整形对零件的尺寸以及形位公差进行校正。既保证了可靠磁性能，又保证了产品强度、韧性及尺寸要求。

（4）烧结后要满足产品既定的性能要求：产品密度≥6.4 g/cm3 ，硬度≥40 HRB，抗拉强度≥300 MPa，延伸率≥1%。

根据以上提出的材料性能要求，经过性能试验对比和烧结综合参数测定，结合现有的材料标准提供的相关材质达到的性能指标，选取Fe-Cu-C材料。

综上所述，选取供应商牌号为F1407的铁粉，其性能参数如表3所示。

5 烧结工艺设计

为保证凸轮轴信号盘在烧结过程中具有理想的金相组织，稳定的尺寸，结合供应商现有设备实际特点，选用德国进口的步移梁式烧结炉，步进梁式烧结炉具有以下优点：

（1）能够实现高温烧结，提高烧结温度可以提高生产效率，实践中发现提高55℃烧结温度对致密化程度的影响效果相当于延长烧结时间几十倍或几百倍[4]。

（2）在工作过程中可提供连续的、可重复的时间-温度-气氛曲线，这在粉末冶金生产中非常重要，当炉子的舟速一定时，各个温度可控带设定的温度以及气氛组成、气氛流量已经确定时，则通过该烧结炉的所有压坯都是在一组相同的工艺参数下烧结的，结果是建立了一条稳定的加热曲线，这就保证了烧结零件的质量即零件尺寸、性能的均匀一致性[4]。

（3）操作简单，自动化程度高；辅料消耗和热损失小，零件受热均匀；依据所选烧结炉制订烧结炉工艺，即各区温度、烧结速度，以及气氛流量的大小，结合烧结炉的结构、负荷的大小、加热时间以及保温时间并结合粉末具体参数变化，确定了以下摆放方式，即采用架烧模式，产品4x4均匀摆放在石墨垫板上，产品间隔10～20 mm，如图4所示。

6 整形工艺设计

6.1 整形方式的选择——全整形

为了保证信号盘的端面端跳、齿相位角度、平面度以及内孔精度，必须对烧结后的毛坯进行全整形，即内外径以及高度方向均产生塑性变形。全整形塑变充分，产品出模后弹性回弹小，制品的内外径尺寸精度可达到IT6-7级[5]，满足本产品设计要求。

6.2 整形方案设计

（1）因为产品成形和烧结后，产品下部两个台阶面的高度可能会和预想的会有差异，所以下冲最好做成分冲，这样根据烧结后产品上下两个台阶的高度，可以调节好分冲之间的段差。

（2）理论上整形时应先让下外模冲和上模冲接触产品，再让下内冲接触产品，这样可以避免产品在台阶圆角处出现裂纹，实际上整形时压下量只有0.1 mm左右，在压机上不易测量，可根据产品出模后的状态做进一步的调整。

6.3 压机的选择

根据产品的形状以及整形方式，决定了整形压机必须选择带上二下二或上二下三模架的压机，同时该产品的整形压力经过计算需要100 T左右，结合供应商的实际情况，选择带有上二下三结构模架的315 T液压机。整形装配图如图5所示。

7 后加工工艺设计

凸轮轴信号盘销孔精度达到7级，其位置与产品外圆齿开口角度的位置关系精确度关系到装机后信号的准确性，故其孔径及孔位置精度的尺寸尤为重要。

（1）在样件阶段采用的是钻孔、铰孔方式，钻孔和绞孔是分开完成的，设计了专用夹具及检具，保证产品质量。

（2）量产后考虑使用专机加工，设计一套专用夹具，保证在一次装夹的情况下完成钻孔、绞孔、检测、压装，提高效率。

8 产品的性能及尺寸测试结果

对于不热处理的粉末冶金零件，烧结后产品的性能已确定，故产品关键尺寸检测如表6所示。

产品所有关键尺寸PPK>1.67，过程能力充分。

9 结论

（1）合理的成形模具分冲设计，使得凸轮轴信号盘各区密度均匀，提高了信号输出灵敏度。

（2）合理的烧结及全整形工艺设计，有效地提高了信号盘的相位角度、内孔IT8级精度等要求，保证了对发动机各个气缸工况的精确控制。

参考文献：

[1] 黄培云.粉末冶金原理[M].北京：冶金工业出版社，1997.

[2] 韩凤麟.粉末冶金零件设计与应用必备[M]. 北京：化学工业出版社，2001.

[3] 刘传习，周作平.粉末冶金工艺学[M]. 北京：科学普及出版社，1985.

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飞机刹车副潜力无限

新材料享受政策红利

当前股价：

今日投资个股安全诊断星级：

公司简介

博云新材是国内领先的先进复合材料制品生产企业，公司军用、民用飞机刹车副（粉末冶金飞机刹车副、炭/炭复合材料飞机刹车副）、航天用炭/炭复合材料、环保型高性能汽车刹车片、高性能模具材料等四大产品类具有自主知识产权，技术领先。公司在先进复合材料领域“基础研究-应用研究-产业化”链条较为完善、竞争力强，自主开发的炭/炭复合材料性能达到甚至超过国际先进水平。

主营收入。公司营业收入和营业毛利主要来自四大类产品。2009年前三季度，公司实现主营业务收入和归属于母公司的净利润分别为15753.97万元、1971.46万元，分别比2009年同期增长27.22%、13.83%。

经营情况：国外企业在先进复合材料领域具有绝对的优势，国内市场份额主要由外资把持。公司产品的价格仅仅约为国外同类产品价格的60%，具有较高的性价比优势和巨大的进口替代需求。随着国内军用、民用航空的快速发展和汽车工业（尤其是国产品牌）的高速增长，市场对公司产品需求旺盛，公司主要的产品供不应求。从盈利能力来看，公司销售毛利率和销售净利率比较稳定，即使在金融危机期间也没有明显的下滑趋势。公司稳定的期间费用率展示了良好的三费控制能力，近年来销售费用率、管理费用率比较稳定，财务费用率在公司募集资金到位后大幅下降。

核心竞争力：博云新材核心竞争力来自在粉末冶金复合材料领域强大的研发实力，其炭/炭复合材料是具有全球竞争力的产品。公司成功开发的飞机刹车副、航天用炭/炭复合材料等产品技术含量高，打破了国外竞争对手长期垄断的格局，确保了国家航空战略安全，在国防上具有重要的战略意义。由于航空航天产品对材料的安全和性能有极高的要求，各国政府均实施许可证（PMA）式生产方式，公司拥有俄罗斯图波列夫设计局颁发的生产许可证，还是国内企业取得波音系列飞机刹车副PMA证书数量最多的企业，而且空客部分机型飞机刹车副PMA项目已批准立项且取得部分PMA证书，这些资源也是公司的核心竞争力。

产品技术先进 潜在市场巨大

粉末冶金复合材料是以传统的粉末冶金技术为基础，结合先进复合材料技术制备的材料，产品广泛应用于航空、航天、交通运输、工程机械和能源等领域，在国际上仅有少量的国家拥有核心生产技术。博云新材的产品包括军用、民用飞机刹车副（粉末冶金飞机刹车副、炭/炭复合材料飞机刹车副）、航天用炭/炭复合材料、环保型高性能汽车刹车片、高性能模具材料四大类。

飞机刹车副：飞机刹车副在重要性上是和发动机媲美的A类消耗性部件，是飞机安全运行的重要保证。博云新材是南方航空、厦门航空、上海航空、海南航空等公司和军用刹车副合格供应商，其中，图-154飞机刹车副全面出口前苏联各国，空客320系列飞机刹车副已成功试飞并取得PMA证书。在国内民用飞机刹车副市场上，国外厂商在粉末冶金刹车副和炭/炭复合材料刹车副的市场份额都超过80%。公司生产的炭/炭复合材料刹车副的部分性能已经超过国外同类产品，又具有绝对的价格优势，已经发展成为最大的国产供应商，目前在两个领域的市场份额分别为10%和6%。国内民用航空的快速发展，公司产品性价比优势将使公司产品有更多的进口替代需求。我们预计未来随着我国航空业高速增长，公司产品的市场空间逐渐扩大、市场份额将不断上升。目前，公司拥有2500套粉末冶金材料飞机刹车副和2000套炭/炭复合材料飞机刹车副产能，募投项目产能为4000套炭/炭复合材料飞机刹车副，增长200%，我们预计该项目2011年将开始贡献业绩。

航天用炭/炭复合材料：在航空航天领域，炭/炭复合材料广泛应用于航天飞机的机翼前缘、火箭发动机尾喷管等超高温部位，是火箭发动机的关键技术之一。国内航天火箭发动机喷管均采用炭/炭复合材料，公司已有多个型号的产品定型批产。我国将大力发展航空航天技术，公司将是我国航天产品做大做强的最大受益者之一。目前公司拥有2000公斤的产能，募投项目2000公斤产能将于2011年达产，产能增长幅度为100%。

环保型高性能汽车刹车片：汽车刹车片是汽车安全行驶的可靠保证，在汽车零部件名录上被列为A类关键性安全部件，具有易损耗、更换快的特点。目前，无石棉环保型刹车片是市场的主体，其中陶瓷基摩擦材料和非金属（无钢纤维）摩擦材料占据了高端汽车刹车片市场。公司的汽车刹车片技术已经达到国际顶尖水平，完全掌握陶瓷基刹车片的关键技术和生产工艺、具有非金属刹车片的技术和生产能力、全陶瓷刹车片、炭/陶刹车片和炭/炭刹车片也已进入开发验证阶段。公司产品已成为中国一汽集团、东风汽车、上汽通用五菱、长丰捷报等汽车主机厂的主要配套厂家，公司还积极介入国外汽车主机企业采购链，为美国通用汽车（GM）、德国博世（BOSCH）、美国德尔福（DELPHI）、澳大利亚泛太集团（PBR）和全俄汽车制造股份有限公司等国外汽车主机厂开发的汽车刹车片项目进展顺利，与美国H.M.公司合作开发的高性能刹车片已批量供货。

高性能模具材料：模具材料是模具工业生产的基础工艺材料，高性能模具材料产品主要应用于级进冲压模等高端模具领域。我国在高性能模具材料制备技术和模具加工技术等方面与发达国家存在较大的差距，国内市场主要由外国品牌控制。公司的高性能模具材料制备技术达到了国际先进水平，而产品价格仅为国外产品的55%左右。凭借卓越的性价比优势，公司目前已经打入国内高性能模具材料市场，向国内电机定转子级进冲模模具前两位企业宁波震欲和慈溪鸿达批量供货，产品销量逐渐扩大。公司目前拥有80吨高性能模具材料产能，募投的120吨已基本建设完毕，产能增长幅度为150%，预计今年开始贡献业绩。

公司正在大力开发纳米晶粒高性能模具材料、风电机组用刹车片、高铁刹车材料、磁悬浮列车磨耗材料和工程机械摩擦材料等。公司产品在航空航天、汽车、高端冲压模具三个领域的成功应用，为公司拓展高性能粉末冶金复合材料其他应用领域提供了良好的示范效应。未来公司产品将有潜力应用于高铁、风电、工程机械等领域，这些项目是我国“十二五”规划重点建设的领域，产品的潜在市场空间广阔。

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【关键词】冷作模具钢；性能；热处理

1、引言

目前状况下，世界上主要存在着三种通用的冷作模具钢，具体情况见表1。

就我国而言，目前状况下所使用的冷作模具钢大多数都为低合金工具钢CrWMn、高碳高铬钢Cr12和Cr12MoV等传统的典型钢种。CrWMn钢具有较高的淬透性，经过淬火之后，钢体发生耳朵变形程度相对较小，但是，它仍然存在着一定缺陷，突出表现在韧性与变形要求之上，并不能对市场上各种模具进行有效的满足；Cr12型钢最大的优点便是具有较高的耐磨性，然而它的碳化物的均匀性相对较弱，当在尺寸较大时，反复镦拔收效不大，并促使其变形的方向性和强韧性出现一定程度的降低。

2、高韧性高耐磨性冷作模具钢

对于Cr12型冷作模具钢来说，其突出特点表现为耐磨性高，但是，相比较于其它的冷作模具钢，它在韧性与抗回火软化能力方面表现出一定的不足。虽然基体钢与低碳高速钢能够在一定程度上弥补Cr12型冷作模具钢在韧性方面的不足，但是其耐磨性仍然不是很高，不能满足所有的市场的需求。为了对这一问题进行有效的解决，各个国家都作出了积极探索。近几年来，已经研发出了一套约含8％铬、钼、钒的韧性较高的耐磨性冷作模具钢，这种模具钢的碳、铬含量与Cr12型模具钢相比较低，因此，在这种模具钢之中对钨、钼和钒的含量进行一定程度的增加，通过这种办法来对其二次硬化能力与耐磨性进行有效的提高。这种类型的钢具有较高的淬火温度，一般情况下，在1040℃到1160℃之前，这样一来，就能够对刚的碳化物偏析进行改善，并对钢的韧性进行有效的保证。这种类型的模具钢与Cr12Mo1V1钢、Cr12型钢相比，具有一定的优越性，首先，它的耐磨性高于Cr12Mo1V1钢。其次，它的韧性和抗回火软化能力则高于Cr12型钢。代表钢号有美国的VascoDie（8Cr8Mo2V2Si）、VascoWear（8Cr8Mo2V2WSi）、日本的TCD（Cr8V2MoTi）、QCM8（8Cr8Mo2VSi）、DC53（Cr8Mo2VSi）、瑞典的ASSAB88及我国开发的7Cr7Mo2V2Si（LD　钢）、9Cr6W3Mo2V2（GM钢）和ER5等。

3、火焰淬火冷作模具钢

为了满足市场上对于冷作模具钢的高需求，国外已经开发出了与火焰淬火工艺需要具有较高适应度的专用冷作模具钢。目前状况下，它已经在制造剪切、冲压和冷镦等冷作模具中有了十分广泛的作用。这类钢具有诸多的特点，主要表现在以下几个方面：①模具钢具有较为优越的淬透性，能够在比较宽泛的温度范围内进行淬火。而如果温度达到了100℃到250℃之间，在这种条件下进行淬火，空冷之后，能够使其表面硬度以及心部硬度得到明显的增加；②运用这类模具，在很大程度上便利了使用火焰喷嘴对模具施以局部加热淬火作业，可在机加工完成后采用氧乙炔喷枪或专用加热器对模具的工作部位加热并空冷淬火后直接使用。对于冷冲压模具来说，一般情况下，只有当温度达到了150℃到200℃时，在对其进行淬火，这种条件之下使得淬火之后工件的变形程度相对较小，并且能够对堆焊修复工艺进行有效的利用，除此之外，它还具有着相对较好的机械加工性能。

4、空冷微变形模具钢

对于空冷微变形模具钢来说，其优点主要表现在较低的合金元素含量（Me5%）、高淬透性与高淬硬性。通过对这种钢进行有效的使用，100mm的工件就可以进行空冷淬透，一般情况下，在淬火之后，工件的硬度能够达到62～64HRC之间。除此之外，这类钢热处理变形小、工艺简便、淬火温度低和强韧性好，并有适当的耐磨性。在淬火结束之后，一般情况下，对其进行一定程度的低温回火，这样就可以对内应力进行有效的消除。而对于工作动载荷较高，要求韧性较高的模具，则采用高温淬火和高温回火工艺。目前状况下，这种空冷微变形模具钢已经在重负荷、高精度冷作模具的制作当中有了十分广泛的运用。主要代表性钢号有：美国ASTM标准钢号A4（Mn2CrMo）、A6（7Mn2CrMo）；日本的大同特殊钢公司的G04、日本日立金属公司的ACD37钢等。

5、粉末冶金冷作模具材料

通过对粉末冶金方法进行有效的使用，可以使用水雾化法对钢水进行一定程度的雾化，并使之成为细小的钢粉末，然后运用一定的办法使这些细小的钢粉末进行快速的凝固，可以生产出用传统冶金方法难以生产的超高碳、高合金（尤其是高钒含量）、高耐磨性的模具钢，使钢中含有更多的硬质碳化物VC。目前状况下，经过相关机构与学者的积极探索，国外已经研制出了多种粉末冶金冷作模具钢，主要的代表性钢号有：美国研制的CPM15V是CPM10V的改进，而CPM440VM和Suprator是CPM440V的改进。

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关键词：微波烧结 原理 进展

中图分类号：TK11文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）14-0053-03

The Principle and Development of Microwave Sintering Technology

Fang Ke；Fang Li

（School of Materials Science and Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430073，China）

Abstract: Microwave sintering is a new type of technology，it has great development prospect in the fields of ceramic materials and powder metallurgy etc., and it is greatly possibile to become the main method of material preparation in the new century. The technology of microwave sintering has many great advantages such as much higher speed, lower energy consuming, more safety, no pollution, and so on, so it has significant effect on the development economic and societyin our country. The origin and evolvement, the principle，unique character，equipment, research advance of the technology are reviewed in this paper.

Key words: microwave sintering；principle；development

0引言

微波烧结是指采用微波辐射来代替传统的外加热源，材料通过自身对电磁场能量的吸收（介质损耗）达到烧结温度而实现致密化的过程。二十世纪50年代美国的VonHippel在材料介质特性方面的开创性研究为将微波加热应用于材料烧结奠定了基础[1]；从60年代至90年代，各国研究人员对微波烧结原理、特点和应用等各方面开展了广泛、深入和系统的研究，积累了大量数据和经验，逐渐认识和掌握了这项新型技术，其环保、节能、高效等诸多优点激起众多材料研究人员的兴趣和研究热情，得到各国政府高度重视；90年代后期，微波烧结进入产业化阶段，美国、加拿大、德国等发达国家开始小批量生产陶瓷产品[2-4]。

1微波烧结原理

微波烧结技术是基于物质与电磁场相互作用中产生热效应的原理。当材料的基本细微结构与特定频率的电磁场耦合时，内部微观粒子响应电磁振荡，热运动加剧，材料发生介质损耗，吸收微波能转化为热能。将微波加热原理应用于传统烧结工艺，就是微波烧结。在微波烧结中，因存在电磁场作用，材料介电性能、磁性能以及导电性能等特性对烧结效果具有重要影响[5，6]。

1.1 介质材料在外加电磁场作用下，介质材料中的极性分子会受到电场力作用，从原来的随机分布状态转变为依照电场方向取向排列。高频电磁场每秒交替变换几亿次，分子排列取向周期往复改变，发生剧烈运动，电磁能不断被损耗，转化为粒子剧烈运动的动能，材料温度升高。介质材料在电磁场的作用下会产生电子极化、原子极化、偶极子转向极化和界面极化等介质极化，各类极化建立和消除的时间周期存在差异。由于电磁振荡频率很高，材料内部介质极化过程无法跟随外电场变化，极化强度矢量相对于电场强度矢量滞后一个角度，导致有电流产生，构成介质材料的耗散。在微波波段，主要是偶极子转向极化和界面极化产生的吸收电流构成材料的功率耗散 [4]。

1.2 金属材料金属导体在微波电磁场中，其内部自由电荷在电磁场作用下，会迅速向导体表面聚集。驰豫时间用来表征自由电荷响应电磁场变化的快慢。由于驰豫时间远小于电磁场振动周期，故在每周期刚开始，自由电荷就已聚集于导体表面，内部自由电荷密度为零。块体金属内部不存在自由电荷，缺少与电磁场相互作用、吸收和转化的媒介，因而无法被有效加热 [7]。但金属导体置于电磁场中，导体表面会有电流产生，存在欧姆损耗。故只要减小金属导体的宏观尺寸，使之能与微波电磁场完全耦合，就能有效实现加热和烧结 [8]。

在微波烧结中，除明显的微波热效应外，还存在一定的微波非热效应，包括活化过程速率增强、化学反应途径改变以及烧结体性能改变等。微波非热效应是微波烧结中的重要因素，使各种微粒的迁移变得更容易发生，且迁移速率提高很多，对材料致密化过程起到明显的促进作用[6,9]，具体表现就是烧结温度更低、升温速度更快、烧结时间大幅缩短。

2微波烧结特点

在传统烧结过程中，材料表面、内部和中心区域温度存在较大梯度，容易导致晶粒不均匀，内部存在较多缺陷。微波烧结依靠微波电磁场辐射透入材料内部，材料整体发生介质损耗而升温，各部分温差小，易得到均匀细晶结构，材料性能得到显著改善。与传统烧结相比，微波烧结主要有整体加热、低温快烧、无加热惯性、选择性加热等显著特点[4]。

微波烧结能耗低，效率高，比传统烧结节能80%左右，而且清洁、安全、无污染。微波烧结能得到均匀细晶显微结构，孔隙少且规则，材料具有更好的延展性和韧性，宏观性能优异[3，10]。微波烧结具有的独特优点预示其在现代材料制备行业中拥有广阔的发展空间，被广泛誉为“烧结技术的一场革命” [6]。

3微波烧结装置

3.1 烧结装置微波烧结实验装置由微波发生器（磁控管和调速管）、波导管、加热腔和微波电源组成，加热腔有谐振式和非谐振式两种，谐振式加热腔又有多模场型和单模场型两种 [3]。单模场型可形成稳定的电磁波，能量集中，适合烧结低损耗材料，但均匀场区小，无法烧结大尺寸工件；多模场型谐振腔结构简单，易得到较大区域的均匀场强，可用于烧结大尺寸、介质损耗高的材料[11、12]。为得到稳定和均匀的电磁场分布，必须对加热腔进行合理设计。

3.2 烧结工艺微波烧结的工艺参数主要有微波源功率、微波频率、烧结时间和升温速度等[1]。研究表明，在同等烧结条件下（烧结温度和保温时间），微波烧结晶粒要明显大于常规烧结，说明微波作用下晶粒生长更快、致密化过程更加迅速；温度过低会导致“欠烧”，过高或保温时间太长会引起晶粒异常长大；升温速度也是重要因素，如升温速度较，加热时间就得适当延长，因而使材料在高温区停留时间较长 [13]。

不同类型的材料介质损耗能力不同。一些材料在低温下介质损耗小，几乎不吸收微波能，无法有效加热。对此，可加入介质损耗高的材料，以起到辅助加热的作用，主体材料达到一定温度后，损耗因子迅速增加，可直接吸收微波能 [14]；或者采用外加热源――比如电阻加热，在材料临界温度以下起辅助加热作用 [15]。在微波烧结中，在样品周围放置介质损耗高的辅助材料有利于提高升温速度和保温，形成稳定均匀的温度场 [12]。

研究表明，不同类型的材料在分别放置于电场或磁场区域中时，会表现出极为不同的加热行为。导体材料，如金属或合金粉末压坯，在磁场中的加热效果比在电场区要好；相反，氧化铝、氧化锌等陶瓷材料在纯电场中的升温速率更高。另一方面，在材料与电磁场相互作用过程中，材料结构状态起着关键作用，如铜粉末压坯在电磁场中能有效吸收微波能，而块体铜就不能 [16]。

4研究进展

迄今，研究人员已对几乎所有的氧化物陶瓷材料开展了微波烧结研究，较为成功的有Al2O3、ZrO2、ZnO、MgO、SiO2及其复合材料等， B4C、SiC、Si3N4、TiB2、AlN等是采用微波烧结成功制取的非氧化物陶瓷材料 [4]。另外，金属粉体具有较强吸波能力 [7]，将微波烧结应用于粉末冶金，成功制取了环状、管状和齿轮等结构和形状复杂的金属制品，所制得器件比传统制品具有更加优异的力学性能，显微结构的均匀性好，气孔率很低[17]。

4.1 陶瓷材料微波烧结能得到均匀细晶结构，因此微波烧结比常规烧结更容易制备出透明陶瓷 [4]，如微波烧结可以实现A1N透明陶瓷的低温烧结 [18]，而且大幅缩短烧结时间 [4]。

微波烧结可使氧化锌压敏陶瓷材料快速成瓷，获得相同晶粒尺寸微波烧结温度更低，烧结时间更短。但随着烧结时间的延长，晶界Bi相挥发，晶粒迅速长大，电阻片的电性能变差 [19]。采用微波烧结法制备氮化硅陶瓷，微波场可以促进Si3N4的α相向β相转变的速度，提高材料密度 [20]。

陶瓷材料是脆性体系，如何提高其韧性一直是个难题。在微波烧结制备ZnO2（n）增韧Al2O3复合陶瓷的实验中，得到相对体积密度为95.5%、力学性能较好的15vol% ZrO2/ Al2O3 复合陶瓷，其硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为13350MPa、6.41MPa・m1/2和502MPa[21]。

在制备纳米陶瓷材料方面，微波烧结可提高Al2O3/SiC纳米复合陶瓷的强度和韧性，改善材料的显微结构，促进致密化和晶粒生长 [22]。微波烧结制备Si3N4纳米陶瓷，在相同密度下，强度比传统烧结样品提高25%~30% [5]；采用微波法制备Al2O3-ZrO2（3Y）纳米复相陶瓷，材料达到了很高的致密度，并提高了断裂韧性[23]。微波烧结Al2O3-TiCN-Mo-Ni纳米金属陶瓷[24]，烧结前后晶粒尺寸变化很小。

研究的陶瓷材料还有氧化锌压敏电阻陶瓷[19,25]、ZrO2/LaNbO4-MoSi2复合陶瓷[26]、TCP/TTCP复合生物陶瓷材料[27]、Al2O3/SiC纳米复合陶瓷[22]、纳米TiO2材料 [28]、Bi2O3-ZnO-Ta2O5陶瓷 [29]、Al2O3/WC-10Co/ZrO2/Ni金属陶瓷 [30]等各种现代陶瓷材料。微波烧结技术在现代材料制备领域中正得到越来越广泛的研究和应用。

4.2 粉末冶金钨、钒、铌、钽、钼等难熔金属及其合金材料因高熔点和一些特有性能，在国防军工、航空航天、电子信息、能源、防化、冶金和核工业等领域起着不可替代的作用，相关研究异常活跃。因难熔金属熔点高、塑性差，主要采用粉末冶金法制备。采用传统方法，在烧结过程中晶粒极易迅速长大，导致制品性能降低 [31]。

微波磁场下烧结WC-Co硬质合金 [32]的升温速率比在电场下要大，但温度只能升至1160℃左右；微波电场下烧结时，可以得到性能较好的合金。微波烧结制备WC-12Co硬质合金，在1400～1475℃范围内，随烧结温度升高，WC晶粒长大不明显，合金密度和硬度增大；在1475℃的烧结温度下保温0min，烧结样品显微组织结构均匀，但保温时间超过30min，由于晶粒异常长大以及钴相分布不均匀，导致合金的密度和硬度急剧下降[33]。

微波烧结制备W-Ni-Fe高密度合金 [34，35]，升温速度快，烧结周期短，仅为常规烧结的1/7；微波烧结能促进合金致密化，如烧结时间较短，微波烧结样品的晶粒尺寸小于常规烧结；但微波烧结样品的生长速率更快，不宜过度延长烧结时间。对微波烧结93W-Ni-Fe合金微观组织和力学性能研究表明，试样组织均匀、细小，钨颗粒明显小于传统烧结水平，径向性能分布均匀；微波加热能达到常规尺寸钨合金的透烧深度，但仍存在较多孔洞等缺陷 [35]。

在相同温度下烧结Fe-Cu-C合金 [36、37]，微波烧结比常规烧结具有更致密的微观结构。而且，金相观察表明，微波烧结有一个致密的核心，边缘多孔。这表明材料自身发热，热传递从内而外，内部温度高于表面 [38]。

研究的金属材料还有铜铁合金、钨铜合金及镍基高温合金等。形状记忆合金是一类新型功能合金材料，在航空航天、机械电子、生物工程、临床医疗、能源和自动化等领域用途广泛，其独特的形状记忆效应在于存在热弹性马氏体。合金的微观组织结构对形状记忆效应影响很大，微观组织越均匀越有利于马氏体的均匀分布 [39]。如采用微波烧结制备形状记忆合金，其整体加热、低温快烧等特点能大幅优化合金显微结构（细化晶粒，减少缺陷），从而使形状记忆效应得到显著增强。

5结语

工业上已成功实现了陶瓷材料的连续化和小批量生产。加拿大的MicroWear公司建成了一个全部采用微波烧结制造氮化硅陶瓷刀具生产中心，美浓窑业于2000年开发出了可实际应用于陶瓷工业的大型微波高温烧结设备[40]。近年来，中科院沈阳金属研究所在国家新技术“863计划”的资助下，已成功研制出多台MFM-863系列的微波烧结设备。据报道，美国的Spheric科技有限公司已授权中国最大的微波炉生产企业长沙隆泰微波热工有限公司生产工业用高温微波烧结系统。

微波烧结技术是人类社会进入二十世纪六十年代后才出现的新型技术。在文明步入二十一世纪，微波烧结技术因其节能高效、清洁无污染、安全可靠等诸多优点，在现代材料领域拥有广阔的发展空间，市场潜力巨大；在科学研究方面具同样有重大而深远的意义，对技术进步以及社会发展将产生革命性影响。自微波烧结技术诞生以来，各国政府都高度重视，不惜投入巨大的人力和物力资源来开发这一新型技术[3]。

参考文献：

[1]朱文玄,吴一平等.微波烧结技术及其进展[J].材料科学与工程，1998，16（2）：61-64.

[2]张兰亭. 纳米硬质合金研究[J].四川有色金属，2005，1：29-34.

[3]范景莲,黄伯云等.微波烧结原理与研究现状[J].粉末冶金工业,2004，14（1）：29-33.

[4]王念,周健.陶瓷材料的微波烧结特性及应用[J].武汉理工大学学报，2002，24（5）：43-46.

[5]艾云龙,刘书红等.陶瓷材料的微波烧结及研究进展[J].热处理技术与装备，2008，29（3）：1-4.

[6]晋勇,谢华锟.微波烧结技术的应用与进展[J].工具技术，2005，39（1）：19-22.

[7]易建宏,罗述东等.金属基粉末冶金零件的微波烧结机理初探[J].粉末冶金工业，2003，13（2）：22-25.

[8]黄铭,彭金辉等.微波与物质相互作用加热机理的理论研究[J].昆明理工大学学报（理工版），2005，30（6）：15-17.

[9]苟斌,吴菊清等.微波与物质相互作用过程中非热效应的机理分析[J]. 上海有色金属，2001，22（1）：6-8.

[10]吴红,史洪刚等.微波烧结技术的研究进展[J].兵器材料科学与工程，2004，27（4）：59-61.

[11]刘继胜.微波烧结工作原理及工业应用研究[J].机电产品开发与创新，2007，20（2）：20-21.

[12]鲍瑞,易建宏等.微波多模腔快速烧结WC－8％Co硬质合金[J].中国钨业，2009，24（3）：32-35.

[13]罗述东,易建宏,彭元东.微波烧结硬质合金工艺的升温速度分析[J]. 稀有金属材料与工程，2010，39（5）：820-823.

[14]张玉珍、王苏新. 陶瓷微波烧结的发展概况[J].佛山陶瓷，2004，11：31-32.

[15]Dennis, Mahlon Denton, Roy ,et al,Method and apparatus for transporting work pieces through a microwave sintering system, US patent, 6, 066, 290, 1999.

[16]Jiping Cheng，Rustum Roy，and Dinesh Agrawal. Radically different effects on materials by separated microwave electric and magnetic fields[J]. Mat Res Innovat,2002,5:170-177.

[17]Roy R,Agrawal D,Cheng J P,et al.Full sintering of powdered-metal bodies in a microwave field[J]. Nature,1999,399(17):665.

[18]卢斌,赵桂洁等.微波低温烧结制备氮化铝透明陶瓷[J].无机材料学报，2006，21（6）：1501-1505.

[19]徐东,施利毅等.微波烧结氧化锌压敏陶瓷的研究进展[J].电磁避雷器，2007，5.

[20]杨锦,刘颖等.微波烧结在陶瓷材料中的应用[J].中国陶瓷工艺，2004，11（5）：30-33.

[21]艾云龙、何文等.微波烧结ZnO2（n）增韧Al2O3复合陶瓷材料组织与性能研究[J].南昌航空大学学报，2009，23（3）：13-18.

[22]王霞，潘成松，陈玉祥. 微波烧结Al2O3／SiC纳米复合陶瓷的研究[J]. 材料开发与应用，2008，23（2）：14-17.

[23]李云凯,纪康俊.纳米Al2O3―ZrO2（3Y）复相陶瓷的微波烧结[J].硅酸盐学报，1998，26(6):740-744.

[24]晋勇,王玉环等.微波烧结金属陶瓷材料的工艺研究[J].工具技术，2004，38（9）：96-98，107.

[25]林枞,徐政等.微波烧结氧化锌压敏电阻的致密化和晶粒生长[J].无机材料学报，2007，22（5）：917-921.

[26]艾云龙、王圣明、刘长虹.微波烧结ZrO2/LaNbO4-MoSi2复合陶瓷耐磨性研究[J].南昌航空大学学报：自然科学版，2009，23（2）：5-9

[27]周洁,高金睿等.微波烧结法制备TCP/TTCP复合生物陶瓷材料的研究[J].硅酸盐通报，2009，28（3）：495-499.

[28]马清花,柴涛,张文笛.吸波材料SiC对微波烧结纳米TiO2的影响[J]. 中北大学学报：自然科学版，2008，29（4）：361-364.

[29]康利平、沈波、姚熹.微波烧结法制备Bi2O3-ZnO-Ta2O5陶瓷[J]. 压电与声光，2008，30（3）：319-321.

[30]史晓亮、杨华等.Al2O3/WC-10Co/ZrO2/Ni金属陶瓷的微波烧结[J].中南大学学报：自然科学版，2007，38（4）：623-628.

[31]刘文胜,徐志刚,马运柱.现代烧结技术在难熔金属材料中的应用[J]. 材料导报：综述篇，2010，24（3）：33-39.

[32]周建,全峰. 微波烧结WC-10Co硬质合金的工艺研究. 国外建材科技，2007，28（5）：40-42.

[33]杨亚杰,易健宏等.微波烧结制备WC-12Co硬质合金.粉末冶金材料科学与工程，2010，15（1）：84-88.

[34]周承商、易健宏等.W-Ni-Fe高密度合金的微波烧结.中国有色金属学报，2009，19（9）：1601-1607.

[35]李波,尚福军,史洪刚.微波烧结对93W-Ni-Fe合金微观组织和力学性能的影响.兵器材料科学与工程，2010，33（2）：82-85.

[36]彭元东,易健宏等.微波烧结Fe-2Cu-0．6C的性能与组织研究[J].粉末冶金技术，2008，36（4）：269-272.

[37]彭元东、易健宏等.不同温度下微波烧结Fe-Cu-C的性能[J].中南大学学报：自然科学版，2008，39（4）：723-728.

[38]彭元东,易健宏等.微波烧结Fe-2Cu-0．6C合金的保温时间对组织与性能的影响[J].材料工程，2008，4：51-55.

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（延安大学物理与电子信息学院， 延安 716000）

摘要： 论文详细介绍了泡沫镁的几种常用制备工艺，并论述了各种制备工艺的优缺点。另外，对泡沫镁的性能及其应用领域做了简要概括。

关键词 ： 泡沫镁；制备；性能；应用

中图分类号：TB34 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）23-0141-02

基金项目：国家大学生创新训练计划项目阶段性成果（201210719027）；延安市科技计划项目成果（2011kg-12）。

作者简介：杨慧华（1992-），女，重庆人，硕士研究生，主要从事新型功能材料的研发。

0 引言

泡沫金属由于低密度、高比强度、高比刚度、吸能性能、阻尼性能、吸声、隔热性能好，一直备受国内外相关研究者对其制备、性能及其应用的关注[1，2]。目前，已经发展了铸造渗流法、粉末冶金法、熔体发泡法等有关泡沫金属的制备方法。作为结构材料，泡沫镁具有更好的阻尼减震能力，优良的抗电磁干扰性、良好的导热性、还可作为生物材料，此外镁合金还易于回收利用，然而对其性能的研究主要集中在制备工艺及其力学性能和仿生性能三个方面。近年来，我国在镁合金的生产利用上取得了长足的进步，并在汽车等民用工业领域及航空、航天等军工领域有了很大程度的进展，国外也一直致力于泡沫镁材料的制备与应用研究，镁合金越来越多的被用于汽车发动机的重要零部件，赛车及高档车的轮毂也开始逐步采用镁合金。此外作为生物材料，泡沫镁将发挥其生物相容性、可降解吸收等独特的性能优势，应用于松质骨修复和骨组织工程支架材料，在医学领域具有广阔的应用前景。

1 泡沫镁的制备工艺

1.1 粉末冶金法

粉末冶金法是一种制备泡沫镁非常有前景的制备工艺，该制备方法工艺简单，成本低廉，而且，采用该方法制备的泡沫镁成分均匀无缩孔，可以实现材料的近净成形。粉末冶金法制备泡沫镁工艺流程如图1所示，大致可以分成以下5个阶段：①将尿素颗粒和镁粉末均匀混合，混合过程可加入适量的无水乙醇，使混合均匀；②将混合物置于模具中，采用单轴压制的方式，压制成型；③脱溶处理，将坯体沉浸于去离子水中，使坯体中尿素颗粒90%溶解于水中；④干燥处理，将多孔坯体置于真空干燥箱中加热至120℃保温2小时，去除多孔坯体中多余的水分及残余的尿素；⑤真空烧结，高温状态下真空烧结两小时，使镁颗粒之间由机械结合转变成冶金结合。此方法制备的不同孔径尺寸的泡沫镁试样的形貌如图2所示。

1.2 渗流铸造法

渗流铸造法是制造泡沫金属的另一种主要方法，国内南昌大学较早使用负压渗流法制备出泡沫镁合金，其基本原理是迫使熔融金属—镁液进入填料粒子间隙，冷却成型后去除填料粒子形成泡沫镁，真空渗流原理图如图3所示。

渗流铸造法所选用的填料粒子非常关键，填料粒子的选择一般具有如下条件：①熔点高于金属；②易于去除；③对金属无腐蚀。实验上常选用NaCl和MgSO4作为填料粒子来制备泡沫镁，但是，NaCl对镁具有较强的腐蚀性，容易使泡沫镁产品溃散，因此，常选用MgSO4来作为填料粒子。渗流铸造法的优势是可以得到孔隙均匀，结构理想，力学性能优良的产品，并且工艺过程可变因素少，易于控制、操作简单。采用渗流铸造法制备的泡沫镁样品宏观形貌如图4所示。

1.3 熔体发泡法

熔体发泡法制备泡沫金属的原理就是在熔融的金属中产生大量的气泡，等到熔融金属冷却后，滞留在其中的气体便在金属中形成气孔，形成泡沫金属[6]。熔体发泡法制备泡沫镁已经发展为一项成熟的工艺。熔体发泡法通常采用的发泡剂为TiH2，但是采用该发泡剂制备出泡沫镁合金却是很难的。南昌航空大学采用MgCO3作为熔体发泡剂，成功制备出泡沫镁合金材料。在熔体发泡工艺的过程中，需要增加合金熔体的黏度；因此制备泡沫镁合金时可以在熔体中混入分散的耐高温的固相物质的微小颗粒，如选用SiC颗粒。

熔体发泡法的整个工艺过程容易进行，具有可批量机械化生产的有利条件，不足之处在于发泡过程的影响因素较多且敏感，将导致孔隙的成型不够稳定以及孔隙的结构受到影响等问题。

另外制备泡沫镁还可以采用熔模铸造法、定向凝固法、真空发泡法等方法。各种制备工艺都具有自己独特的优势，同时也不可避免的存在不足，这些制备工艺不仅仅适用于制备泡沫镁，可以拓宽至其它泡沫金属的制备，如泡沫铝、泡沫镍、泡沫铜等。实验上，应该针对金属种类的不同选择合适的制备工艺，力求得到高质量的泡沫产品。

2 泡沫镁的性能及其应用

泡沫镁作为一种多孔金属，其独特的结构特点决定了其作为结构材料和功能材料具有比实体金属不可比拟的优势。泡沫镁的特殊性能主要表现在吸声性能、阻尼性能、能量吸收性能、防爆破冲击性能、仿生性能、电磁屏蔽性能等方面，这些特殊的性能使得泡沫镁在不同的领域具有应用价值。

泡沫镁的高孔隙率结构使其具有良好的吸声性能，当声波进入泡沫镁中，其流动阻力会升高造成粘性损失，另外，声波与泡沫镁表面的热量交换会造成热损失[7]。利用其吸声性能，可以将泡沫镁制作成消音材料如隧道中的消音板、工厂中的防声墙，还可以制作成鱼雷的隔音板应用于国防领域。

泡沫镁可以看作是由三维网状金属骨架和孔洞所组成的复合材料。当泡沫镁受外力作用时，基体中产生的复杂的不均匀的应变导致缺陷区域原子重排，造成能量耗散。因此，泡沫镁可以作为一种新型轻质高阻尼材料。在军工领域，泡沫镁可以被用于制造坦克变速箱、传动箱，喷气机控制盘的外壳等；在机械工业中，可被作为机床轴承构件，以此来降低仪器振动噪音，提高其使用寿命和仪器仪表的精确性。

研究表明，泡沫镁具有很好的生物相容性、力学相容性和生物降解性，并且具有利于细胞生长的孔结构，因此，泡沫镁可以作为理想的仿生材料用于替代人体的骨骼[8]。目前，作为仿生材料的使用瓶颈是如何解决其在人体组织中耐腐蚀性较差的难题。通常所采用的方法是对其表面进行改性处理，使其成为可植入人体的有效的仿生材料。

泡沫镁的吸能和抗冲击性能可以使其发展为有效的防震材料，应用于精密仪器的包装外壳；也可用于制造缓冲器，用于汽车车身外壳。泡沫镁对电磁波具有很强的吸收和反射能力，其电磁屏蔽性能好，因此，可以将其用于制作精密电子仪器的外壳。

3 结语

论文简要介绍了泡沫镁的几种制备工艺，并对各种制备工艺的优势及需要注意的问题做了作了阐释。泡沫镁作为结构和功能统一为一体的新型轻质材料，由于其特定的结构性能，在较多领域具有应用前景。目前，泡沫镁的一些性能被开发出来，也在一定的领域的到应用，但其尚不能在实际中的到广泛应用，因此，要使泡沫镁真正走入市场，研究者还需对其各方面的性能进行深入研究，进一步拓宽其应用范围。

参考文献：

[1]魏莉，姚广春，张晓明，罗洪杰.粉末冶金法制备多孔金属材料技术[J].材料导报，2004，18（7）：15-18.

[2]郝刚领，韩福生，李卫东，白少民，杨能勋，多孔金属材料的制备工艺及性能分析[J].延安大学学报（自然科学版），2008，27（2）：24-27.

[3]徐建辉，冒国兵，陈乐平，胡志强，真空渗流铸造法制备泡沫镁合金材料的试验研究[J].江西冶金，2003，23（6）：84-87.

[4]C.E. Wen， M.Mabuchi， Y.Yamada， et al .Processing of biocompatible porous Ti and Mg [J]. Scripta Materialiar， 2001，（45）：1147-1153.

[5]陈乐平，周全，庄建平，真空渗流法制备泡沫镁合金的工艺研究[J].铸造，2008，57（4）：334-336.

[6]周全，陈乐平，熔体发泡法制备泡沫镁合金材料的研究[J] .特种铸造及有色合金，2009，29（3）：224-226.

篇9

假：假产品的标识不全，“三无”产品居多。有严重的超差和损坏：配件尺寸、形状或位置超差，或有划痕、开裂、残缺不全以及严重锈蚀等。

冒：冒用正规厂家的注册商标、合格证和包装。这类产品一般制作精良，但在选材、加工工艺上存在偷工减料现象。如不按技术要求进行切削加工、热处理以及未按正确的方法进行连接等。

伪：伪造商标、合格证和包装，用廉价的、易加工的材料代替原设计要求的材料，以次充好，以假充真，最常见的有用普通灰铸铁代替优质铸铁、铸钢、优质钢以及粉末冶金材料。

劣：劣质配件是指配件在材料上存在缺陷，这些缺陷往往会影响配件的强度以及其他配件的配合关系。如铸件有严重的气孔、缩孔和裂纹等。

二、如何选购合格农机配件

1、选择省、市、县农机主管部门定点的，持有营业执照。

2、购买正规厂家生产的产品标识齐全的产品。

3、购买正宗的原厂配件和整机配套厂生产的零配件。

4、根据产品说明书及零件图册等技术文件，摘记配件名称、型号、商标、单台数量、技术要求(如材料、尺寸、公差、机械强度及连接方式等)资料，以便购买时对照参考，最好备一些简易的检验工具(如游标卡尺、小锉等)。

三、识别真假配件的基本知识

1、配件材质的真伪鉴别

在劣质配件中，材料品种以次充好的约占35％以上。最常见的替代材料有普通灰铸铁(以下称灰铁)以及普通低碳钢(以下称低碳钢)等。而常被替代的材料有优质铸铁(如球墨铸铁，以下简称球铁)、铸钢、优质钢、合金钢和粉末冶金材料等。也出现过铜材和铝材被替代的事例。配件材料真伪可参照以下方法进行识别。

1)看切削加工面：灰铁：呈灰色，光泽很暗，表面看来较粗糙；球铁：灰色，光泽较灰铁亮，表面粗糙程度似灰铁；钢：有较亮的光泽(但铸钢略暗)，组织细密，磨削或铰削的表面亮如镜面，手摸感觉细腻光滑，铬钢的磨削面常见细小的亮斑。铁基粉末冶金；呈银灰色，组织细密，其光泽在钢、铁之间。此外，用手擦光滑的切削面，灰铁可使手染成黑灰色，且不易擦去。球铁也可使手染黑，但较灰铁轻，而钢则不染手(灰尘除外)。

2)听敲击声：悬吊起配件，以受锤或其他金属物敲击，敲击力不要过大，并用耳朵贴近或被试件细听，他们所发出的声响是不同的。灰铁：声音低沉，持续时间极短。球铁：声音清脆，有余音，持续时间较短。钢；声音清亮，余音似细细的铃声，持续时间较长。

2、观察表面缺陷判断配件质量。铸造生产中，由于受原材料特点、操作技术及生产条件的影响，难免会出现一些铸造缺陷，我们应当根据缺陷的性质、部位和严重程度来判断配件的质量。

1)孔洞类缺陷：这是铸铁件上比较容易发现的最常见的缺陷。如：气孔、针孔、缩孔及缩松等。可参考下列标准确定配件是否可用。

①与转动的轴颈相配合的表面，如衬套、滑动轴承等的内壁，不允许存在孔洞类缺陷。

②过盈配合表面，如安装滚动轴承的座孔孔壁以及带轮、齿轮的轴孔孔壁等，允许存在直径不大于被查表面最小宽度的1／20、深度不大于直径(小径)1／4、数量不多于3个孔洞，但孔洞的间距以及被查面边缘的距离不得小于孔洞直径(取最大值)的5倍。缩松以分布范围计空洞直径。

2)尺寸、形状及位置类缺陷，此类缺陷常见的有尺寸超差、铸件错型和铸件错芯等。

①尺寸超差，如长度、厚度或孔距等超差，当尺寸与要求相差较大时，应放弃购买。

②铸件错型(也叫错箱)。此时可见铸件的一部分与另一部分在分型面处相互错开。错型往往会使加工后的壁厚减少，影响强度，同时也可能影响与其他件的配合关系或影响外观。如果错开的尺寸不大于错型部位最薄处的1／30，可考虑选用。

(3)夹杂类缺陷及残损，夹杂类缺陷是指铸件体内裹夹着其他金属、铁粒、矿物渣或型砂等异物。如果加工面有夹杂部位，则在加工表面就要形成充满异物的孔洞，直接影响零件表面配合，所以配合表面上存在着夹杂异物的配件建议不采用。此外，配件的配合表面不能存在变形及残缺，任何部位都不能存在裂纹。

3、仔细查看产品的法定标识和厂家防伪标记

1)产品法定标识主要是：①有产品质量检验合格证；②有中文标明的产品名称、生产厂名和厂址；③有产品规格型号、等级和注册商标。

2)看标记：每个厂家在制造加工时，所用材料和采取的加工工艺不同，都有自己的特殊标记。如：无锡威孚油泵油嘴厂的防伪标记是两台油泵试验台，且防伪标记是一次性的。洛阳拖拉机厂、青海油泵油嘴厂生产的柱塞呈黑色，兰州油泵油嘴厂生产的柱塞、油阀上都有一个弧形的退刀细印。

4、经验判断及检测

用随身携带的卡尺测量配件尺寸，和自备资料卡比较，辨别真伪。下面介绍几种常用配件的鉴别方法。

1)常见农用车配件的鉴别

钢圈：不管什么型号的钢圈，侧面都应该有合格证、商标、型号、规格和厂名等标记，且清晰醒目，表面光滑、有光泽、无裂纹，为上品。

滚动轴承：一般正品轴承外观光亮，涂有防锈油；滚珠轴承保持间架的铆钉铆接均匀，铆钉头正而不偏；用手指套住轴承内圈，在外圈做一记号，多次随意转动轴承，每次记号停止位置不同者为正品。

齿轮及油封：正品齿轮齿面光滑，涂有防锈油，侧面有钢印号码；正品油封表面光滑；唇口无毛边，紧扣唇口的弹簧不脱落；0型圈，圆度好，光滑无毛边，弹性好。

2)三大偶件的鉴别

柱塞偶件：观察柱塞在柱塞套内活动是否灵活、表面是否有磨损痕迹，然后作滑动性试验：用手指拿住清洗后的柱塞套，倾斜45度，轻轻抽出柱塞约1／3，然后松开，柱塞应在自身重量下自由下滑落在柱塞套支撑面上，再将柱塞抽出，转动任何角度，用同样办法试验，结果应该相同。密封性实验：用一手手指堵住柱塞套的进油口，回油口及导向孔，另一支手拉出柱塞，并将它放在中等或最大供油位置，将柱塞由最下位置往外拉，拉出的距离以柱塞上沿不露出柱塞油孔为限，此时感觉到有明显吸力，松开柱塞时，柱塞能迅速地回到原来的位置。

出油阀：首先检查减压环带、密封锥面有无磨损，然后作滑动性和密封性试验。滑动性试验：拿住在柴油中清洗过的出油阀阀座，并在垂直位置抽出阀体的1／3，松开阀体应能在自身重量下，自由落在阀座支撑面上，将阀体旋转任意角度，重复上述做法，结果相同为正品。密封性试验：密封锥面，用大拇指和中指拿住出油阀阀座，食指按住出油阀阀体下平面的孔，将出油阀阀体放入阀座中，当减压环带进入阀座时，轻轻按下阀体，若感觉到空气压缩力，松开手时，阀体应能弹出来。

篇10

关键词： 教学法 课堂教学 内容拓展 机械制造工艺

在机械专业课程课堂教学过程中，严格按教学计划实施教学是必需的，但是，若仅局限于课本知识的讲授，则往往使教学内容枯燥乏味、空洞刻板，教学容量不足。根据教材的内容特点和学生的认知水平开展拓展教学，适当增加一些与教学内容贴近的小故事、有趣的小插曲；补充一些新工艺、新技术；利用教学实践录像、多媒体课件、现场实践参观教学等，可取得事半功倍的教学效果。

一、通过拓展教学帮助学生建立合理的知识结构

随着科学技术的不断进步，现代生产加工技术的飞速发展，各种新技术、新工艺、新材料和新设备不断涌现，机械制造技术正向着高质量、高生产率、低消耗、低成本和有利于保护环境的方向发展，计算机控制技术日渐融入机械制造加工方式，对机械专业人员的知识结构要求发生变化。因此，在机械专业理论教学中，及时拓展这方面知识，可帮助学生了解新技术、新工艺的发展现状，建立合理的知识体系。

例如，笔者在讲解铸造工艺特点时，以一根漂亮的不锈钢表带为话题，拓展讲解了“注塑成型+粉末冶金合成新工艺”，即精细铸造[1]。其基本原理是：将树脂等混合于平均粒径为5～10μm的金属粉末中，并以此为原料用注塑成型机注射加工成型，经过热处理工艺除去其中的树脂成分，然后采用与粉末冶金相同的方法进行烧结处理。这种方法适用于制造表带等复杂的小型不锈钢制品，与现行金属加工方法相比，成型容易，效率高，可望推广应用于照相机、缝纫机、机器人、汽车等精密零件的加工中。这样拓展帮助学生了解到精细铸造的新工艺，完善学生铸造工艺的知识体系。

二、通过拓展教学增加课堂教学容量

在课堂教学过程中，如果拘泥于教学计划实施教学，仅局限书本上的有限知识，则往往显得教学内容枯燥乏味、刻板，教学容量不足。身处信息爆炸、科学技术飞速发展的时代，在有限的学习时间内，更多地了解与专业相关的新技术、新工艺非常重要。通过使用多媒体课件、播放现代制造技术的录像等，可增加课堂知识容量，也可使内容更生动直观。

例如，在讲解锻造工艺特点时，通过播放录像拓展介绍水下爆炸冲压工艺。该工艺所用装置是一门所谓“水下冲压火炮”，且所配火药与传统火药成分不同，其组成是酸、丙烷、丁烷的混合物[2]，所用炮弹是一个工作阀。冲压火炮击发时，不产生任何浓烟。击发后，特制炮弹――工作阀在1/1000s的瞬间内，以极高的速度向水冲击，被冲击水流可产生相当于100MPa的大气压的冲压力，在此高压作用下，被加工零件便能获得所需形状。该冲压工艺具有加工成本低、效率高和结构紧凑的特点，无需配置传统冲压工艺所用的笨重的液压系统及各种高压泵和分流装置等。目前，利用该冲压工艺加工的重型汽车及拖拉机后桥，不仅比原来的铸造件强度高，而且外形精度极为理想。

再如在讲解焊接工艺特点时，用多媒体课件介绍电解法氢氧焊接工艺。先用电解法从水中生产氢气和氧气，然后以氢氧气为热源进行气焊。该系统被称为“氢氧发生器”，用普通燃料室作气体源，可以从3L水中生产5000L气体，而且用于焊接时比氧乙炔焊还安全得多。因为它只要生产够当时使用的适量氢氧气体就可以了，无需储存备用燃气。借助这些现代教学手段，可适时增大教学信息量，拓展学生知识面。

由于“机械制造工艺基础”课程中有机床的传动系统图、刀具的几何角度图、夹具的结构原理图等，量多且图形较复杂，在讲授过程中边讲边在黑板绘制，缺乏立体感，不够直观形象，而且费时。如制成幻灯片、动画或视频短片演示，可大大增加课堂教学信息量，节省板书板图时间，同时让学生快速形成感观认识，加深学生对教学内容的理解和记忆，提高授课效率。

三、通过拓展教学活跃课堂气氛，培养学习兴趣

相当一部分技校学生学习基础差，学习过程中很少体验到成功的快乐，有的更是长期处于挫败状态，甚至产生严重的厌学情绪，学习兴趣普遍较低。因此，激发技校生的学习兴趣成为关注焦点。

在课堂教学中，可通过充分吸引学生的注意力，强化其参与意识，激发学生兴趣。如通过精心设计导入环节，将拓展内容与教学内容巧妙地衔接，激发学生兴趣。

例如，笔者在讲解车削工艺特点时，首先提问：同学们，你们都喜欢玩手机，有谁知道手机的振动功能是怎样产生的吗？里面到底是一个什么机构呢？大家一脸茫然，都说不知道。接着展示一个从手机中拆下的比黄豆略大的微型电机，告诉他们手机的振动功能是由电动机带动一个偏心装置产生的。然后提问：这么小的电机是怎么制成的？引起学生强烈的探究欲望，再以此为例讲解纳米技术和精密加工工艺，并进一步介绍采用金刚石刀具的超精密切创加工技术，主要用于玻璃、陶瓷等硬脆材料的纳米级超精密磨削的加工。

通过这样导入新技术、新工艺，活跃课堂气氛，使刻板乏味的教学内容变得生动鲜明，不仅激发学生的学习兴趣，而且形成良好的师生互动，取得明显的教学效果。

四、结语

“机械制造工艺基础”教学不能拘泥于课本和教学计划，而要找到合适的切入点，由一个共性话题、常用生活物品，启发引领学生随着教师的讲解而逐渐深入，拓展了解现代新技术、新工艺在生产、生活中的应用实例。当然，拓展内容的选择要紧扣教材，不可离题太远。同时，在教学中尽量使用多媒体教学手段，进行拓展讲解，对激发学生学习兴趣，拓展课堂教学容量，强化教学效果大有裨益。

参考文献：

[1]孙永泰.机械制造新工艺集锦[J].机械工程师，2002（12）：63-64.