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粉末冶金零件可降成本和车重
锈红色幕墙钢板特价 耐候钢, 即耐大气腐蚀钢,是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列,耐候钢是在钢中加入少量的合金元素,如Cu、P、Cr、Ni、等。使其在金属基体表面形成一层约50-100微米厚的致密的且与基体金属粘附性好的非晶态氧化层保护膜,从而使钢的腐蚀过程几乎不能深入进行,具有耐锈,使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗,省工节能等特点。此钢随着使用时间越长保护膜越致密,耐蚀作用越明显,具有较高的耐大气腐蚀性能;使用此材料做成的产品整体呈锈红色,特别之处在于,暴露在自然环境中,经与空气、雨水等作用,钢材表面会自动形成抗腐蚀的保护层,无需涂漆保护,材料的寿命在80年以上。
谈到粉末冶金汽车零件的生产发展与现状,韩教授讲,汽车制造中使用的粉末冶金零件主要是烧结金属含油轴承和粉末冶金结构零件,前者主要是由90Cu-10Sn青铜生产,后者基本上由铁粉为基本原料制造。
下面是几个粉末冶金技术应用的例子:一种粉末冶金64齿取力器驱动齿轮,比由钢切削加工的零件节约成本约40%,并且齿轮的齿不需要后续加工;一种粉末冶金汽车手动变速器同步器环,和常规生产的同步器环相比,可降低成本38%;一种粉末冶金复合行星齿轮架,其极限强度比铸铁切削加工件高40%,而成本减少35%以上……
从韩教授举例的12种获得各种奖项的粉末冶金零件可以看出,其中至少有3种零件采用了选择性密实技术加工,2种零件是用温压技术制造的,6种零件是由2个以上不同零件组合而成,在组合零件中多的一种是由18个粉末冶金零件组合而成。韩教授说,这些获奖零件表明,粉末冶金零件不但可替代铸铁件、锻钢件、切削加工件,省工、省料、节能,减少生产成本,而且可减轻零件重量,有利于汽车轻量化。更为重要的是,粉末冶金组合零件的发展,标志着有些零件只能用粉末冶金技术制造,具有重要的技术与经济意义。
粉末冶金是一种“绿色”制造技术
目前,粉末冶金已经被业界公认为是一种绿色、可持续的制造技术。对此,韩教授从粉末冶金的持续性功能、材料可持续性、能源可持续性、设备可持续性、环境可持续性、可持续就业、可持续价值优势等几个方面做了介绍。
例如在持续性功能方面,粉末冶金的终成形能力与材料利用率很高,可使全部能源消耗小化。与传统工艺(热加工+冷加工)的铸造或锻造+切削加工相比,粉末冶金工艺制造同一零件只需要采用较少的几道工序,即能完成工序较多、较复杂的工艺。
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耐候钢, 即耐大气腐蚀钢,是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列,耐候钢由普碳钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成,具有优质钢的强韧、塑延、成型、焊割、磨蚀、高温、抗疲劳等特性;耐候性为普碳钢的2~8倍,涂装性为普碳钢的1.5~10倍。同时,它具有耐锈,使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗,省工节能等特点。 耐候钢主要用于铁道、车辆、桥梁、塔架等长期暴露在大气中使用的钢结构。用于制造集装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、采油平台及化工石油设备中含硫化氢腐蚀介质的容器等结构件。300M钢是20世纪60年代由美国研发的一种低合金超高强度钢,因具有良好的强度、塑性和抗疲劳性能而成为当今飞机起落架的 材料。300M钢的疲劳裂纹扩展速率反映了该钢在标准条件下的抗疲劳裂纹扩展能力,是确定零件服役寿命的重要指标。因此,科研人员在不同条件下对300M钢进行了疲劳裂纹扩展速率试验,分析了应力比、试验环境、频率等因素对中速(裂纹扩展速率在10-5~10-3mm周次-1)扩展区疲劳裂纹扩展速率的影响,并用Paris方程和Walker方程对中速扩展区曲线进行了拟合,为该钢的应用与评价提供数据参考。
试验用材料为300M钢棒,由某特钢生产,规格为Φ400mm,退火态。从300M钢棒上切取材料,制成拉伸试样、断裂韧度试样以及紧凑拉伸疲劳裂纹扩展试样。对试样进行870℃1h淬火+300℃×2h两次回火热处理后,按GB/T228.1-2010和GB/T4161-2007分别进行拉伸和断裂韧度性能测试。根据GB/T6398-2000进行疲劳裂纹扩展速率试验, 载荷16kN,加载波形为正弦波,试验环境为空气环境和质量分数为3.5%NaCl水溶液。利用扫描电镜观察断口形貌。试验结果表明:
(1)300M钢的疲劳裂纹扩展速率随应力强度因子范围的增加而单调递增;在相同应力强度因子范围下,应力比为0.3下试样的疲劳裂纹扩展速率高于应力比为0.1下的;在NaCl水溶液中300M钢的裂纹扩展速率在裂纹扩展前期比在空气环境中的快,在扩展后期则趋于一致;较低试验频率下300M钢在裂纹扩展前期的裂纹扩展速率比较高频率下的快。
(2)分别用Paris方程和Walker方程对疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子范围关系曲线进行了线性拟合,拟合相关系数均在0.95以上。
(3)300M钢的疲劳断口由具有疲劳条带的扩展区和以韧窝为主的瞬断区组成。
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