几种粉末不锈钢汽车零件
1 轿车后视镜支座
轿车后视镜支座是*个大批量生产的粉末冶金不锈钢汽车零件。尽管是一个小零件，但是以近终形成型，无需后加工，展示了粉末冶金技术的优越性，成功地竞争过了其他技术。对轿车后视镜支座材质的要求，不是耐腐蚀性，也不是力学强度，而是它必须有与视窗玻璃相匹配的热膨胀系数。在这方面，铁素体不锈钢如ss一410，ss一430和ss一434恰能满足要求。采用标准的粉末冶金工艺，在常规压制压力下模压，在工业网带炉或推杆炉中烧结，烧结温度为1 120～1 150℃ ，烧结气氛也是常规烧结气氛。一次压制一次烧结，可生产出不需后续加工的不锈钢轿车后视镜支座，与熔铸加工零件相比，生产成本降低。
2 abs传感器齿圈
防抱制动系统abs的英文全称为antilockbraking systems。abs系统的任务是，当汽车在光滑的路面行驶，需紧急制动时，防止车轮跑偏、侧滑、甩尾及车身失控等情况的发生。abs系统的关键零部件包括：电子控制单元ecu，电磁阀（每台车3～ 6个），铁磁材料齿圈（4～ 6个），传感器（4～ 6个）。abs的工作原理为：在车轮接近抱死时，车轮的制动压力将被释放，车轮减速。车轮的减速与重新加速被电子系统监控，减速时，在一定时间内保持恒定。当重新加速后，逐渐增加制动压力，增加摩擦力，制动车轮。如果给定的摩擦力仍然过大，制动过猛，则将重新开始上述过程，直到得到的所需制动压力；使车轮在规定的压力下制动而不被抱死。
abs系统的这个电子监控的调整过程，是靠电子控制单元ecu接受到由传感器与固定在车轮上的齿圈的相互作用产生的电信号后，通过比较和判断发出指令给电磁阀，控制供给气动制动压力来完成的。其中齿圈与传感器产生的信号质量将直接影响abs系统性能的高低 。
abs中的齿圈被认为是第二代粉末冶金不锈钢汽车零件。图1示日本jatco trans tech公司为nissan motor公司批量生产的abs齿圈，它取代的是原镀镍烧结铁齿圈，其产量正不断增加 。作为abs系统的关键零件，对粉末冶金不锈钢齿圈的要求相当高。为了保证感应电信号的准确获取，齿圈的尺寸精度必须保证与传感器的装配间隙小于0．7 mm，零件的一致性必须达到不合格零件的比例小于1 ppm（百万分之一），软磁性能必须保证传感器zui大／zui小感应电压的比值小于2．0。当轮速大于30 r／min时，感应电压必须大于0．2v_。
在汽车的正常使用寿命内，齿圈还必须有足够的耐腐蚀性。作为第二代粉末冶金不锈钢零件，其技术要求比*代轿车后视镜支座零件高得多。齿圈的材质为粉末冶金铁素体不锈钢，制造工艺进行了许多改进。4xx系列不锈钢粉末的压缩性和成形性不好，供货态的不锈钢粉末的压坯密度低、强度低。国外的制造商采取粉末退火和降低粉末氮含量的方法，改善粉末的压缩性。国内在95攻关“轿车用铁粉和温压技术研究”项目中，武钢粉末冶金公司和北京科技大学曾经进行过这方面的实践，特别是通过降低粉末氮含量的方法，提高铁粉的压缩性，取得了使用国产水雾化铁粉温压出7．37 g／cm。的高密度、高强度、重1 kg的汽车发电机整体磁轭生坯的较好效果。对于市售供货态4xx系列不锈钢粉末，如果不采用类似的粉末退火处理，想要在550~690 mpa压制压力下，获得6．8～6．9 g／cm3。的生坯密度是不可能的。当然，制品厂采取退火工序会增加生产成本。国外“开包即用粉”采用了预混技术，无需制品厂自己退火，不锈钢粉末压坯具有较高的生坯密度和生坯强度。例如，在常规压力下压制，ancor gs一6000和ancor 434l粉的生坯密度及生坯强度都较高。
不锈钢的高铬含量导致了粉末不锈钢的烧结难度。在1 120~1 150℃下和普通烧结钢零件的烧结气氛中，不可能还原不锈钢颗粒表面的氧化铬，而且铬会吸收烧结气氛中的潮气和残存氧，使不锈钢表面进一步氧化。铬的存在还会增加氮在铁中的溶解度，降低不锈钢零件的磁性和耐腐蚀性。为了克服以上困难，需要在低露点纯氢中或真空中高温烧结不锈钢汽车零件。国内高温烧结在铁基零件的烧结中使用的并不广泛。但是，高温烧结中的一系列的烧结反应，会减少连通孔隙的数量，增加零件密度和改善其他许多性能。
不锈钢abs齿圈是粉末软磁材料的一个应用。总体上要求具有小的矫顽力、高的导磁率和高的磁感应强度。齿圈的化学成分（特别是残留杂质）与显微组织从根本上决定了齿圈的软磁特性。材质中残存的碳、氮和氧会使碳化状态下的磁畴的畴壁运动而恶化软磁特性。在氢气中高温烧结，可获得优良的软磁性能 。在国内的条件下，1 300℃ 下的氢气中高温烧结不存在技术难度。
abs齿圈需要经受盐雾试验，不锈钢表面的连续光滑的铬氧化物膜可以通过考核。如果不锈钢表面有碳化铬形成，就会贫化表面形成氧化物所需的铬元素并使表面粗化，降低盐雾试验指标。高温烧结（1 290℃）的粉末冶金434l钢试样的阳极极化曲线显示出明显的钝化区，在该条件下，粉末434l不易被腐蚀。并且，这个钝化区比低温烧结（1 200℃）的434l和低温烧结（1 200℃）的409cb更加明显，表明高温烧结对提高零件耐盐雾试验性能的有利影响。无论是实验室试验，还是装车服役试验都表明，高温烧结的粉末冶金434l的耐腐蚀性达到熔铸409钢的水平。用ss一410l粉末和改进的ss一434l粉末高温烧结的abs齿圈的耐腐蚀性和相应牌号熔铸合金的耐腐蚀性相当。
粉末冶金不锈钢abs齿圈的成功，大大提高了材料利用率，节约了机械加工成本。齿圈不再像粉末冶金纯铁或铁磷零件那样，需要表面涂层以防锈。由于密度的提高，也不再需要进行零件的封孔处理。同时，齿圈所用粉末冶金ss一410l铁素体不锈钢材料，也为其他应用提供了新的示例。
3 排气管法兰
粉末冶金不锈钢排气法兰的成功应用，标志着粉末冶金不锈钢零件的性能与制造工艺达到了新水平。这是因为，排气管的高温工况及工作状态要求粉末不锈钢同时具有足够高的高温力学性能、好的高温抗氧化性、耐腐蚀性、高的热疲劳和高的抗蠕变性。
目前，排气管法兰主要使用的粉末牌号为ss一409l、ss一434l。在高性能要求的推动下，还发展了添加少量镍的粉末 。表4列出标准牌号ss一409l、ss-434l粉末的化学成分与松装比重。ss一409l粉末含有0．4 ～0．8 的nb，正如第1节介绍的，nb在该钢焊接时起到稳定化作用，防止由于cr的损失造成的敏化现象。两种粉末的松装比重在正常的水雾化钢铁粉末的松装比重范围内，分别为2．90g／cm3和2．85 g／cm3，<45／zm（一325目）细粉的比例比国内厂家生产的稍多，为42 左右。
粉末冶金ss一409l不锈钢能够满足排气管法兰性能的基本要求。添加镍的ss一409l、ss一434l粉末比不加镍的粉末零件具有更高的力学强度，有可能生产更薄更轻的排气法兰，而且添加镍的粉末零件的高温屈服强度高，抗应力驰豫，特别能满足法兰的使用要求。表5列出添加与不添加镍409l及熔铸铁素体不锈钢在不同温度下的力学性能数据。可以计算出，粉末409l合金由于添加0．8 9，6、1．2 9，6和1．6 的镍，室温屈服强度分别增加23 9，6，120 9，6和150 9，6。如果要求性能与退火态铸锻409l钢相当，或接近铸锻430钢的屈服强度水平，至少要添加0．8 9，6的ni。另一个显著特点是，添加镍的钢的高温屈服强度令人满意。排气管工作温度大约为670~c。由表5可以看出，于650℃ ，添加镍的粉末冶金409l钢的屈服强度明显高于铸锻退火态409l和430钢的屈服强度，这对于排气管法兰的工作是十分有利的。
得到表5性能的工艺条件为，压制压力为550mpa，润滑剂为0．75％acrawax c。在纯氢气氛中烧结，气氛露点为一40℃ 。于高温1 330~c烧结45min，烧结密度为7．30～7．35 g／cm。。这样的工艺条件，除了高温烧结稍加注意外，其他常规粉末冶金工艺都是可以容易做到的。
高温烧结试样的显微组织有所不同，不含镍的409l钢全部为铁素体组织，含镍的409l中形成低碳fe—ni—cr软马氏体组织。随添加镍量的增加，这种软马氏体组织的体积分数由15 9，5（0．8％ni）、5o （1．2 ni）增加到75 （1．6％ni）。软马氏体的存在是加镍钢屈服强度及拉伸强度提高的主要原因，固溶强化及晶粒细化强化为次要原因。间隙原子（c、n）的含量与添加镍量无关，都保持在相当低水平，n含量不超过150×10～ ，c含量不超过0．o1,6％。可以说，添加镍的409l钢强度较高，是高温烧结、高烧结密度、软马氏体的形成和低的间隙原子含量协同贡献的结果。
汽车排气系统的零件往往需要焊接。就粉末合金的特殊性而言，一般低密度的零件焊接，容易产生较多的焊接孔隙，而密度超过7．0g／cm。零件的焊接能够得到高质量的焊缝。重要的是，焊缝合金中间隙原子的含量要低，不管是合金内部还是从环境中吸收的，过多的间隙原子会造成焊缝开裂。正确地选择焊接工艺参数及选择合适的填料金属是必要的。 （摘自：果世驹.杨霞“粉末冶金不锈钢汽车零件的机遇与挑战“，《粉末冶金工业》2007.04）
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2 abs传感器齿圈
防抱制动系统abs的英文全称为antilockbraking systems。abs系统的任务是，当汽车在光滑的路面行驶，需紧急制动时，防止车轮跑偏、侧滑、甩尾及车身失控等情况的发生。abs系统的关键零部件包括：电子控制单元ecu，电磁阀（每台车3～ 6个），铁磁材料齿圈（4～ 6个），传感器（4～ 6个）。abs的工作原理为：在车轮接近抱死时，车轮的制动压力将被释放，车轮减速。车轮的减速与重新加速被电子系统监控，减速时，在一定时间内保持恒定。当重新加速后，逐渐增加制动压力，增加摩擦力，制动车轮。如果给定的摩擦力仍然过大，制动过猛，则将重新开始上述过程，直到得到的所需制动压力；使车轮在规定的压力下制动而不被抱死。
abs系统的这个电子监控的调整过程，是靠电子控制单元ecu接受到由传感器与固定在车轮上的齿圈的相互作用产生的电信号后，通过比较和判断发出指令给电磁阀，控制供给气动制动压力来完成的。其中齿圈与传感器产生的信号质量将直接影响abs系统性能的高低 。
abs中的齿圈被认为是第二代粉末冶金不锈钢汽车零件。图1示日本jatco trans tech公司为nissan motor公司批量生产的abs齿圈，它取代的是原镀镍烧结铁齿圈，其产量正不断增加 。作为abs系统的关键零件，对粉末冶金不锈钢齿圈的要求相当高。为了保证感应电信号的准确获取，齿圈的尺寸精度必须保证与传感器的装配间隙小于0．7 mm，零件的一致性必须达到不合格零件的比例小于1 ppm（百万分之一），软磁性能必须保证传感器zui大／zui小感应电压的比值小于2．0。当轮速大于30 r／min时，感应电压必须大于0．2v_。
在汽车的正常使用寿命内，齿圈还必须有足够的耐腐蚀性。作为第二代粉末冶金不锈钢零件，其技术要求比*代轿车后视镜支座零件高得多。齿圈的材质为粉末冶金铁素体不锈钢，制造工艺进行了许多改进。4xx系列不锈钢粉末的压缩性和成形性不好，供货态的不锈钢粉末的压坯密度低、强度低。国外的制造商采取粉末退火和降低粉末氮含量的方法，改善粉末的压缩性。国内在95攻关“轿车用铁粉和温压技术研究”项目中，武钢粉末冶金公司和北京科技大学曾经进行过这方面的实践，特别是通过降低粉末氮含量的方法，提高铁粉的压缩性，取得了使用国产水雾化铁粉温压出7．37 g／cm。的高密度、高强度、重1 kg的汽车发电机整体磁轭生坯的较好效果。对于市售供货态4xx系列不锈钢粉末，如果不采用类似的粉末退火处理，想要在550~690 mpa压制压力下，获得6．8～6．9 g／cm3。的生坯密度是不可能的。当然，制品厂采取退火工序会增加生产成本。国外“开包即用粉”采用了预混技术，无需制品厂自己退火，不锈钢粉末压坯具有较高的生坯密度和生坯强度。例如，在常规压力下压制，ancor gs一6000和ancor 434l粉的生坯密度及生坯强度都较高。
不锈钢的高铬含量导致了粉末不锈钢的烧结难度。在1 120~1 150℃下和普通烧结钢零件的烧结气氛中，不可能还原不锈钢颗粒表面的氧化铬，而且铬会吸收烧结气氛中的潮气和残存氧，使不锈钢表面进一步氧化。铬的存在还会增加氮在铁中的溶解度，降低不锈钢零件的磁性和耐腐蚀性。为了克服以上困难，需要在低露点纯氢中或真空中高温烧结不锈钢汽车零件。国内高温烧结在铁基零件的烧结中使用的并不广泛。但是，高温烧结中的一系列的烧结反应，会减少连通孔隙的数量，增加零件密度和改善其他许多性能。
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abs齿圈需要经受盐雾试验，不锈钢表面的连续光滑的铬氧化物膜可以通过考核。如果不锈钢表面有碳化铬形成，就会贫化表面形成氧化物所需的铬元素并使表面粗化，降低盐雾试验指标。高温烧结（1 290℃）的粉末冶金434l钢试样的阳极极化曲线显示出明显的钝化区，在该条件下，粉末434l不易被腐蚀。并且，这个钝化区比低温烧结（1 200℃）的434l和低温烧结（1 200℃）的409cb更加明显，表明高温烧结对提高零件耐盐雾试验性能的有利影响。无论是实验室试验，还是装车服役试验都表明，高温烧结的粉末冶金434l的耐腐蚀性达到熔铸409钢的水平。用ss一410l粉末和改进的ss一434l粉末高温烧结的abs齿圈的耐腐蚀性和相应牌号熔铸合金的耐腐蚀性相当。
粉末冶金不锈钢abs齿圈的成功，大大提高了材料利用率，节约了机械加工成本。齿圈不再像粉末冶金纯铁或铁磷零件那样，需要表面涂层以防锈。由于密度的提高，也不再需要进行零件的封孔处理。同时，齿圈所用粉末冶金ss一410l铁素体不锈钢材料，也为其他应用提供了新的示例。
3 排气管法兰
粉末冶金不锈钢排气法兰的成功应用，标志着粉末冶金不锈钢零件的性能与制造工艺达到了新水平。这是因为，排气管的高温工况及工作状态要求粉末不锈钢同时具有足够高的高温力学性能、好的高温抗氧化性、耐腐蚀性、高的热疲劳和高的抗蠕变性。
目前，排气管法兰主要使用的粉末牌号为ss一409l、ss一434l。在高性能要求的推动下，还发展了添加少量镍的粉末 。表4列出标准牌号ss一409l、ss-434l粉末的化学成分与松装比重。ss一409l粉末含有0．4 ～0．8 的nb，正如第1节介绍的，nb在该钢焊接时起到稳定化作用，防止由于cr的损失造成的敏化现象。两种粉末的松装比重在正常的水雾化钢铁粉末的松装比重范围内，分别为2．90g／cm3和2．85 g／cm3，<45／zm（一325目）细粉的比例比国内厂家生产的稍多，为42 左右。
粉末冶金ss一409l不锈钢能够满足排气管法兰性能的基本要求。添加镍的ss一409l、ss一434l粉末比不加镍的粉末零件具有更高的力学强度，有可能生产更薄更轻的排气法兰，而且添加镍的粉末零件的高温屈服强度高，抗应力驰豫，特别能满足法兰的使用要求。表5列出添加与不添加镍409l及熔铸铁素体不锈钢在不同温度下的力学性能数据。可以计算出，粉末409l合金由于添加0．8 9，6、1．2 9，6和1．6 的镍，室温屈服强度分别增加23 9，6，120 9，6和150 9，6。如果要求性能与退火态铸锻409l钢相当，或接近铸锻430钢的屈服强度水平，至少要添加0．8 9，6的ni。另一个显著特点是，添加镍的钢的高温屈服强度令人满意。排气管工作温度大约为670~c。由表5可以看出，于650℃ ，添加镍的粉末冶金409l钢的屈服强度明显高于铸锻退火态409l和430钢的屈服强度，这对于排气管法兰的工作是十分有利的。
得到表5性能的工艺条件为，压制压力为550mpa，润滑剂为0．75％acrawax c。在纯氢气氛中烧结，气氛露点为一40℃ 。于高温1 330~c烧结45min，烧结密度为7．30～7．35 g／cm。。这样的工艺条件，除了高温烧结稍加注意外，其他常规粉末冶金工艺都是可以容易做到的。
高温烧结试样的显微组织有所不同，不含镍的409l钢全部为铁素体组织，含镍的409l中形成低碳fe—ni—cr软马氏体组织。随添加镍量的增加，这种软马氏体组织的体积分数由15 9，5（0．8％ni）、5o （1．2 ni）增加到75 （1．6％ni）。软马氏体的存在是加镍钢屈服强度及拉伸强度提高的主要原因，固溶强化及晶粒细化强化为次要原因。间隙原子（c、n）的含量与添加镍量无关，都保持在相当低水平，n含量不超过150×10～ ，c含量不超过0．o1,6％。可以说，添加镍的409l钢强度较高，是高温烧结、高烧结密度、软马氏体的形成和低的间隙原子含量协同贡献的结果。
汽车排气系统的零件往往需要焊接。就粉末合金的特殊性而言，一般低密度的零件焊接，容易产生较多的焊接孔隙，而密度超过7．0g／cm。零件的焊接能够得到高质量的焊缝。重要的是，焊缝合金中间隙原子的含量要低，不管是合金内部还是从环境中吸收的，过多的间隙原子会造成焊缝开裂。正确地选择焊接工艺参数及选择合适的填料金属是必要的。 （摘自：果世驹.杨霞“粉末冶金不锈钢汽车零件的机遇与挑战“，《粉末冶金工业》2007.04）
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