金屬學基礎(chǔ)

鐵碳合金的基本組織

　?、賷W氏體：碳溶于r-Fe中的間隙式固溶體稱為奧氏體，常用A表示。因為面心立方晶格的r-Fe總的間隙量雖比a-Fe的小，但空隙半徑比較大，所以能溶較多的碳。電化學拋光過程分為兩步：(1)宏觀整平溶解產(chǎn)物向電解液中分散,材料外表幾何毛糙下降,Ra＞1μm。碳在r-Fe中的溶解度隨溫度升高而增加，在727度時為0.77%，在1148度時達到峰值2.11%。

　　奧氏體塑性很好，強度和硬度也比鐵素體高。

　?、阼F素體：碳溶于a-Fe中的間隙式固溶體稱為鐵素體，常用F表示。捏合機是由一對互相配合和旋轉(zhuǎn)的葉片（通常呈Z形）所產(chǎn)生強烈剪切作用而使半干狀態(tài)的或橡膠狀粘稠塑料材料能使物料迅速反應(yīng)從而獲得均勻混合攪拌的設(shè)備。因為體心立方晶格的a-Fe總的間隙量雖大，但是間隙半徑卻很小，所以碳在a-Fe中的溶解度很小，室溫下不超過0.005%，隨著溫度升高，溶解度略有增加，在727度時達到峰值，也僅有0.0218%。

　　鐵素體含碳量很低，其性能接近純鐵，是一種塑性、韌性高和強度、硬度低的組織。

　?、壑楣怏w：鐵素體和滲碳體組成的機械混合物叫做珠光體，常用P表示。珠光體的平均含碳量為0.77%。但是從行業(yè)發(fā)展的總體情況來看，我國現(xiàn)階段的MIM前景喜人，但在某些方面與國外還存在一定差距。其性能介于鐵素體和滲碳體之間。一般情況下，珠光體中鐵素體和滲碳體呈片狀交替分布，稱為片狀珠光體。通過熱處理可以使?jié)B碳體呈顆粒狀分布在鐵素體基體上，叫做球狀珠光體或粒狀珠光體。

　?、軡B碳體：滲碳體是鐵與碳的化合物，常用Fe3C表示。滲碳體的含碳量為6.69%，熔點約為1227度，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬度很高，脆性極大，幾乎沒有塑性。

　　一般來說，在鐵碳合金中，滲碳體越多，合金就越硬，越脆。

　?、蓠R氏體：鋼加熱到一定溫度（形成奧氏體）后經(jīng)迅速冷卻（淬火），得到的能使鋼變硬、增強的一種淬火組織，常用M表示,馬氏體是體心正方結(jié)構(gòu)。

　　馬氏體轉(zhuǎn)變速度極快，轉(zhuǎn)變時體積產(chǎn)生膨脹，在鋼絲內(nèi)部形成很大的內(nèi)應(yīng)力，所以淬火后的鋼絲需要及時回火，防止應(yīng)力開裂。

日本MIM工業(yè)產(chǎn)品發(fā)展迅速

金屬粉末注射成型技術(shù)(metal Powder Injection Molding，簡稱MIM)是將現(xiàn)代塑料噴射成形技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域而形成的一門新型粉末冶金近凈形成形技術(shù)。其基本工藝過程是：首先將固體粉末與有機粘結(jié)劑均勻混練，經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(~150℃)用噴射成形機注入模腔內(nèi)固化成形，然后用化學或熱分解的方法將成形坯中的粘結(jié)劑脫除，最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品。良好的滲透性：由于靜電屏蔽效應(yīng)，工件的深孔、狹縫，管件的內(nèi)壁等部位難以電鍍上鋅，因此工件的上述部位無法采用電鍍的方法進行保護。與傳統(tǒng)工藝相比，具有精度高、組織均勻、性能優(yōu)異，生產(chǎn)成本低等特點，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子信息工程、生物醫(yī)用器械、辦公設(shè)備、汽車、機械、五金、體育器械、鐘表業(yè)、兵工及航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。因此，國際上普遍認為該技術(shù)的發(fā)展將會導(dǎo)致零部件成形與加工技術(shù)的一場革命，被譽為“當今最熱門的零部件成形技術(shù)”和“21世紀的成形技術(shù)”。

　　美國加州Parmatech公司于1973年發(fā)明，八十年代初歐洲許多國家以及日本也都投入極大精力開始研究該技術(shù)，并得到迅速推廣。特別是八十年代中期，這項技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化以來更獲得突飛猛進的發(fā)展，每年都以驚人的速度遞增。到目前為止，美國、西歐、日本等十多個國家和地區(qū)有一百多家公司從事該工藝技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)、研制與銷售工作。這種方式的重要長處是不需龐雜設(shè)備,可以拋光外形龐雜的工件,可以同時拋光很多工件,效率高。日本在競爭上十分積極，并且表現(xiàn)突出，許多大型株式會社均參與MIM工業(yè)的推廣，這些公司包括有太平洋金屬、三菱制鋼、川崎制鐵、神戶制鋼、住友礦山、精工——愛普生、大同特殊鋼等。目前日本有四十多家專業(yè)從事MIM產(chǎn)業(yè)的公司，其MIM工業(yè)產(chǎn)品的銷售總值早已超過歐洲并直追美國。到目前為止，全球已有百余家公司從事該項技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)、研制與銷售工作，MIM技術(shù)也因此成為新型制造業(yè)中最為活躍的前沿技術(shù)領(lǐng)域，被世界冶金行業(yè)的開拓性技術(shù)，代表著粉末冶金技術(shù)發(fā)展的主方向。

荷蘭公司用金屬3D打印制造超級摩托車電機冷卻

荷蘭超級摩托車制造商Electric Superbike Twente與金屬3D打印公司K3D合作，為其電動自行車的電機生產(chǎn)新的冷卻外殼。這是Electric Superbike Twente使用的一款3D打印金屬組件，在此前的產(chǎn)品開發(fā)中，他們意識到使用傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的電機冷卻外殼并不適合高性能摩托車，因此雙方在設(shè)計第二輛電動摩托車后不久就開始合作。粉末冶金零件生坯具有適當?shù)膹姸仁潜匾模员銐号鲝年幠Ｖ忻摮龊蛯⑵溥\送到燒結(jié)爐而不會損壞。

傳統(tǒng)制造的局限性

超級摩托車團隊的技術(shù)經(jīng)理Feitse Krekt 評論說：“首輛超級摩托車的冷卻外殼由多個部件組成，這些部件使用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，如車削和銑削，很難生產(chǎn)。對于這些生產(chǎn)方法，需要大量的材料，因此最終產(chǎn)品變得非常沉重。而且另外一個問題是，由于車削過程，壁厚需要高于常規(guī)，我們無法盡可能高效地冷卻電動機?！罱M合為了節(jié)省庫存與組裝費用，當講多個零件團結(jié)為一個零件時，可以受益。所以，電機的功率低于預(yù)期，有時需要放慢速度以使電動機不會過熱?！?

因此，超級摩托車決定聯(lián)系K3D，K3D是荷蘭一家從Additive Industries購買了metalFab1 金屬3D打印機的公司，自2016年以來已生產(chǎn)超過35,000種產(chǎn)品。

△用于生產(chǎn)冷卻外殼的metalFab1 3D金屬打印機

K3D的首席技術(shù)官Jaap Bulsink解釋說，使用K3D生產(chǎn)的部件使他們能夠享受傳統(tǒng)制造技術(shù)無法提供的設(shè)計自由，“由于采用薄壁設(shè)計，內(nèi)部通道具有zui佳的冷卻性能，只有金屬3D打印才能實現(xiàn)極佳設(shè)計自由度。重要的是，該部件的設(shè)計重量最輕。該部件打印非常準確，無需任何后處理即可直接使用。以上是粉末冶金齒輪一些缺點，不過凡事有利就有弊，相信隨著時代的快速發(fā)展，粉末冶金齒輪的不足點也會慢慢的得到改善?！?

這不是3D打印初次用于制造電動摩托車?？偛课挥诘聡腂igRep已經(jīng)制造出功能齊全的3D打印電動摩托車，但該自行車僅用于設(shè)計目的，目前還不是一種可行的商業(yè)產(chǎn)品。另外，寶馬今年早些時候推出了3D打印概念車架，用于BMW S1000RR運動自行車。濃型放熱氣氛的碳勢較高一些，可用作防止粉末冶金鐵基、銅基零件的的氧化和減少鐵基零件的脫碳。

電動超級摩托車目前正在組裝，之后將于2019年5月24日在荷蘭恩斯赫德進行測試并最終曝光。