兵器粉末冶金技術（shù）是指采用金屬或其它粉末材料，經過混粉、壓坯、燒結、成型和後處理等工藝過程製造各種多孔、半（bàn）致密或全致密兵器（qì）零件與（yǔ）製品的技術。兵器粉末冶金技術是反坦（tǎn）克動能穿甲彈彈芯、導彈發動機噴（pēn）管、陶瓷裝甲元件、坦克動力傳動係統摩擦片等元件的（de）關（guān）鍵製造技術（shù），包括：兵器特殊零件的熱等（děng）靜壓（yā）、冷等（děng）靜（jìng）壓技術、燒結工藝、自蔓燃高溫合（hé）成技術、粉末注射成型技術、粉末鍛造（zào）技術、粉末冶金件性能測試與無（wú）損檢測技（jì）術等。由於粉末冶金技術具有工藝（yì）成本低、材料利用率高、能（néng）實現製造（zào）零件的淨成型或近成型、特別適用於大批量生產，用（yòng）於（yú）取代某些兵器零件的常規製造工藝，還能（néng）夠實現提高產品性能，縮短周期，延長（zhǎng）使用（yòng）壽命，降低生（shēng）產成本的效果。  

    相關技術

    彈藥技術；發動機噴管技術；摩擦（cā）片（piàn）技術；裝甲技術

    技術（shù）難點

    1、兵器特殊零件的熱等靜壓、冷等靜壓技術；

    2 、預合金粉件燒結工藝及（jí）控製技術；

    3 、粉末冶金件致密化技術；

    4 、粉末（mò）注射（shè）成型技術；

    5 、粉末（mò）冶金件精密（mì）鍛造技（jì）術；

    6 、自蔓（màn）燃高溫合成技術；

    7 、粉末冶金件性能（néng）測試與無損檢測技術。

    國外（wài）概況            

    1、國外兵器粉末冶金技術研究和應用廣泛

    粉（fěn）末冶金技術在（zài）美軍彈藥引信上的應用已超過30年。如M549、M550彈保險及解除保（bǎo）險裝置的卡銷均為粉（fěn）末冶金黃銅件；50mm（毫米）彈的引（yǐn）信保（bǎo）險器、Beehive戰鬥部的引信定時器殼和引信底座等均采用了316L不鏽鋼粉末冶金（jīn）件；此外，銅斑蛇導（dǎo）彈製導係統中也有（yǒu）形狀複雜的粉末冶金鋼（gāng）質件（jiàn）。

     粉末冶金技術在彈藥中應用廣泛（fàn）。如20mm、50mm彈的純鐵質粉末冶（yě）金（jīn）旋轉彈帶（dài）、鎢（wū）重金屬粉末冶金（jīn）動能穿甲彈芯、金屬粉末注射成型穿甲彈尾翼、破甲彈（dàn）藥形罩、自動尋（xún）的導引頭粉（fěn）末冶金件等等，其應用量非常大。俄羅斯大口徑炮彈也采用黃銅粉末冶金（jīn）成（chéng）型彈帶。

     粉末冶金（jīn）技術在槍械中的應用非常廣闊。如12.7mm口徑M85機槍的（de）快慢機、護筒、閉鎖機、閂鎖等22種零件可用粉末冶金鋼鍛件來（lái）代替；12.7mm口徑M2機槍的計算尺、托架、槍栓等（děng）12種零件可用粉末冶金件代替；7.62mm M60機槍（qiāng）的撞針杆、送彈杆、前後（hòu）瞄（miáo）準器（qì）等18種（zhǒng）零件可由粉末冶金件代替。如金（jīn）屬粉末注射成型槍械發射阻鐵（tiě），為4340鋼粉末冶金件，熱處理後（hòu）硬度達到38～42HRC（洛氏硬度），氧化發黑後可代替以前的精密鑄件。M16 步（bù）槍激光瞄（miáo）準（zhǔn）係統的可調旋鈕也采用（yòng）黃銅、鋼（gāng）及不（bú）鏽鋼粉末冶金件。               

      在坦（tǎn）克裝甲車輛方麵，粉末（mò）冶金件的應用也越來越廣泛。美國XM-1坦克發動機齒輪即采用了粉末冶金件，其性能完全合格，且成本（běn）可降低約60％。M15lA2軍用車輛的差速器中，側麵齒輪（lún）、軸齒輪、配對齒輪均為粉末冶金件，其性能均（jun1）很好（hǎo），成本降低約30％。M60坦（tǎn）克驅動係（xì）的正齒輪采用了4620鋼粉末（mò）冶金件。軍用車輛的製動泵活塞，燒結的鐵質粉末冶金件比以往的鋁（lǚ）質產品在耐磨性、耐燒蝕性方麵均占優（yōu）勢，顯著提高產品壽命。                  

     在火炮的應用上，奧地利用粉末冶金技術製造了耐燒燒蝕鎳基或鈷基合金內襯置於炮（pào）管內膛提高性能，具有耐燒蝕、耐磨（mó）損（sǔn）、耐磨蝕等特性，且（qiě）製造技術比較成熟。美國（guó）用熱等靜壓技術製（zhì）造形狀複雜的M113型175mm炮斷隔螺紋炮閂，每（měi）件可節省材料34kg（公斤），工時15個，質量減輕近25％。另外，美國還（hái）利（lì）用釩改性（xìng）4600鋼粉和（hé）天然石墨混合料，通過粉末鍛造方法製（zhì）造近（jìn）成形的（de）環形件，用於大口徑火（huǒ）炮（pào）炮尾組合（hé）件中的閉氣環。  

    2、取代傳統工藝和材料的研究應用證實了其可行性

    粉末（mò）冶金技術除了用於製造一些特殊的兵器（qì）產品零件（如動能穿甲彈芯（xīn）、火炮、彈箭防燒蝕（shí）內襯等）之外，還可以取代傳統材料（liào）和工藝，用於製造裝甲車輛、槍械、火炮（pào）或彈箭零件，進一步改進性（xìng）能和降低成本。國（guó）外許（xǔ）多研（yán）究或應（yīng）用實（shí）例（lì）已證實（shí）了（le）在性能、使用壽命、成本方（fāng）麵的可（kě）行性，例如：

    （1）105mm榴彈炮凸輪

    該零件件尺寸約241mm ×152mm ，厚約12.7mm，加強肋高度/厚度比大於10，加強肋厚度約5mm.該凸輪槽具有複雜構形，允許誤差±50μm（微米）。美（měi）國（guó）陸軍研究證實了粉末冶金蠕（rú）變鍛造技術的（de）應用可行性。他們采用100目7075鋁粉，於276MPa（兆帕（pà））壓力下冷等靜壓製坯，在550 ℃氮氣（qì）中燒結2 小時後，將預（yù）型坯和鍛模預熱到530℃，進行等溫蠕變鍛造。結果表（biǎo）明，最終機械性能滿足（zú）QQ－A－367H技（jì）術規範，抗拉強度大於490MPa，屈服強度超過434MPa，延伸率高於3 ％。工藝成本對比分析表明，可（kě）節約開支30%。

    （2）151A2軍（jun1）車差速器齒輪和製動泵活塞

    美國陸軍采用4620鋼粉，通過粉（fěn）末冶（yě）金等溫鍛造技術製造差速側齒輪和傘齒輪，最終材料密（mì）度可達到99.5％理論密度，抗拉（lā）強度876MPa，屈服強度630MPa，延伸（shēn）率11.6％，斷麵收縮率54.4％，衝擊值（zhí）與（yǔ）4600鍛（duàn）鋼性能相當（dāng）。將這（zhè）些齒輪裝在7部M15lA2車上進行35000km（公（gōng）裏）公路和越（yuè）野跑（pǎo）車（chē）考核，結果（guǒ）證明是合格的。但是用這種粉末冶金等溫鍛造技術製（zhì）造的齒輪，成本降低了25％。製動泵（bèng）活塞采用（yòng）燒結鐵是為了取代鋁活塞，解（jiě）決（jué）腐蝕問（wèn）題。燒結鐵粉中有少量錫銻銅合金粉，經製坯壓實、燒結，硬度達到85－95HB，與標準鋁（lǚ）活塞接（jiē）近。氣孔率為（wéi）2％，浸漬聚氧（yǎng）乙二醇類合成防腐潤滑劑後，他們將該燒結鐵活塞裝車，進行20000km考核試驗，對比結果表（biǎo）明，鋁活塞出現嚴重腐蝕（shí）、粘合，但燒結鐵活塞（sāi）無任何（hé）過度磨損或腐（fǔ）蝕（shí），性能優於鋁活塞。

    （3）M60坦克正齒輪

    這種正齒輪用於M60坦克驅（qū）動鏈，與主驅動齒輪相匹配。美國TRW公（gōng）司在陸軍支持下研究認為，用粉末（mò）冶金（jīn）技術製造這種高性（xìng）能齒輪替代（dài）鍛鋼件是可（kě）行（háng）的。采用工業水霧化4620鋼粉（fěn），在（zài）414MPa壓力下冷等靜壓製成預型坯，然後在1200℃氫氣中燒（shāo）結1小時，再（zài）於900℃，10t（噸）／平方英寸下進行精密等溫鍛造。最終材料（liào）密度（dù）可達99.5％理論（lùn）密（mì）度，機（jī）械性能與鍛鋼件性能相當，抗拉強度約758MPa，屈（qū）服（fú）強度約580MPa，延伸率15％，麵縮率40％。

    （4）海軍127mm製導炮彈尾（wěi）翼

    這（zhè）種尾翼有極嚴格（gé）的幾何形狀要求，總長198mm，翼型寬58mm，厚約9mm.原設計采用17－4PH鋼鑄件，最（zuì）低強度為1172MPa.美（měi）國海軍海麵武器中心認為，可以用粉末冶金鍛造技術製造這種高強度（dù）精密尾翼。他們采用4640鋼粉340g（克），與0.48％石墨和0.75％硬脂（zhī）酸鋅混合壓坯（pī），燒結後（hòu）達到80％－85％理論密（mì）度，然後於1200℃預熱後立即進行精密等溫模鍛，鍛後密度可達99.5％～100％理論密度，尺寸精度可達±2.5 μm.機械性能（néng）均可滿足設計要求，抗拉強度可達1207MPa，屈服強度達1193MPa ，延伸率5.3％，斷麵收縮率25.0％，材料（liào）利（lì）用率達83％。

    （5）M567引信定位栓

    美國陸軍證實了可以用粉末冶金技術（shù）製造炮彈引信中的鋁件。其（qí）中，60和81mm迫彈引信定位栓原設計采用2014－T6鋁棒坯，切削加工，材料抗拉強度為（wéi）400MPa，根（gēn）據該件功能，實際並不需要達到這一強度等級。采（cǎi）用粉末冶金技術製造這種零件，材料（liào）是工業201AB鋁粉，成分與2014鋁相似，經多模壓機製成坯件後，於593℃氮氣氛（fēn）中燒結30分鍾，再進行T4或（huò）T6狀態固溶、時效熱處理，機加為（wéi）成品件。機械性能試驗表明，T4熱處理條件下，抗拉強度超過290MPa，屈服強度240MPa，延伸率5％-6 ％，T6條件下抗拉強度達350 MPa ，延伸率1 ％－2 ％。尺寸分析和密度測量結果表明，最終尺寸變化小於0.3％，材料密度達到99％理論密度。為證（zhèng）實其使用性能（néng）。進行了空氣炮發（fā）射試驗（yàn），將定位栓裝（zhuāng）在M567引信件中，評價其（qí）發射後的結構（gòu）完整性，試驗結果表明，未出現（xiàn）任何破壞（huài）或尺寸變化。成本分析表明，傳統切削工藝中，有60%材料（liào）成為切削廢料，而粉末冶金件中的切（qiē）削材料（liào）損失不超過（guò）5 ％。分析表明總成（chéng）本可降低25%。

    （6）粉末冶金彈（dàn）帶

    美國陸軍為改進鐵粉末（mò）冶金彈帶性能，研究了銅熔滲鐵粉末燒（shāo）結（jié）彈帶（dài）材料性能，結果表明銅熔（róng）滲可提高鐵粉末冶金彈帶強度。例如，鐵粉壓坯經1120℃燒結（jié）8分鍾後，抗拉強度為365MPa，屈（qū）服強度（dù）為172MPa，延伸率21％，尺寸變化0.006，經銅熔滲1分鍾後，抗拉強（qiáng）度提高到372MPa，屈服強度（dù）提高到220MPa，延伸率下降到19％，尺寸（cùn）變化為0.008。

    （7 ）粉末冶金（jīn）槍械零件

    美國陸軍0.50口徑M85機槍快慢（màn）機是一個複雜結構件。原采用4640鋼錘鍛、切削工藝製（zhì）造。為降低成本，TRW公司（sī）用4640預合金鋼粉通過粉末冶金鍛造技術製造了400個粉末冶金鍛造快慢（màn）機交（jiāo）給陸軍進行考核。經過大量性能試驗和室溫與低溫射擊考核，結果非常令人滿意。因此陸軍製定了M-85機槍26種零（líng）件粉末冶金鍛造（zào）的軍用技術標準（MIL-F-45961）。 對比分析結果表明，4640鋼（gāng）粉末冶金件的強度（dù）、韌性與鍛鋼件相當，硬度（dù）為30～33HRC ，疲勞強（qiáng）度414MPa，室溫夏氏V型缺口衝擊值6.9kgf.m（公斤.力米），纖維組織為細回火馬氏體。但是與傳統工藝相比（bǐ），成本降低50% ，製造工（gōng）序從27道減至7道（dào），材料利用率從17％提（tí）高到90%。

    影響 

    未來武器裝備和技術的發展對武器零部件製（zhì）造質量、經濟可承受性、研製和製造生產周期、應急生（shēng）產能力等都提出了一（yī）係列新挑戰，新一代武器裝（zhuāng）備需要更先進的製造（zào）技（jì）術來滿足這些要求。兵器粉末冶金技術不但是反坦克動能（néng）穿甲彈彈芯、導彈發動機（jī）噴管、陶瓷裝甲元件（jiàn）、坦克動力傳動係統摩擦（cā）片等（děng）元件的（de）關鍵製造技術，而且由於它具有工藝成本低、材料利用率高、能實現淨成型或近成型、適用於批量生產，用於取代某些兵器零（líng）件的常規製造工藝，能夠實現提高產品性能，縮短周期，延長使用壽命，降低生產成本的效果，所以它將成為新一代武器裝備發（fā）展的支撐性關鍵製造技術之一。