兵器粉末冶金（jīn）技術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（chù）理等工藝過程製造各（gè）種多孔（kǒng）、半致密或全致密兵器零件（jiàn）與製品的技術（shù）。兵器粉末冶金技術是反坦（tǎn）克動能穿甲彈彈芯、導彈發動機噴管、陶瓷裝甲元件、坦克動力傳動係統摩擦片等元件的（de）關鍵製造技術，包括：兵器特殊零件的熱等靜壓、冷等靜（jìng）壓技術、燒結工藝、自蔓燃高溫合成技術、粉末注射成（chéng）型技術、粉末鍛造技術、粉末冶金件性能測試與無損檢測技術等。由於（yú）粉末冶金技術具（jù）有（yǒu）工藝成本低、材料利用（yòng）率高、能實（shí）現製造零件的淨成型或近成（chéng）型、特別（bié）適（shì）用於大批量（liàng）生產，用於取代某些兵器零件的常規製造工藝，還能夠實（shí）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。  

    相關技（jì）術

    彈藥技術；發動機噴管技術；摩擦片技（jì）術；裝甲技術

    技術難點

    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（jié）工藝及控製技術；

    3 、粉末冶金件致密（mì）化（huà）技術；

    4 、粉末注射成型技術；

    5 、粉末冶金件精密鍛造技（jì）術；

    6 、自蔓燃高（gāo）溫合成技術；

    7 、粉末冶金件性能（néng）測試與（yǔ）無損（sǔn）檢測技術。

    國（guó）外概況            

    1、國外兵器粉末冶金技術研究和應用廣（guǎng）泛

    粉末冶金技術在美軍（jun1）彈（dàn）藥引（yǐn）信上的應用已超過30年。如（rú）M549、M550彈保險及解除保險（xiǎn）裝置的卡銷均為粉末冶金黃銅件；50mm（毫（háo）米）彈的引信保（bǎo）險器、Beehive戰鬥部（bù）的引信定時器殼和引信底座等均采用了316L不鏽鋼粉末冶金件（jiàn）；此外，銅斑蛇導彈製導係統中也（yě）有形（xíng）狀複雜（zá）的（de）粉末冶金鋼質件。

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

     粉末冶（yě）金技（jì）術（shù）在槍（qiāng）械中的應用非常（cháng）廣闊。如12.7mm口徑M85機槍（qiāng）的快慢機、護（hù）筒（tǒng）、閉鎖機、閂鎖等22種零件可用粉末冶金鋼（gāng）鍛件來代（dài）替；12.7mm口徑M2機槍的計算尺、托架、槍（qiāng）栓等12種零件可（kě）用粉末冶金件（jiàn）代替；7.62mm M60機槍的撞針杆、送彈杆、前後瞄準器等（děng）18種零件可由粉末冶金件代替。如金屬粉末注射成型槍械發射阻鐵，為4340鋼粉末冶金件，熱處理後硬度達到38～42HRC（洛氏硬度），氧（yǎng）化發黑後可（kě）代替以前的精（jīng）密鑄件。M16 步槍激光瞄準係統的可調旋鈕也采用黃銅、鋼（gāng）及不鏽鋼粉末冶金件（jiàn）。               

      在（zài）坦（tǎn）克裝甲車輛（liàng）方麵，粉末冶金件的應用也越來越廣（guǎng）泛。美國XM-1坦克（kè）發動機齒輪即采用了粉（fěn）末冶（yě）金件，其性能完全合格，且成本可降低約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，其性能均很好，成本降（jiàng）低約30％。M60坦克驅動係的正齒輪采用了4620鋼粉末（mò）冶金件。軍用（yòng）車輛的製動泵活塞，燒結（jié）的鐵質粉末冶金（jīn）件比以往的鋁質產品在耐磨性、耐燒蝕性方麵均占優勢，顯著提高（gāo）產品壽命（mìng）。                  

     在火炮（pào）的應用上，奧地利用粉末冶金（jīn）技術製造了耐燒燒蝕鎳基或鈷基合金內襯置於炮管內膛提高性能，具有耐（nài）燒（shāo）蝕（shí）、耐磨損、耐（nài）磨蝕等特性，且製造技（jì）術比較成（chéng）熟。美國用（yòng）熱等靜壓技術（shù）製造形狀複雜（zá）的M113型175mm炮斷隔螺紋炮閂，每件可節省材料34kg（公斤），工時15個，質（zhì）量減輕近25％。另外，美國還利用釩改性4600鋼粉和天然石墨混合料，通過粉末鍛（duàn）造方法製造近成形的環形件，用於大口徑火炮炮尾組合件中的閉氣環。  

    2、取代傳統工藝和（hé）材料的研究應用（yòng）證實了其可行性

    粉末冶金技術除了用於製造一（yī）些特殊的兵器產品零件（如動能（néng）穿甲彈芯（xīn）、火炮、彈箭防燒蝕內襯等）之外，還可以取代傳統材料和（hé）工藝，用於製（zhì）造（zào）裝甲車輛、槍械、火炮或彈箭零件，進（jìn）一步改進性能和降低成本。國外許多研究或應用實例已（yǐ）證實了在性能、使用（yòng）壽命、成本方麵的可行性，例如：

    （1）105mm榴（liú）彈炮凸輪

    該零件件尺寸約（yuē）241mm ×152mm ，厚約12.7mm，加強（qiáng）肋高度/厚度比大於10，加強肋厚度約（yuē）5mm.該凸輪槽具有複雜構形，允許誤差±50μm（微米）。美國陸軍（jun1）研（yán）究證實了粉末冶金蠕變鍛造技術的應用可行性。他們采用100目7075鋁粉，於（yú）276MPa（兆帕）壓力下冷等靜（jìng）壓製坯，在550 ℃氮氣中（zhōng）燒結2 小時後（hòu），將預型（xíng）坯和鍛模預熱到（dào）530℃，進（jìn）行等溫蠕變鍛造（zào）。結果表（biǎo）明，最（zuì）終機械性能滿足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（yú）3 ％。工（gōng）藝成本（běn）對比分析表明，可節約開支（zhī）30%。

    （2）151A2軍車差速器齒輪和製動泵活塞

    美國陸軍采用4620鋼粉，通（tōng）過（guò）粉（fěn）末冶金等溫鍛造技術（shù）製造差速側（cè）齒輪和傘齒輪（lún），最終材料密度可達到99.5％理論（lùn）密度，抗拉強度876MPa，屈服強度630MPa，延伸率（lǜ）11.6％，斷麵收縮率54.4％，衝擊值與4600鍛鋼性（xìng）能相當。將這些齒輪裝在7部M15lA2車上進行35000km（公裏）公路和越野（yě）跑車考核，結果證明是合格的。但是用這種粉（fěn）末冶（yě）金等溫鍛造技術製造的齒輪，成本降（jiàng）低了25％。製動泵活塞采用燒結鐵是為了取代鋁活塞，解決腐蝕問題。燒結鐵（tiě）粉中有少量錫（xī）銻銅（tóng）合金粉（fěn），經製坯壓實、燒結，硬度達到85－95HB，與標準鋁活塞接近。氣孔率為2％，浸漬聚氧（yǎng）乙（yǐ）二醇類合成防（fáng）腐潤滑劑後，他們將該燒結鐵（tiě）活塞（sāi）裝車，進行20000km考核試驗，對比結果表明，鋁活塞出現嚴重腐蝕、粘合，但（dàn）燒結鐵活塞無任何過度磨損或腐（fǔ）蝕，性能優（yōu）於鋁活塞。

    （3）M60坦克正齒輪

    這種（zhǒng）正齒輪用於M60坦克驅動鏈，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（fěn）末冶（yě）金技術製造這種高性能齒（chǐ）輪替代鍛鋼件是可（kě）行的。采用工業水霧化4620鋼（gāng）粉，在414MPa壓力（lì）下冷等靜壓製成預型坯，然後在1200℃氫氣中燒結1小時，再於900℃，10t（噸）／平方英寸下進行精密等溫鍛造。最終材料（liào）密度可達（dá）99.5％理論密度，機械性能與鍛鋼件性能相（xiàng）當（dāng），抗拉強度約（yuē）758MPa，屈服強（qiáng）度約（yuē）580MPa，延伸率15％，麵縮率40％。

    （4）海軍（jun1）127mm製（zhì）導炮（pào）彈尾翼

    這種尾翼有極嚴格的幾何形狀要求，總長198mm，翼型（xíng）寬58mm，厚約9mm.原設計采用17－4PH鋼鑄（zhù）件（jiàn），最低強（qiáng）度為1172MPa.美國海軍（jun1）海麵武器中心認為，可以（yǐ）用（yòng）粉末冶金鍛造技術製（zhì）造（zào）這種高強度精密尾翼。他們采用4640鋼粉340g（克），與0.48％石墨（mò）和0.75％硬脂酸（suān）鋅混合壓坯，燒結後達到80％－85％理論密度，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（lǐ）論密度，尺寸精度可達±2.5 μm.機械（xiè）性能均（jun1）可滿足設計（jì）要求，抗拉強（qiáng）度可達1207MPa，屈服強度達1193MPa ，延伸率5.3％，斷麵收縮率25.0％，材料利用率達83％。

    （5）M567引信定位栓

    美國陸軍證實了可以（yǐ）用粉末冶金（jīn）技術（shù）製造（zào）炮彈引信（xìn）中的鋁件。其中（zhōng），60和81mm迫彈（dàn）引信定位栓原設計采用2014－T6鋁棒坯，切削加工，材料抗拉強（qiáng）度為400MPa，根據該件功能，實際（jì）並不需要達到這（zhè）一強度等級。采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℃氮氣氛中燒結30分鍾，再進行（háng）T4或（huò）T6狀態（tài）固溶、時效熱處（chù）理，機加為（wéi）成品件。機械性能試驗表明，T4熱處（chù）理條件下，抗（kàng）拉強度超過（guò）290MPa，屈服強度240MPa，延伸率（lǜ）5％-6 ％，T6條件下抗拉強度達（dá）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（dào）99％理（lǐ）論密度。為證實其使用性能。進行了空氣炮發射試驗，將定位栓裝在M567引信件中（zhōng），評價其發（fā）射後（hòu）的結構完整性，試驗（yàn）結果表明，未出現任何破（pò）壞（huài）或尺寸變化。成本分析表明，傳統切削工藝中，有60%材料成為切削廢（fèi）料，而粉末冶金件中的切削材料損失不超過5 ％。分析表明總（zǒng）成本可降低25%。

    （6）粉末冶金彈（dàn）帶

    美國陸軍為（wéi）改進鐵粉末冶金彈帶性能，研究了銅熔（róng）滲鐵粉末（mò）燒結彈帶材料性（xìng）能，結（jié）果表明銅熔滲可提高鐵粉末冶金彈帶強度。例如，鐵（tiě）粉壓坯經1120℃燒結8分（fèn）鍾後，抗拉強度為365MPa，屈服強度為172MPa，延伸率21％，尺寸變化0.006，經銅熔滲1分鍾後，抗拉強度提高到372MPa，屈服強度提高到220MPa，延伸率（lǜ）下降到19％，尺寸變化為0.008。

    （7 ）粉末冶金槍械零件

    美國陸軍0.50口徑M85機槍快慢機是一個複雜結構件。原采用4640鋼錘鍛、切削工（gōng）藝製造。為降低（dī）成本，TRW公司用4640預合金鋼粉（fěn）通過粉末冶金鍛造技術（shù）製造了400個粉（fěn）末冶金鍛造快慢機交給陸軍進（jìn）行考核。經過大量（liàng）性能試驗和室溫（wēn）與低溫射擊考核（hé），結果非常令人滿意（yì）。因此陸軍製定了（le）M-85機槍26種零件（jiàn）粉末冶金鍛造的軍用技術標（biāo）準（MIL-F-45961）。 對比分析結果表明，4640鋼粉末冶金（jīn）件的強度、韌性（xìng）與鍛鋼件相當，硬度為30～33HRC ，疲勞強度（dù）414MPa，室溫夏氏V型缺口衝擊值6.9kgf.m（公斤（jīn）.力米），纖（xiān）維組織為細回火馬氏體。但是與傳統工（gōng）藝相比，成本降低50% ，製造工序從27道減至7道，材料利（lì）用率從17％提高到90%。

    影（yǐng）響 

    未來武器裝備和技術的發展對武（wǔ）器零部件（jiàn）製造質量（liàng）、經濟可承受性、研製和製造生產周期、應急生產能力等都提出了一係（xì）列新挑戰，新一代武器裝備需要更先進的製造技（jì）術（shù）來滿足這些（xiē）要求。兵器粉末冶金技術不但是反坦克動能穿甲彈彈芯、導彈發動機（jī）噴管（guǎn）、陶瓷裝甲元件、坦克動力傳動係統（tǒng）摩擦片（piàn）等元件的關鍵製造（zào）技術，而且由於它具有工藝成本低（dī）、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（qì）零件的常規製造工藝（yì），能夠實現提高產品性能，縮短周期（qī），延長使用壽命，降低生產（chǎn）成本的效果，所以它將成為新一代武（wǔ）器裝備（bèi）發展的支撐性關鍵製（zhì）造技（jì）術之一。