车削粉末冶金零件

发布时间：2008-04-14 关键字： 冶金零件加工刀具 P/M 合金结构颗粒表面韧性 CBN

使用粉末冶金(P/M)工艺制造用于汽车动力系应用的零件在持续增长。用P/M工艺制造的元件有许多重要独特的优点。故意留在这些零件里的残余多孔结构对于自润滑和隔音有好处。使用P/M技术可以生产用传统铸造工艺很难或不可能制造的复杂合金。用这样的技术制造的零件的加工量通常很少甚至没有，这使它们更便宜而且在材料方面浪费更少。但是不幸的是在这些零件特性商业上吸引力的背后它们难以加工。

虽然P/M工业的初衷之一是消除所有的加工，但是这个目标还没有达到。大多数的零件是‘接近最终形状’，一定需要某种精加工。然而和铸件和锻件相比，从P/M零件上去除的少量材料是典型地很耐磨。

刀具寿命遭到多孔结构的损害，而多孔结构是使P/M零件有各种广泛应用的特性之一。多孔结构能储油且隔音，但也产生微观上的断续切削。当往从孔到固体颗粒往复移动时刀尖持续地受冲击。这能导致很小的疲劳破裂变形和沿切削刃的细小切屑。更糟糕的是，颗粒通常极硬。即使测到的宏观硬度在洛氏20~35度之间，但组成零件的颗粒个体会高达洛氏60度。这些硬颗粒导致严重而快速的刃口磨损。很多P/M零件是可热处理的。热处理后它们更硬更强。最后，由于烧结和热处理技术和使用的气体，表面会含硬且耐磨的氧化物和/或碳化物。

性能

包括可加工性在内的P/M零件的大部分性能不仅和合金化学成分相关而且和多孔结构的水平相关。许多结构零件含孔率多达15%~20%。用作过滤装置的零件的含孔率可能高达50%。在系列的另一端，锻造或HIP(热离子压铸)零件含孔率1%或更少。这个较后的材料在汽车和飞机应用里正变得特别重要，因为它们获得更高的强度水平。

P/M合金的抗拉强度、韧性和延展性随着密度的增加都会增加。也许是以外地，可加工性也提高了。这是因为多孔性对刀尖有危害作用。

含孔率水平的增加提高零件的隔音性能。标准零件普遍的阻尼振荡在P/M零件里减少。这对机床、空调吹风管和气动工具很重要。含孔率高对自润滑齿轮也是必要的。

加工难点

虽然P/M工业不断发展中的目标之一是消除机加工，而且P/M工艺的一个主要的吸引力是只需少量的加工，但是很多零件仍然需要后处理获得精度或更好的表面光洁度。不幸的是加工这些零件是极其困难的。碰到的多数麻烦是由多孔性引起的。

多孔性导致刃口的微观疲劳。切削刃在切入切出，它从颗粒和孔之间通过。重复的小冲击导致产生切削刃上的小裂缝。这些疲劳裂纹增长直至切削刃微崩。这种微崩通常很细小，通常表现为正常的磨料磨损。

多孔性还降低P/M零件的热导性。其结果是切削刃上的温度很高并会引起月牙洼磨损和变形。内部相连的多孔结构提供切削液从切削区域排出的通路。这会引起热裂纹或变形，在钻削里尤其重要。

内在的多孔结构引起的表面面积增加还允许在热处理时发生氧化和/或碳化。象先前提到的那样，这些氧化物和碳化物很硬很耐磨。

多孔结构也给出零件硬度读数的失效这一点极其重要。当有意去测一个P/M零件的宏观硬度，它包含孔的硬度的因素。多孔结构导致结构的倒塌，得出相对较软零件的错误印象。颗粒个体要硬很多。象上面描述的，区别是戏剧性的。

粉末冶金零件里夹杂物的存在也是不利的。加工中，这些颗粒会从表面拉起，当它从刀具前面擦过时在零件表面上形成擦伤或划痕。这些夹杂物通常很大，在零件表面留下可见的孔。

碳含量的参差导致可加工性的不一致。例如，FC0208合金碳含量在0.6%到0.9%之间。一批含碳量0.9%的材料相对较硬,导致刀具寿命差.而另一批含碳量0.6%的材料得到极好的刀具寿命.两种合金都在允许范围之内。

最终的加工问题和发生在P/M零件上的切削类型相关。由于零件接近最终形状，通常切深很浅。这需要自由切削刃。在切削刃上的积屑瘤经常导致微崩。

加工技术

为了克服这些问题，应用几个技术(对该行业是独特的)。表面多孔结构经常通过浸渗被封闭。通常需要附加自由切削。近来，已经使用设计用来增加粉末洁净度并降低热处理时氧化物和碳化物的改进的粉末生产技术。

封闭表面多孔结构由金属(通常是铜)或聚合物浸渗完成。曾经猜想浸渗的作用象润滑剂，大部分的实验数据表明真正的优点在于关闭表面多孔结构和由此而来的阻止切削刃的微观疲劳。振颤的降低提高刀具寿命和表面光洁度。最戏剧性的使用浸渗显示当多孔结构封闭时刀具寿命提高200%。

诸如的MnS、S、MoS₂、MgSiO₃和BN等添加物已知能提高刀具寿命。这些添加物通过使切屑更容易从工件上分离、断屑、阻止积屑瘤和润滑切削刃来提高可加工性。增加添加物的量提高可加工性但降低强度和韧性。

控制烧结和热处理炉气的粉末雾化技术导致更洁净的粉末和零件的生产。这使得夹杂物和表面氧化物碳化物的发生最小化。

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