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粉末冶金材料基礎知識及車削加工刀具的選擇

行業資訊 | 2019-11-15 72


粉末冶金(
PM)是制取金屬粉末,及采用成形和燒結工藝將金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)制成材料和制品的工藝技術。
它是冶金和材料科學的一個分支學科。 粉末冶金制品的應用范圍十分廣泛,從普通機械制造到精密儀器;從五金工具到大型機械;從電子工業到電機制造;從民用工業到軍事工業;從一般技術到尖端高技術,均能見到粉末冶金工藝的身影。


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粉末冶金發展歷史:


粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造鐵的第一個方法實質上采用的就是粉末冶金方法。而現代粉末冶金技術的發展中共有三個重要標志:

 1、克服了難熔金屬熔鑄過程中產生的困難。1909年制造電燈鎢絲,推動了粉末冶金的發展;1923年粉末冶金硬質合金的出現被譽為機械加工中的革命。

 2、三十年代成功制取多孔含油軸承;繼而粉末冶金鐵基機械零件的發展,充分發揮了粉末冶金少切削甚至無切削的優點。 

3、向更高級的新材料、新工藝發展。四十年代,出現金屬陶瓷、彌散強化等材料,六十年代末至七十年代初,粉末高速鋼、粉末高溫合金相繼出現;利用粉末冶金鍛造及熱等靜壓已能制造高強度的零件。


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粉末冶金工藝的優點:


1、絕大多數難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法來制造。 

2、由于粉末冶金方法能壓制成最終尺寸的壓坯,而不需要或很少需要隨后的機械加工,故能大大節約金屬,降低產品成本。用粉末冶金方法制造產品時,金屬的損耗只有1-5%,而用一般熔鑄方法生產時,金屬的損耗可能會達到80% 

3、由于粉末冶金工藝在材料生產過程中并不熔化材料,也就不怕混入由坩堝和脫氧劑等帶來的雜質,而燒結一般在真空和還原氣氛中進行,不怕氧化,也不會給材料任何污染,故有可能制取高純度的材料。

 4、粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。

 5、粉末冶金適宜于生產同一形狀而數量多的產品,特別是齒輪等加工費用高的產品,用粉末冶金法制造能大大降低生產成本。 


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粉末冶金工藝的基本工序是:


1、原料粉末的制備。現有的制粉方法大體可分為兩類:

機械法和物理化學法。而機械法可分為:機械粉碎及霧化法;物理化學法又分為:電化腐蝕法、還原法、化合法、還原-化合法、氣相沉積法、液相沉積法以及電解法。其中應用最為廣泛的是還原法、霧化法和電解法。 

2、粉末成型為所需形狀的坯塊。成型的目的是制得一定形狀和尺寸的壓坯,并使其具有一定的密度和強度。成型的方法基本上分為加壓成型和無壓成型。加壓成型中應用最多的是模壓成型。 

3、坯塊的燒結。燒結是粉末冶金工藝中的關鍵性工序。成型后 的壓坯通過燒結使其得到所要求的最終物理機械性能。燒結又分為單元系燒結和多元系燒結。對于單元系和多元系的固相燒結,燒結溫度比所用的金屬及合金的熔點低;對于多元系的液相燒結,燒結溫度一般比其中難熔成分的熔點低,而高于易熔成分的熔點。除普通燒結外,還有松裝燒結、熔浸法、熱壓法等特殊的燒結工藝。

 4、產品的后序處理。燒結后的處理,可以根據產品要求的不同,采取多種方式。如精整、浸油、機加工、熱處理及電鍍。此外, 近年來一些新工藝如軋制、鍛造也應用于粉末冶金材料燒結后的加工,取得較理想的效果。


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粉末冶金材料和制品的今后發展方向:


1、有代表性的鐵基合金,將向大體積的精密制品,高質量的結構零部件發展。 

2、制造具有均勻顯微組織結構的、加工困難而完全致密的高性能合金。 

3 用增強致密化過程來制造一般含有混合相組成的特殊合金。 

4、制造非均勻材料、非晶態、微晶或者亞穩合金。 

5、加工獨特的和非一般形態或成分的復合零部件。

對于要求強度較高的齒輪,可采用滲銅燒結鋼,其密度為9095%理論值,連通孔隙度低,運轉平穩。對于需強化自潤滑與增高耐磨性,從而需要含油率較高的齒輪,一般材料密度去8090%理論密度。 


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PM零件的性能及加工難點


機械性能 


多孔結構是PM零件得到廣泛應用的特性之一。包括可加工性在內的PM零件的大部分性能不僅與其合金化學成分相關,而且和多孔結構的孔隙度相關。許多結構零件的孔隙度多達15%20%,用作過濾裝置的零件的孔隙度可能高達50%。而鍛造或HIP(熱離子壓鑄)零件孔隙度為1%或更少。HIP材料適宜在汽車和飛機里應用,因為它們能獲得更高的強度水平。 PM材料的抗拉強度、韌性和延伸率隨著密度的增加都會增加,但因降低了PM材料的多孔性對刀尖的危害作用,使其可加工性反而提高了。增加材料的孔隙度能提高零件的隔音性能,在標準零件里普遍存在的阻尼振蕩在PM零件里減少,這對機床、空調吹風管和氣動工具很重要。另外,孔隙度高對自潤滑齒輪也是必要的。

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