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粉末冶金材料基础知识及车削加工刀具的选择

行业资讯 | 2019-11-15 106


粉末冶金(
PM)是制取金属粉末,及采用成形和烧结工艺将金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)制成材料和制品的工艺技术。
它是冶金和材料科学的一个分支学科。 粉末冶金制品的应用范围十分广泛,从普通机械制造到精密仪器;从五金工具到大型机械;从电子工业到电机制造;从民用工业到军事工业;从一般技术到尖端高技术,均能见到粉末冶金工艺的身影。


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粉末冶金发展历史:


粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉末冶金方法。而现代粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志:

 1、克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难。1909年制造电灯钨丝,推动了粉末冶金的发展;1923年粉末冶金硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命。

 2、三十年代成功制取多孔含油轴承;继而粉末冶金铁基机械零件的发展,充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削的优点。 

3、向更高级的新材料、新工艺发展。四十年代,出现金属陶瓷、弥散强化等材料,六十年代末至七十年代初,粉末高速钢、粉末高温合金相继出现;利用粉末冶金锻造及热等静压已能制造高强度的零件。


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粉末冶金工艺的优点:


1、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。 

2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯,而不需要或很少需要随后的机械加工,故能大大节约金属,降低产品成本。用粉末冶金方法制造产品时,金属的损耗只有1-5%,而用一般熔铸方法生产时,金属的损耗可能会达到80% 

3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料,也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质,而烧结一般在真空和还原气氛中进行,不怕氧化,也不会给材料任何污染,故有可能制取高纯度的材料。

 4、粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性。

 5、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品,特别是齿轮等加工费用高的产品,用粉末冶金法制造能大大降低生产成本。 


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粉末冶金工艺的基本工序是:


1、原料粉末的制备。现有的制粉方法大体可分为两类:

机械法和物理化学法。而机械法可分为:机械粉碎及雾化法;物理化学法又分为:电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。 

2、粉末成型为所需形状的坯块。成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯,并使其具有一定的密度和强度。成型的方法基本上分为加压成型和无压成型。加压成型中应用最多的是模压成型。 

3、坯块的烧结。烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。成型后 的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。对于单元系和多元系的固相烧结,烧结温度比所用的金属及合金的熔点低;对于多元系的液相烧结,烧结温度一般比其中难熔成分的熔点低,而高于易熔成分的熔点。除普通烧结外,还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺。

 4、产品的后序处理。烧结后的处理,可以根据产品要求的不同,采取多种方式。如精整、浸油、机加工、热处理及电镀。此外, 近年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于粉末冶金材料烧结后的加工,取得较理想的效果。


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粉末冶金材料和制品的今后发展方向:


1、有代表性的铁基合金,将向大体积的精密制品,高质量的结构零部件发展。 

2、制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密的高性能合金。 

3 用增强致密化过程来制造一般含有混合相组成的特殊合金。 

4、制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金。 

5、加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。

对于要求强度较高的齿轮,可采用渗铜烧结钢,其密度为9095%理论值,连通孔隙度低,运转平稳。对于需强化自润滑与增高耐磨性,从而需要含油率较高的齿轮,一般材料密度去8090%理论密度。 


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PM零件的性能及加工难点


机械性能 


多孔结构是PM零件得到广泛应用的特性之一。包括可加工性在内的PM零件的大部分性能不仅与其合金化学成分相关,而且和多孔结构的孔隙度相关。许多结构零件的孔隙度多达15%20%,用作过滤装置的零件的孔隙度可能高达50%。而锻造或HIP(热离子压铸)零件孔隙度为1%或更少。HIP材料适宜在汽车和飞机里应用,因为它们能获得更高的强度水平。 PM材料的抗拉强度、韧性和延伸率随着密度的增加都会增加,但因降低了PM材料的多孔性对刀尖的危害作用,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,在标准零件里普遍存在的阻尼振荡在PM零件里减少,这对机床、空调吹风管和气动工具很重要。另外,孔隙度高对自润滑齿轮也是必要的。

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