使用粉末冶金（PM）工藝制造應(yīng)用于汽車動力系統(tǒng)的零件在持續(xù)增長棕优。用PM工藝制造的零件有許多重要赴背、獨特的優(yōu)點毛雇，故意留在這些零件里的殘余多孔結(jié)構(gòu)對于自潤滑和隔音有好處烹困。使用PM技術(shù)可以生產(chǎn)用傳統(tǒng)鑄造工藝很難或不可能制造的復(fù)雜合金玄妈，用這樣的技術(shù)制造的零件的加工量通常很少甚至沒有，這使它們更便宜而且在材料方面浪費更少髓梅。但不幸的是拟蜻，在這些特性的吸引力背后，PM零件難以加工。

　　雖然PM工業(yè)的初衷之一是消除所有的加工酝锅，但這個目標目前還沒有達到诡必。大多數(shù)的零件只能是“接近最終形狀”，仍然需要某種精加工搔扁。然而和鑄件和鍛件相比爸舒，需要從PM零件上去除的少量材料是典型的耐磨材料。

　　多孔結(jié)構(gòu)是使PM零件具有各種廣泛用途的特性之一遇冶，但刀具的壽命也會遭到多孔結(jié)構(gòu)的損害材又。多孔結(jié)構(gòu)能儲油且能隔音，但也導(dǎo)致微觀上的斷續(xù)切削涧智。當從孔到固體顆粒往復(fù)移動時药屠，刀尖持續(xù)地受到?jīng)_擊，這能導(dǎo)致很小的疲勞破裂變形和沿切削刃的細小崩刃誊桅。更糟糕的是崇旺，這些顆粒通常極硬。即使測到的材料宏觀硬度在洛氏 20～35度之間难踱，但組成零件的顆粒個體會高達洛氏60度设哀。這些硬顆粒導(dǎo)致嚴重而快速的刃口磨損。很多PM零件是可熱處理的刷络，熱處理后材料硬度和強度更高甥迷。最后，由于燒結(jié)和熱處理技術(shù)和所使用的氣體锌烫，材料表面會含硬且耐磨的氧化物和（或）碳化物晓言。

　　PM零件的性能

　　包括可加工性在內(nèi)的PM零件的大部分性能不僅與合金化學(xué)成分相關(guān)，而且和多孔結(jié)構(gòu)的含孔率水平相關(guān)啸盏。許多結(jié)構(gòu)零件含孔率多達15％～20%重贺。用作過濾裝置的零件的含孔率可能高達50%。在系列的另一端回懦，鍛造或HIP（熱離子壓鑄）零件含孔率僅為1%或更少气笙。這種材料在汽車和飛機應(yīng)用里正變得特別重要，因為它們能獲得更高的強度水平怯晕。

　　PM合金的抗拉強度潜圃、韌性和延展性會隨著密度的增加而增加，可加工性也可能提高舟茶，這是因為多孔性對刀尖具有危害作用谭期。

　　含孔率水平的增加可以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零件里顯著減少吧凉，這對于機床隧出、空調(diào)吹風(fēng)管和氣動工具很重要踏志。高含孔率對自潤滑齒輪也是必要的。

　　切削加工難點

　　雖然PM工業(yè)不斷發(fā)展的目標之一是消除機加工胀瞪，而且PM工藝的一個主要吸引力是只需少量加工针余，但是很多零件仍然需要后處理以獲得更高精度或更好的表面光潔度。不幸的是领明，加工這些零件是極其困難的标宪。碰到的多數(shù)麻煩是由多孔性引起的。多孔性導(dǎo)致刃口的微觀疲勞袋凶。切削刃在不斷地切入切出励普，它從顆粒和孔之間通過，重復(fù)的小沖擊導(dǎo)致切削刃上產(chǎn)生小裂紋怨瑰，這些疲勞裂紋增長直至切削刃微崩示奉。這種微崩刃通常很細小升诡，一般表現(xiàn)為正常的磨料磨損惨琼。

　　多孔性還會降低PM零件的熱導(dǎo)性，其結(jié)果是切削刃上的溫度很高并會引起月牙洼磨損和變形页函。內(nèi)部相連的多孔結(jié)構(gòu)提供切削液從切削區(qū)域排出的通路涧馋。這會引起熱裂紋或變形，在鉆削里尤其重要庭四。

　　內(nèi)在的多孔結(jié)構(gòu)引起的表面面積增加還導(dǎo)致在熱處理時易發(fā)生氧化和（或）碳化蚜懦。如先前提到的那樣，這些氧化物和碳化物很硬橡疼，而且很耐磨援所。

　　多孔結(jié)構(gòu)也給出零件硬度讀數(shù)的失效這一點極其重要。當有意去測一個PM零件的宏觀硬度欣除，它包含孔的硬度的因素住拭。多孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的倒塌，得出相對較軟零件的錯誤印象历帚。顆粒個體要硬很多滔岳。象上面描述的，區(qū)別是戲劇性的挽牢。

　　粉末冶金零件里夾雜物的存在也是不利的谱煤。加工中，這些顆粒會從表面拉起禽拔，當它從刀具前面擦過時會在零件表面上形成擦傷或劃痕刘离。這些夾雜物通常很大，在零件表面留下可見的孔睹栖。

　　碳含量的參差導(dǎo)致可加工性的不一致硫惕。例如，F(xiàn)C0208合金碳含量在0.6%到0.9%之間。一批含碳量0.9%的材料相對較硬椭梁，導(dǎo)致刀具壽命差逼读。而另一批含碳量0.6%的材料得到極好的刀具壽命。兩種合金都在允許范圍之內(nèi)捻奉。

　　最終的加工問題和發(fā)生在PM零件上的切削類型相關(guān)青先。由于零件接近最終形狀，通常切深很淺九站。這需要自由切削刃委鸯。在切削刃上的積屑瘤經(jīng)常導(dǎo)致微崩。

　　加工技術(shù)

　　為了克服這些問題屋骇，應(yīng)用幾個技術(shù)（對該行業(yè)是獨特的）菲国。表面多孔結(jié)構(gòu)經(jīng)常通過浸滲被封閉。通常需要附加自由切削殷彰。近來射屿，已經(jīng)使用設(shè)計用來增加粉末潔凈度并降低熱處理時氧化物和碳化物的改進的粉末生產(chǎn)技術(shù)。

　　封閉表面多孔結(jié)構(gòu)由金屬（通常是銅）或聚合物浸滲完成哺肘。曾經(jīng)猜想浸滲的作用象潤滑劑殴胧，大部分的實驗數(shù)據(jù)表明真正的優(yōu)點在于關(guān)閉表面多孔結(jié)構(gòu)和由此而來的阻止切削刃的微觀疲勞。振顫的降低提高刀具壽命和表面光潔度佩迟。最戲劇性的使用浸滲顯示當多孔結(jié)構(gòu)封閉時刀具壽命提高200%团滥。

　　諸如MnS、S报强、MoS2灸姊、MgSiO3和BN等添加物已知能提高刀具壽命。這些添加物通過使切屑更容易從工件上分離秉溉、斷屑力惯、阻止積屑瘤和潤滑切削刃來提高可加工性。增加添加物的量提高可加工性但降低強度和韌性坚嗜。

　　控制燒結(jié)和熱處理爐氣的粉末霧化技術(shù)使?jié)崈舻姆勰┖土慵纳a(chǎn)成為可能夯膀，這使得夾雜物和表面氧化物碳化物的發(fā)生最小化。

　　刀具材料

　　最廣泛地使用于PM行業(yè)的刀具是那些在生產(chǎn)良好表面光潔度條件下耐磨苍蔬、耐刃口破裂和不產(chǎn)生積屑瘤的材料诱建。而這些特性對任何加工操作都是有用的，它們在加工 PM零件時尤其重要碟绑。包含在這個種類里的刀具材料有立方氮化硼（CBN）刀具武骆、不涂層和涂層金屬陶瓷以及改進的涂層燒結(jié)硬質(zhì)合金。

　　CBN刀具因其高硬度和耐磨性而有吸引力溃杖。這種刀具已經(jīng)在洛氏硬度45及以上的鋼件和鑄鐵加工中使用多年硝锨。但是耽慌，由于PM合金的獨特性能和顯微硬度和宏觀硬度的重大差別，使CBN刀具能用于軟到洛氏硬度25的PM零件储佣。關(guān)鍵的參數(shù)是顆粒的硬度辅任。當顆粒的硬度超過洛氏50度時，不管宏觀硬度值是多少位蓉，CBN 刀具是可用的立漏。這種刀具明顯的限制是它們的韌性不足。如果是斷續(xù)切削或含孔率高的話包括負倒棱和較重的珩磨在內(nèi)的刃口加固是需要的冶媚。簡單的輕切削用珩磨的切削刃就能完成聪戳。

　　有幾種材質(zhì)的CBN是有效的。韌性最好的材質(zhì)主要由整體CBN構(gòu)成彭旬。它們韌性極好因此可用作粗加工缰俊。它們的限制通常和表面光潔度相關(guān)。很大程度上由構(gòu)成刀具的CBN個體顆粒決定娩梨。當顆粒從切削刃上脫落時會在工件材料表面產(chǎn)生影響沿腰。而細顆粒刀具脫落一個顆粒則情況不那么嚴重。

　　通常使用的CBN材質(zhì)的CBN含量高姚建，顆粒大小中等矫俺。CBN精加工刀片是細顆粒的而且CBN含量低吱殉。它們對輕切削和表面光潔度有要求或被加工合金特別硬的場合最有效掸冤。

　　在很多切削應(yīng)用里刀具壽命和材質(zhì)種類是獨立無關(guān)的。換句話說友雳，任何一種CBN材質(zhì)可取得類似的刀具壽命稿湿。在這些情況下，材質(zhì)的選擇主要以每個切削刃的成本最低為依據(jù)押赊。一片圓刀片有一整個CBN頂面并能提供四個或更多的切削刃饺藤，要比四片鑲齒CBN刀片更便宜。

　　當PM零件的硬度低于洛氏35度流礁，并且顆粒本身硬度不超出范圍涕俗，金屬陶瓷通常是選擇之一。金屬陶瓷很硬神帅，能有效阻止積屑瘤且能承受高速山堵。另外，因為金屬陶瓷歷來用于鋼件和不銹鋼的高速几菲、精加工硅决，它們通常有適合接近成型零件的理想幾何槽形。

　　今天的金屬陶瓷在冶金上是錯綜復(fù)雜的杉唇，有多達11種合金元素拂是。通常它們是碳氮化鈦（TiCN）顆粒和Ni-Mo粘接劑燒結(jié)而成酬裆。TiCN提供對成功使用金屬陶瓷很重要的硬度、抗積屑瘤和化學(xué)穩(wěn)定性逃缔。另外葱有，這些刀具通常有很高的粘接劑含量，這意味著它們有良好的韌性泄廓「贪遥總而言之，它們具備有效加工PM合金的所有特性搂瓣。幾種材質(zhì)的金屬陶瓷是有效的雷鸟，就象碳化鎢燒結(jié)硬質(zhì)合金那樣，粘接劑含量越高氢拥，韌性越好蚌铜。

　　已知的相對較新的進展是中溫化學(xué)氣相沉積（MTCVD）也提供PM行業(yè)的優(yōu)勢。MTCVD保留傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積（CVD）所有的耐磨性和抗月牙洼磨損性能外還很客觀地提高韌性嫩海。這種韌性的增加主要來自裂紋的減少冬殃。涂層在高溫下沉積然后在爐內(nèi)冷卻。由于熱膨脹不一致叁怪，當?shù)毒叩竭_室溫時涂層里包含裂紋审葬。和平板玻璃上的劃痕類似，這些裂紋降低刀具刃口強度奕谭。MTCVD工藝較低的沉積溫度導(dǎo)致更低的裂紋頻率和韌性較好的切削刃涣觉。

　　當CVD涂層和MTCVD涂層的基體有相同的特性和刃口修磨時，它們的韌性的區(qū)別能得到論證血柳。當使用在刃口韌性有要求的應(yīng)用官册，MTCVD涂層性能表現(xiàn)超過CVD涂層。通過分析难捌，當加工含多孔結(jié)構(gòu)的PM零件時膝宁，刃口韌性是重要的。MTCVD涂層勝過CVD涂層垮允。

　　物理氣相沉積（PVD）涂層較薄且不如MTCVD或CVD涂層耐磨或耐月牙洼磨損籍喧。但是，PVD涂層應(yīng)用場合是能承受顯著沖擊蒿缎。當切削是磨料磨損場合铃踪、CBN和金屬陶瓷又太脆和需要極好的表面光潔度，PVD涂層會是有效的哥笤。

　　例如窄切，C-2硬質(zhì)合金的切削刃在線速度每分鐘180米和進給每轉(zhuǎn)0.15毫米情況下加工FC0205。在加工20個零件后積屑瘤能引起微崩协悼。當使用PVD 氮化鈦（TiN）涂層時炫胡，積屑瘤被抑制而且刀具壽命延長哈寂。當使用TiN涂層做這個測試時，PM零件的磨料磨損特性預(yù)計TiCN涂層會更有效狗城。TiCN有和 TiN幾乎相同的抗積屑瘤能力但比TiN更硬更耐磨佑茴。

　　多孔結(jié)構(gòu)是重要的而且它影響FC0208合金的可加工性。當多孔結(jié)構(gòu)和特性改變時蚊楞，各種不同的刀具材料提供相應(yīng)的優(yōu)勢键闺。當密度低的時候（6.4g/cm3），宏觀硬度是低的澈驼。在這種情況下辛燥，MTCVD涂層硬質(zhì)合金提供最佳刀具壽命。切削刃的微觀疲勞很重要缝其，刃口韌性很受重視挎塌。在這個情況下韌性好的金屬陶瓷刀片提供最大的刀具壽命。

　　當生產(chǎn)密度為6.8g/cm3的同樣的合金内边，磨料磨損變得比刃口裂紋更重要榴都。在這種情況下，MTCVD涂層提供最好的刀具壽命漠其。PVD涂層硬質(zhì)合金對極硬的兩種類型的零件都進行測試嘴高，碰到刃口破裂無油軸承。

　　當速度升高（線速度每分鐘300米以上）和屎，金屬陶瓷甚至涂層金屬陶瓷也會產(chǎn)生月牙洼磨損拴驮。涂層硬質(zhì)合金更適合，尤其是當涂層硬質(zhì)合金的切削刃韌性好時眶俩。MTCVD涂層到有富鈷區(qū)的基體的硬質(zhì)合金尤其有效琢播。

　　金屬陶瓷最常見用于車削和鏜削加工。因為可能期望較低的速度和更多關(guān)注積屑瘤荠补，PVD涂層硬質(zhì)合金對于螺紋加工很理想。

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