使用粉末冶金(P/M)工藝制造用于汽車動(dòng)力系應(yīng)用的零件在持續(xù)增長(zhǎng)边久。用P/M工藝制造的元件有許多重要獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)缸托。故意留在這些零件里的殘余多孔結(jié)構(gòu)對(duì)于自潤(rùn)滑和隔音有好處饭聚。使用P/M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)雜合金嫌吠。用這樣的技術(shù)制造的零件的加工量通常很少甚至沒(méi)有止潘，這使它們更便宜而且在材料方面浪費(fèi)更少。但是不幸的是在這些零件特性商業(yè)上吸引力的背后它們難以加工凭戴。

　　雖然P/M工業(yè)的初衷之一是消除所有的加工炕矮，但是這個(gè)目標(biāo)還沒(méi)有達(dá)到。大多數(shù)的零件是‘接近最終形狀’堡它，一定需要某種精加工。然而和鑄件和鍛件相比席磕，從P/M零件上去除的少量材料是典型地很耐磨。

　　刀具壽命遭到多孔結(jié)構(gòu)的損害父驮，而多孔結(jié)構(gòu)是使P/M零件有各種廣泛應(yīng)用的特性之一照窥。多孔結(jié)構(gòu)能儲(chǔ)油且隔音，但也產(chǎn)生微觀上的斷續(xù)切削切拳。當(dāng)往從孔到固體顆粒往復(fù)移動(dòng)時(shí)刀尖持續(xù)地受沖擊茁臀。這能導(dǎo)致很小的疲勞破裂變形和沿切削刃的細(xì)小切屑。更糟糕的是孽倒，顆粒通常極硬堆因。即使測(cè)到的宏觀硬度在洛氏20~35度之間，但組成零件的顆粒個(gè)體會(huì)高達(dá)洛氏60度救鲤。這些硬顆粒導(dǎo)致嚴(yán)重而快速的刃口磨損。很多P/M零件是可熱處理的斥扛。熱處理后它們更硬更強(qiáng)稀颁。最后匾灶，由于燒結(jié)和熱處理技術(shù)和使用的氣體阶女，表面會(huì)含硬且耐磨的氧化物和/或碳化物。

　　性能

　　包括可加工性在內(nèi)的P/M零件的大部分性能不僅和合金化學(xué)成分相關(guān)而且和多孔結(jié)構(gòu)的水平相關(guān)衬鱼。許多結(jié)構(gòu)零件含孔率多達(dá)15%~20%序机。用作過(guò)濾裝置的零件的含孔率可能高達(dá)50%圃星。在系列的另一端烤眉，鍛造或HIP(熱離子壓鑄)零件含孔率1%或更少项请。這個(gè)較后的材料在汽車和飛機(jī)應(yīng)用里正變得特別重要，因?yàn)樗鼈儷@得更高的強(qiáng)度水平紧邑。

　　P/M合金的抗拉強(qiáng)度稠还、韌性和延展性隨著密度的增加都會(huì)增加。也許是以外地啤誊，可加工性也提高了蚊锹。這是因?yàn)槎嗫仔詫?duì)刀尖有危害作用。

　　含孔率水平的增加提高零件的隔音性能牡昆。標(biāo)準(zhǔn)零件普遍的阻尼振蕩在P/M零件里減少姚炕。這對(duì)機(jī)床柱宦、空調(diào)吹風(fēng)管和氣動(dòng)工具很重要。含孔率高對(duì)自潤(rùn)滑齒輪也是必要的掸刊。

　　加工難點(diǎn)

　　雖然P/M工業(yè)不斷發(fā)展中的目標(biāo)之一是消除機(jī)加工狐史，而且P/M工藝的一個(gè)主要的吸引力是只需少量的加工近振，但是很多零件仍然需要后處理獲得精度或更好的表面光潔度。不幸的是加工這些零件是極其困難的暴遂。碰到的多數(shù)麻煩是由多孔性引起的粘伊。

　　多孔性導(dǎo)致刃口的微觀疲勞惠翼。切削刃在切入切出，它從顆粒和孔之間通過(guò)支摹。重復(fù)的小沖擊導(dǎo)致產(chǎn)生切削刃上的小裂縫。這些疲勞裂紋增長(zhǎng)直至切削刃微崩代郊。這種微崩通常很細(xì)小，通常表現(xiàn)為正常的磨料磨損朱巨。

　　多孔性還降低P/M零件的熱導(dǎo)性枉长。其結(jié)果是切削刃上的溫度很高并會(huì)引起月牙洼磨損和變形。內(nèi)部相連的多孔結(jié)構(gòu)提供切削液從切削區(qū)域排出的通路沥阳。這會(huì)引起熱裂紋或變形，在鉆削里尤其重要桐罕。

　　內(nèi)在的多孔結(jié)構(gòu)引起的表面面積增加還允許在熱處理時(shí)發(fā)生氧化和/或碳化。象先前提到的那樣溅潜，這些氧化物和碳化物很硬很耐磨墅瑟。

多孔結(jié)構(gòu)也給出零件硬度讀數(shù)的失效這一點(diǎn)極其重要疯蓄。當(dāng)有意去測(cè)一個(gè)P/M零件的宏觀硬度枪素，它包含孔的硬度的因素。多孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的倒塌猩镰，得出相對(duì)較軟零件的錯(cuò)誤印象氨鹤。顆粒個(gè)體要硬很多威脯。象上面描述的跨略，區(qū)別是戲劇性的。

　　粉末冶金零件里夾雜物的存在也是不利的柿患。加工中烁犀，這些顆粒會(huì)從表面拉起，當(dāng)它從刀具前面擦過(guò)時(shí)在零件表面上形成擦傷或劃痕森枪。這些夾雜物通常很大周蹭，在零件表面留下可見(jiàn)的孔。

　　碳含量的參差導(dǎo)致可加工性的不一致疲恢。例如显拳，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(duì)較硬,導(dǎo)致刀具壽命差.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)搓萧。

　　最終的加工問(wèn)題和發(fā)生在P/M零件上的切削類型相關(guān)杂数。由于零件接近最終形狀瘸洛，通常切深很淺揍移。這需要自由切削刃次和。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(wèn)題那伐，應(yīng)用幾個(gè)技術(shù)(對(duì)該行業(yè)是獨(dú)特的)踏施。表面多孔結(jié)構(gòu)經(jīng)常通過(guò)浸滲被封閉。通常需要附加自由切削披滑。近來(lái)徒锄，已經(jīng)使用設(shè)計(jì)用來(lái)增加粉末潔凈度并降低熱處理時(shí)氧化物和碳化物的改進(jìn)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)或聚合物浸滲完成羹卷。曾經(jīng)猜想浸滲的作用象潤(rùn)滑劑安芋，大部分的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明真正的優(yōu)點(diǎn)在于關(guān)閉表面多孔結(jié)構(gòu)和由此而來(lái)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淀胞。最戲劇性的使用浸滲顯示當(dāng)多孔結(jié)構(gòu)封閉時(shí)刀具壽命提高200%售芳。

　　諸如的MnS、S两军、MoS2肿犁、MgSiO3和BN等添加物已知能提高刀具壽命。這些添加物通過(guò)使切屑更容易從工件上分離喉隙、斷屑叶皿、阻止積屑瘤和潤(rùn)滑切削刃來(lái)提高可加工性。增加添加物的量提高可加工性但降低強(qiáng)度和韌性畏帖。

　　控制燒結(jié)和熱處理爐氣的粉末霧化技術(shù)導(dǎo)致更潔凈的粉末和零件的生產(chǎn)拢掷。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P/M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曹动、耐刃口破裂和不產(chǎn)生積屑瘤的材料斋日。而這些特性對(duì)任何加工操作都是有用的，它們?cè)诩庸/M零件時(shí)尤其重要墓陈。包含在這個(gè)種類里的刀具材料有立方氮化硼(CBN)刀具恶守、不涂層和涂層金屬陶瓷以及改進(jìn)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贡必。這種刀具已經(jīng)在45HRC及以上的鋼件和鑄鐵加工中使用多年兔港。但是，由于P/M合金的獨(dú)特性能和顯微硬度和宏觀硬度的重大差別仔拟，使CBN刀具能用于軟到洛氏硬度25的P/M零件衫樊。關(guān)鍵的參數(shù)是顆粒的硬度。當(dāng)顆粒的硬度超過(guò)50HRC時(shí)利花，不管宏觀硬度值是多少科侈，CBN刀具是可用的。這種刀具明顯的限制是它們的韌性不足炒事。如果是斷續(xù)切削或含孔率高的話包括負(fù)倒棱和較重的珩磨在內(nèi)的刃口加固是需要的臀栈。簡(jiǎn)單的輕切削用珩磨的切削刃就能完成蔫慧。

　　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)成岭蚜。它們韌性極好因此可用作粗加工脯阔。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(gè)體顆粒決定纸靠。當(dāng)顆粒從切削刃上脫落時(shí)會(huì)在工件材料表面產(chǎn)生影響游推。而細(xì)顆粒刀具脫落一個(gè)顆粒則情況不那么嚴(yán)重。

　　通常使用的CBN材質(zhì)的CBN含量高誓读，顆粒大小中等胳雁。CBN精加工刀片是細(xì)顆粒的而且CBN含量低。它們對(duì)輕切削和表面光潔度有要求或被加工合金特別硬的場(chǎng)合最有效伞让。

　　在很多切削應(yīng)用里刀具壽命和材質(zhì)種類是獨(dú)立無(wú)關(guān)的康逝。換句話說(shuō)，任何一種CBN材質(zhì)可取得類似的刀具壽命停濒。在這些情況下菲恢，材質(zhì)的選擇主要以每個(gè)切削刃的成本最低為依據(jù)。一片圓刀片有一整個(gè)CBN頂面并能提供四個(gè)或更多的切削刃衣右，要比四片鑲齒CBN刀片更便宜锁孟。

　　當(dāng)P/M零件的硬度低于35HRC，并且顆粒本身硬度不超出范圍茁瘦，金屬陶瓷通常是選擇之一品抽。金屬陶瓷很硬，能有效阻止積屑瘤且能承受高速甜熔。另外圆恤，因?yàn)榻饘偬沾蓺v來(lái)用于鋼件和不銹鋼的高速、精加工腔稀，它們通常有適合接近成型零件的理想幾何槽形盆昙。

　　今天的金屬陶瓷在冶金上是錯(cuò)綜復(fù)雜的，有多達(dá)11種合金元素焊虏。通常它們是碳氮化鈦(TiCN)顆粒和Ni-Mo粘接劑燒結(jié)而成淡喜。TiCN提供對(duì)成功使用金屬陶瓷很重要的硬度、抗積屑瘤和化學(xué)穩(wěn)定性诵闭。另外拆火，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涂圆。總而言之湃儒，它們具備有效加工P/M合金的所有特性还纤。幾種材質(zhì)的金屬陶瓷是有效的尸惭，就象碳化鎢燒結(jié)硬質(zhì)合金那樣，粘接劑含量越高埠邻，韌性越好男磅。

　　已知的相對(duì)較新的進(jìn)展是中溫化學(xué)氣相沉積(MTCVD)也提供P/M行業(yè)的優(yōu)勢(shì)。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苞惰。這種韌性的增加主要來(lái)自裂紋的減少蜂澄。涂層在高溫下沉積然后在爐內(nèi)冷卻。由于熱膨脹不一致咕诊，當(dāng)?shù)毒叩竭_(dá)室溫時(shí)涂層里包含裂紋墨攻。和平板玻璃上的劃痕類似，這些裂紋降低刀具刃口強(qiáng)度焚卖。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汹魁。

　　當(dāng)CVD涂層和MTCVD涂層的基體有相同的特性和刃口修磨時(shí)，它們的韌性的區(qū)別能得到論證晰绎。當(dāng)使用在刃口韌性有要求的應(yīng)用寓落，MTCVD涂層性能表現(xiàn)超過(guò)CVD涂層。通過(guò)分析荞下，當(dāng)加工含多孔結(jié)構(gòu)的P/M零件時(shí)伶选，刃口韌性是重要的。MTCVD涂層勝過(guò)CVD涂層尖昏。

　　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仰税。但是，PVD涂層應(yīng)用場(chǎng)合是能承受顯著沖擊会宪。當(dāng)切削是磨料磨損場(chǎng)合肖卧、CBN和金屬陶瓷又太脆和需要極好的表面光潔度，PVD涂層會(huì)是有效的掸鹅。

　　例如塞帐，C-2硬質(zhì)合金的切削刃在線速度180m/min和進(jìn)給0.15mm/r情況下加工FC0205。在加工20個(gè)零件后積屑瘤能引起微崩巍沙。當(dāng)使用PVD氮化鈦(TiN)涂層時(shí)葵姥，積屑瘤被抑制而且刀具壽命延長(zhǎng)。當(dāng)使用TiN涂層做這個(gè)測(cè)試時(shí)句携，P/M零件的磨料磨損特性預(yù)計(jì)TiCN涂層會(huì)更有效献舍。TiCN有和TiN幾乎相同的抗積屑瘤能力但比TiN更硬更耐磨。

　　多孔結(jié)構(gòu)是重要的而且它影響FC0208合金的可加工性宴亦。當(dāng)多孔結(jié)構(gòu)和特性改變時(shí)苟及，各種不同的刀具材料提供相應(yīng)的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)密度低的時(shí)候(6.4g/cm3)，宏觀硬度是低的夷钥。在這種情況下锚蛀，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婿残，刃口韌性很受重視核宿。在這個(gè)情況下韌性好的金屬陶瓷刀片提供最大的刀具壽命。

　　當(dāng)生產(chǎn)密度為6.8g/cm3的同樣的合金襟腹，磨料磨損變得比刃口裂紋更重要顾篡。在這種情況下，MTCVD涂層提供最好的刀具壽命摊哟。PVD涂層硬質(zhì)合金對(duì)極硬的兩種類型的零件都進(jìn)行測(cè)試在竹，碰到刃口破裂。

　　當(dāng)速度升高(線速度300m/min以上)限寞，金屬陶瓷甚至涂層金屬陶瓷也會(huì)產(chǎn)生月牙洼磨損忍啸。涂層硬質(zhì)合金更適合，尤其是當(dāng)涂層硬質(zhì)合金的切削刃韌性好時(shí)履植。MTCVD涂層到有富鈷區(qū)的基體的硬質(zhì)合金尤其有效计雌。

　　金屬陶瓷最常見(jiàn)用于車削和鏜削加工。因?yàn)榭赡芷谕^低的速度和更多關(guān)注積屑瘤玫霎，PVD涂層硬質(zhì)合金對(duì)于螺紋加工很理想凿滤。

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