粉末冶金零件的车削加工

1前言

粉末冶金(PM)是将金属粉末与金属粉末或金属粉末与非金属粉末按需要的比例混合后在模腔内压制成型,然后经过烧结和精整成为粉末冶金机械零件的工艺。它是一种节材、节能、投资少、见效快、无污染、适合大批生产的少、无切削、高效金属成型工艺,已经在汽车、摩托车、农机生产等行业中得到了广泛的应用,尤其在汽车工业中受到了特别的重视。近年来,使用粉末冶金(PM)工艺制造的应用于汽车动力系统的零件在持续增长,这是由于PM工艺制造的零件有许多重要独特的优点,它能降低成本、改进使用性能、减轻零件的重量及保护环境。粉末冶金技术可以生产用普通熔炼法无法生产的具有某些特殊性能的材料和零件,粉末冶金零件的残余多孔结构使其具有自润滑性和隔音性。虽然PM工业的初衷之一是消除所有的机加工,但是这个目标还没有达到,大多数零件是“接近最终形状”,仍然需要精加工获得要求的精度及表面粗糙度。然而由于粉末冶金材料的结构不同于铸件和锻件,因此它们的加工性能也有其特殊性。

2PM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。

·加工难点

虽然PM零件只需少量的加工,但是加工PM零件是极其困难的,这主要是由于PM材料的多孔性结构引起的,多孔结构降低了刀具的使用寿命。

多孔性导致刃口的微观疲劳。当刀具从孔到固体颗粒往复移动时,刀尖持续受冲击。持续的小冲击会导致切削刃上产生小的裂缝,这些疲劳裂纹逐渐增大直至切削刃微崩。这种微崩一般很细小,通常表现为正常的磨料磨损。

多孔性还会降低PM零件的导热性。刀具在切削时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,会引起热裂纹或变形,这在钻削里尤其严重。

内在的多孔结构引起的表面面积增加还会使热处理时发生氧化和(或)碳化,而这些氧化物和碳化物很硬很耐磨。

由于孔隙的存在,在较小的面积内其硬度值也有一定的波动。即使测得的宏观硬度为HRC20~35,但组成零件的颗粒硬度会高达HRC60,这些硬颗粒会导致严重而急剧的刃口磨损。

很多PM零件热处理后更硬,强度更高。烧结和热处理技术以及所使用的气体,会使PM零件表面含有硬且耐磨的氧化物和(或)碳化物。

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