車削粉末冶金零件的應用

       使用粉末冶金(P/M)工藝製造用於汽車動力係應用的零件在持續增長。用P/M工藝製造的元件有許多重要獨特的優點。故意留在這些零件裏的殘餘多孔結構對於自潤滑和隔音有好處。使用P/M技(ji)術(shu)可(ke)以(yi)生(sheng)產(chan)用(yong)傳(chuan)統(tong)鑄(zhu)造(zao)工(gong)藝(yi)很(hen)難(nan)或(huo)不(bu)可(ke)能(neng)製(zhi)造(zao)的(de)複(fu)雜(za)合(he)金(jin)。用(yong)這(zhe)樣(yang)的(de)技(ji)術(shu)製(zhi)造(zao)的(de)零(ling)件(jian)的(de)加(jia)工(gong)量(liang)通(tong)常(chang)很(hen)少(shao)甚(shen)至(zhi)沒(mei)有(you)
，這(zhe)使(shi)它(ta)們(men)更(geng)便(bian)宜(yi)而(er)且(qie)在(zai)材(cai)料(liao)方(fang)麵(mian)浪(lang)費(fei)更(geng)少(shao)。但(dan)是(shi)不(bu)幸(xing)的(de)是(shi)在(zai)這(zhe)些(xie)零(ling)件(jian)特(te)性(xing)商(shang)業(ye)上(shang)吸(xi)引(yin)力(li)的(de)背(bei)後(hou)它(ta)們(men)難(nan)以(yi)加(jia)工(gong)。
       雖然P/M工業的初衷之一是消除所有的加工，但是這個目標還沒有達到。大多數的零件是‘接近最終形狀’，一定需要某種精加工。然而和鑄件和鍛件相比，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構的損害，而多孔結構是使P/Mlingjianyougezhongguangfanyingyongdetexingzhiyi。duokongjiegounengchuyouqiegeyin，danyechanshengweiguanshangdeduanxuqiexue。dangwangcongkongdaogutikeliwangfuyidongshidaojianchixudishouchongji。zhenengdaozhihenxiaodepilaopoliebianxingheyanqiexuerendexixiaoqiexie。gengzaogaodeshi
，kelitongchangjiying。jishicedaodehongguanyingduzailuoshi20~35度之間，但組成零件的顆粒個體會高達洛氏60度。這些硬顆粒導致嚴重而快速的刃口磨損。很多P/M零件是可熱處理的。熱處理後它們更硬更強。最後，由於燒結和熱處理技術和使用的氣體
，表麵會含硬且耐磨的氧化物和/或碳化物。

性能

       包括可加工性在內的P/M零件的大部分性能不僅和合金化學成分相關而且和多孔結構的水平相關。許多結構零件含孔率多達15%~20%。用作過濾裝置的零件的含孔率可能高達50%。在係列的另一端，鍛造或HIP(熱離子壓鑄)零件含孔率1%或更少。這個較後的材料在汽車和飛機應用裏正變得特別重要，因為它們獲得更高的強度水平。
P/M合金的抗拉強度
、韌性和延展性隨著密度的增加都會增加。也許是以外地
，可加工性也提高了。這是因為多孔性對刀尖有危害作用。
含孔率水平的增加提高零件的隔音性能。標準零件普遍的阻尼振蕩在P/M零件裏減少。這對機床、空調吹風管和氣動工具很重要。含孔率高對自潤滑齒輪也是必要的。
加工難點
  雖然P/M工業不斷發展中的目標之一是消除機加工，而且P/M工gong藝yi的de一yi個ge主zhu要yao的de吸xi引yin力li是shi隻zhi需xu少shao量liang的de加jia工gong，但dan是shi很hen多duo零ling件jian仍reng然ran需xu要yao後hou處chu理li獲huo得de精jing度du或huo更geng好hao的de表biao麵mian光guang潔jie度du。不bu幸xing的de是shi加jia工gong這zhe些xie零ling件jian是shi極ji其qi困kun難nan的de。碰peng到dao的de多duo數shu麻ma煩fan是shi由you多duo孔kong性xing引yin起qi的de。
duokongxingdaozhirenkoudeweiguanpilao。qiexuerenzaiqieruqiechu，tacongkelihekongzhijiantongguo。zhongfudexiaochongjidaozhichanshengqiexuerenshangdexiaoliefeng。zhexiepilaoliewenzengchangzhizhiqiexuerenweibeng。zhezhongweibengtongchanghenxixiao，tongchangbiaoxianweizhengchangdemoliaomosun。
多孔性還降低P/M零(ling)件(jian)的(de)熱(re)導(dao)性(xing)。其(qi)結(jie)果(guo)是(shi)切(qie)削(xue)刃(ren)上(shang)的(de)溫(wen)度(du)很(hen)高(gao)並(bing)會(hui)引(yin)起(qi)月(yue)牙(ya)窪(wa)磨(mo)損(sun)和(he)變(bian)形(xing)。內(nei)部(bu)相(xiang)連(lian)的(de)多(duo)孔(kong)結(jie)構(gou)提(ti)供(gong)切(qie)削(xue)液(ye)從(cong)切(qie)削(xue)區(qu)域(yu)排(pai)出(chu)的(de)通(tong)路(lu)。這(zhe)會(hui)引(yin)起(qi)熱(re)裂(lie)紋(wen)或(huo)變(bian)形(xing)，在(zai)鑽(zuan)削(xue)裏(li)尤(you)其(qi)重(zhong)要(yao)。
內在的多孔結構引起的表麵麵積增加還允許在熱處理時發生氧化和/或碳化。象先前提到的那樣，這些氧化物和碳化物很硬很耐磨。
多孔結構也給出零件硬度讀數的失效這一點極其重要。當有意去測一個P/M零ling件jian的de宏hong觀guan硬ying度du
，它ta包bao含han孔kong的de硬ying度du的de因yin素su。多duo孔kong結jie構gou導dao致zhi結jie構gou的de倒dao塌ta，得de出chu相xiang對dui較jiao軟ruan零ling件jian的de錯cuo誤wu印yin象xiang。顆ke粒li個ge體ti要yao硬ying很hen多duo。象xiang上shang麵mian描miao述shu的de
，區qu別bie是shi戲xi劇ju性xing的de。
      fenmoyejinlingjianlijiazawudecunzaiyeshibulide。jiagongzhong
，zhexiekelihuicongbiaomianlaqi
，dangtacongdaojuqianmiancaguoshizailingjianbiaomianshangxingchengcashanghuohuahen。zhexiejiazawutongchanghenda，zailingjianbiaomianliuxiakejiandekong。
碳含量的參差導致可加工性的不一致。例如，FC0208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,導致刀具壽命差.而另一批含碳量0.6%的材料得到極好的刀具壽命.兩種合金都在允許範圍之內。
最終的加工問題和發生在P/M零件上的切削類型相關。由於零件接近最終形狀，通常切深很淺。這需要自由切削刃。在切削刃上的積屑瘤經常導致微崩。
 
加工技術
      為了克服這些問題，應用幾個技術(對該行業是獨特的)。表(biao)麵(mian)多(duo)孔(kong)結(jie)構(gou)經(jing)常(chang)通(tong)過(guo)浸(jin)滲(shen)被(bei)封(feng)閉(bi)。通(tong)常(chang)需(xu)要(yao)附(fu)加(jia)自(zi)由(you)切(qie)削(xue)。近(jin)來(lai)

，已(yi)經(jing)使(shi)用(yong)設(she)計(ji)用(yong)來(lai)增(zeng)加(jia)粉(fen)末(mo)潔(jie)淨(jing)度(du)並(bing)降(jiang)低(di)熱(re)處(chu)理(li)時(shi)氧(yang)化(hua)物(wu)和(he)碳(tan)化(hua)物(wu)的(de)改(gai)進(jin)的(de)粉(fen)末(mo)生(sheng)產(chan)技(ji)術(shu)。
      封閉表麵多孔結構由金屬(通常是銅)或(huo)聚(ju)合(he)物(wu)浸(jin)滲(shen)完(wan)成(cheng)。曾(zeng)經(jing)猜(cai)想(xiang)浸(jin)滲(shen)的(de)作(zuo)用(yong)象(xiang)潤(run)滑(hua)劑(ji)，大(da)部(bu)分(fen)的(de)實(shi)驗(yan)數(shu)據(ju)表(biao)明(ming)真(zhen)正(zheng)的(de)優(you)點(dian)在(zai)於(yu)關(guan)閉(bi)表(biao)麵(mian)多(duo)孔(kong)結(jie)構(gou)和(he)由(you)此(ci)而(er)來(lai)的(de)阻(zu)止(zhi)切(qie)削(xue)刃(ren)的(de)微(wei)觀(guan)疲(pi)勞(lao)。振(zhen)顫(chan)的(de)降(jiang)低(di)提(ti)高(gao)刀(dao)具(ju)壽(shou)命(ming)和(he)表(biao)麵(mian)光(guang)潔(jie)度(du)。最(zui)戲(xi)劇(ju)性(xing)的(de)使(shi)用(yong)浸(jin)滲(shen)顯(xian)示(shi)當(dang)多(duo)孔(kong)結(jie)構(gou)封(feng)閉(bi)時(shi)刀(dao)具(ju)壽(shou)命(ming)提(ti)高(gao)200%。
諸如的MnS、S
、MoS2、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

、斷屑、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。
      控製燒結和熱處理爐氣的粉末霧化技術導致更潔淨的粉末和零件的生產。這使得夾雜物和表麵氧化物碳化物的發生最小化。
刀具材料
       最廣泛地使用於P/M行業的刀具是那些在生產良好表麵光潔度條件下耐磨、耐刃口破裂和不產生積屑瘤的材料。而這些特性對任何加工操作都是有用的，它們在加工P/M零件時尤其重要。包含在這個種類裏的刀具材料有立方氮化硼(CBN)刀具、不塗層和塗層金屬陶瓷以及改進的塗層燒結硬質合金。
       CBN刀具因其高硬度和耐磨性而有吸引力。這種刀具已經在45HRC及以上的鋼件和鑄鐵加工中使用多年。但是，由於P/M合金的獨特性能和顯微硬度和宏觀硬度的重大差別
，使CBN刀具能用於軟到洛氏硬度25的P/M零件。關鍵的參數是顆粒的硬度。當顆粒的硬度超過50HRC時，不管宏觀硬度值是多少，CBNdaojushikeyongde。zhezhongdaojumingxiandexianzhishitamenderenxingbuzu。ruguoshiduanxuqiexuehuohankonglvgaodehuabaokuofudaolenghejiaozhongdehengmozaineiderenkoujiagushixuyaode。jiandandeqingqiexueyonghengmodeqiexuerenjiunengwancheng。
      有幾種材質的CBN是有效的。韌性最好的材質主要由整體CBN構成。它們韌性極好因此可用作粗加工。它們的限製通常和表麵光潔度相關。很大程度上由構成刀具的CBN個體顆粒決定。當顆粒從切削刃上脫落時會在工件材料表麵產生影響。而細顆粒刀具脫落一個顆粒則情況不那麼嚴重。
      通常使用的CBN材質的CBN含量高
，顆粒大小中等。CBN精加工刀片是細顆粒的而且CBN含量低。它們對輕切削和表麵光潔度有要求或被加工合金特別硬的場合最有效。
       在很多切削應用裏刀具壽命和材質種類是獨立無關的。換句話說，任何一種CBN材質可取得類似的刀具壽命。在這些情況下，材質的選擇主要以每個切削刃的成本最低為依據。一片圓刀片有一整個CBN頂麵並能提供四個或更多的切削刃，要比四片鑲齒CBN刀片更便宜。
      當P/M零件的硬度低於35HRC，並bing且qie顆ke粒li本ben身shen硬ying度du不bu超chao出chu範fan圍wei，金jin屬shu陶tao瓷ci通tong常chang是shi選xuan擇ze之zhi一yi。金jin屬shu陶tao瓷ci很hen硬ying，能neng有you效xiao阻zu止zhi積ji屑xie瘤liu且qie能neng承cheng受shou高gao速su。另ling外wai
，因yin為wei金jin屬shu陶tao瓷ci曆li來lai用yong於yu鋼gang件jian和he不bu鏽xiu鋼gang的de高gao速su、精加工
，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複雜的，有多達11種合金元素。通常它們是碳氮化鈦(TiCN)顆粒和Ni-Mo粘接劑燒結而成。TiCN提供對成功使用金屬陶瓷很重要的硬度、抗積屑瘤和化學穩定性。另外，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。總而言之，它們具備有效加工P/M合金的所有特性。幾種材質的金屬陶瓷是有效的，就象碳化鎢燒結硬質合金那樣
，粘接劑含量越高，韌性越好。
      已知的相對較新的進展是中溫化學氣相沉積(MTCVD)也提供P/M行業的優勢。MTCVD保留傳統的化學氣相沉積(CVD)suoyoudenaimoxinghekangyueyawamosunxingnengwaihaihenkeguanditigaorenxing。zhezhongrenxingdezengjiazhuyaolaiziliewendejianshao。tucengzaigaowenxiachenjiranhouzailuneilengque。youyurepengzhangbuyizhi
，dangdaojudaodashiwenshitucenglibaohanliewen。hepingbanbolishangdehuahenleisi，zhexieliewenjiangdidaojurenkouqiangdu。MTCVD工藝較低的沉積溫度導致更低的裂紋頻率和韌性較好的切削刃。
      當CVD塗層和MTCVD塗層的基體有相同的特性和刃口修磨時
，它們的韌性的區別能得到論證。當使用在刃口韌性有要求的應用，MTCVD塗層性能表現超過CVD塗層。通過分析，當加工含多孔結構的P/M零件時
，刃口韌性是重要的。MTCVD塗層勝過CVD塗層。
      物理氣相沉積(PVD)塗層較薄且不如MTCVD或CVD塗層耐磨或耐月牙窪磨損。但是，PVD塗層應用場合是能承受顯著衝擊。當切削是磨料磨損場合、CBN和金屬陶瓷又太脆和需要極好的表麵光潔度，PVD塗層會是有效的。
      例如，C-2硬質合金的切削刃在線速度180m/min和進給0.15mm/r情況下加工FC0205。在加工20個零件後積屑瘤能引起微崩。當使用PVD氮化鈦(TiN)塗層時，積屑瘤被抑製而且刀具壽命延長。當使用TiN塗層做這個測試時，P/M零件的磨料磨損特性預計TiCN塗層會更有效。TiCN有和TiN幾乎相同的抗積屑瘤能力但比TiN更硬更耐磨。
     多孔結構是重要的而且它影響FC0208合金的可加工性。當多孔結構和特性改變時，各種不同的刀具材料提供相應的優勢。當密度低的時候(6.4g/cm³)
，宏觀硬度是低的。在這種情況下，MTCVDtucengyingzhihejintigongzuijiadaojushouming。qiexuerendeweiguanpilaohenzhongyao，renkourenxinghenshouzhongshi。zaizhegeqingkuangxiarenxinghaodejinshutaocidaopiantigongzuidadedaojushouming。
      當生產密度為6.8g/cm³的同樣的合金
，磨料磨損變得比刃口裂紋更重要。在這種情況下
，MTCVD塗層提供最好的刀具壽命。PVD塗層硬質合金對極硬的兩種類型的零件都進行測試，碰到刃口破裂。
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