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    日東科技淺談粉末冶金優缺點是什么

    2020-01-09 14:34:42        0

    作為一種綠色環保、近凈成形技術,粉末冶金近年來得到迅速發展,在家電、汽車、電動工具等領域都有廣泛應用。粉末冶金零件的生產過程包括混粉、壓制、燒結、熱處理、機加工及其他表面處理工序,某一環節出現問題都會導致零件在生產和使用過程中出現失效。

    作為中國粉末冶金行業界典范,日東科技22年來專注于粉末冶金PM及MIM工藝研究開發,牢牢掌握粉末冶金PM核心技法,匠心鑄造精密品質。今天,日東科技將結合一些實例為大家詳細介紹粉末冶金零件最突出的優勢及常見生產缺陷的分析。

    粉末冶金最突出的優點有兩個:

    (1)能夠制造目前使用其他工藝無法制造或難于制造的材料和制品,如多孔、發汗、減震、隔音等材料和制品,鎢、鉬、鈦等難熔金屬材料和制品,金屬-塑料、雙金屬等復合材料及制品。

    (2)能夠直接制造出合乎或者接近成品尺寸要求的制品,從而減少或取消機械加工,其材料利用率可以高達95%以上,它還能在一些制品中以鐵代銅,做到了“省材、節能”。

    粉末冶金常見生產缺陷有三個:

    1.壓制過程中的缺陷

    分層

    使用鐵-銅-碳生產某零件時發現多件生坯內外表面出現黑色分層現象。取樣分析,從分析結果可知,零件分層現象為石墨、銅偏析。細粉產生偏析有可能是混粉不均或者壓制時粉末填充問題造成的。后檢查生產現場證實,該零件的分層偏析是由于粉末傳送不當造成的。

    由于產生了大量孔隙和異常組織,分層零件將會出現燒結后性能(例如尺寸)變化、力學性能不穩定。

    裂紋與斷裂 

    某零件出現裂紋導致強度偏低,易斷裂。取樣分析,在掃描電鏡(SEM)下觀察斷面形貌可知裂紋區顆粒表面無韌窩或解理面等燒結后斷裂特征,表明裂紋區無燒結頸產生,說明裂紋產生于生坯階段。隨后沿壓制方向取易斷裂部位制備金相試樣,可以看出裂紋靠近拐角處并向零件內部延伸,呈直線型,裂紋兩邊存在嚴重密度差,表明粉末填充非常不均勻。

    后經考察可知:由于該零件非常長,為一上沖二下沖,而壓制過程選用的是機械式壓機,模沖的行程比較難調整,如果兩下沖壓制不同步,便會在臺階處產生剪切裂紋。

    圖 裂紋區及無裂紋區顯微組織形貌

    2.燒結過程中的缺陷

    表面融化 

    某零件燒結后表面產生局部熔化,沿熔化區域取樣制備金相試樣,其顯微組織形貌如圖所示。分析可知,此缺陷應該是由于大量石墨團聚,在高溫下(高于液相開始形成溫度)燒結形成液相造成的。

    由于零件內部也發現了融化的團聚區域,說明該混粉內已存在石墨團聚,應該檢查壓制前所有步驟,比如粉末混合是否有團聚,是否有過篩,篩網是否干凈,料斗和送粉管是否未定期清潔導致細粉團聚。如果此類缺陷僅出現在表面而且位置比較固定,應該是壓制模具某一個位置異常導致的。

     圖 腐蝕前后缺陷處的顯微組織形貌

    硬度異常 

    生產某純鐵粉末冶金零件時發現某些零件燒結后硬度偏高,取 OK件和NG件腐蝕后進行金相分析。 OK件顯示的顯微組織為正常的純鐵素體,而NG件的顯微組織中除了鐵素體外還發現了細針狀的鐵的氮化物以及極少量的馬氏體。由于零件在分解氨中燒結,如果氨分解不徹底,殘余氨在高溫下會促使零件滲氮,從而形成鐵的氮化物,甚至出現馬氏體,使表面硬度增高。

    圖OK件及硬度異常NG件的顯微組織形貌

    3.熱處理過程中的缺陷

    硬度異常 

    使用赫格納斯擴散合金粘接粉Dis.AB(Fe-Ni-Cu-Mo)加 0.15%C(質量分數)生產某零件,需要進行熱處理提高硬度,熱處理工藝為滲碳淬火后回火,熱處理后發現零件硬度偏低。

    腐蝕分析后可知熱處理參數的滲碳溫度太低,導致零件在奧氏體化溫度時未能完全奧氏體。而細珠光體的出現是由于碳含量低,在此冷卻速率下未能避開珠光體形成區域。

    使用Fe-Cu-C生產的零件在進行表面滲碳處理后硬度異常升高,觀察腐蝕后的顯微組織發現大量粗大的片狀高碳馬氏體及殘余奧氏體,在表面還出現了很多白色碳化物,如圖所示。這是由于零件表面滲碳過度,碳含量過高導致形成了滲碳體。

    一般而言,如果在熱處理后發現有碳化物存在,除了滲碳熱處理過程中碳勢過高或者時間過長導致之外,燒結過程中如果滲碳,也會造成表面形成碳化物,最好有燒結件進行確認。

     尺寸異常 

    使用鐵銅碳材料生產某環形零件,進行了滲碳熱處理后發現硬度偏高,尺寸偏大。對比顯微組織可知OK件和NG件都為馬氏體組織,但NG件的馬氏體更粗大而且出現了少量殘余奧氏體,說明NG件得碳含量較高導致高碳馬氏體和殘余奧氏體出現。造成碳含量偏高的原因可能是滲碳熱處理過程中碳勢過高或者時間過長,另外如果燒結過程存在滲碳也會導致后續熱處理硬度偏高。

    粉末冶金零件相比鋼件來說,殘留的孔隙使得其滲碳過程更加快速,應適當調整工藝以得到合適的組織及滲碳層深度。


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