粉末冶金成形體裂紋產(chǎn)生地常見地原因

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1、實(shí)用粉末冶金成形體裂紋產(chǎn)生的常見原因簡(jiǎn)介潛在出現(xiàn)的裂紋已經(jīng)被視為具有巨大影響,并且經(jīng)常成為生產(chǎn)復(fù)雜形狀的零件時(shí),粉末冶金技術(shù)應(yīng)用方面的限制因素.在一項(xiàng)行業(yè)范圍的調(diào)查中,消除或者是控制裂紋被認(rèn)為是第二重要的優(yōu)先研究課題.首要課題即是整體提升機(jī)械性能.這一點(diǎn)值得注意,但是,對(duì)于行業(yè)被調(diào)查對(duì)象來說,提升材料性能所得到的益處僅比解決裂紋問題的重量性略高.粉末冶金零件的裂紋主要發(fā)生在燒結(jié)工序之前的成形壓制過程或加工.盡管裂紋可能要在燒結(jié)之后才會(huì)變得明顯,但是裂紋產(chǎn)生的根本原因極可能是燒結(jié)之前顆粒間粘結(jié)比較差

2、.燒結(jié)時(shí)引起的應(yīng)力可能會(huì)“打開”裂紋,但是這極有可能已經(jīng)產(chǎn)生燒結(jié)之前的加工步聚.極少有例子表明不正確的產(chǎn)品設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致燒結(jié)時(shí)較高的應(yīng)力水平,為此應(yīng)力水平可能會(huì)超過零件的強(qiáng)度從而導(dǎo)致機(jī)械失效.這種情況發(fā)生相對(duì)較少,并且并非認(rèn)為是本項(xiàng)目中研究的任何裂紋產(chǎn)生的條件.因此,本文將討論的裂紋是產(chǎn)生于燒結(jié)之前.燒結(jié)缺陷例如起泡或開裂并不認(rèn)為是與裂紋這種缺陷同一等級(jí)的,所以本文并不涉及.如果粉末冶金零件在理想條件下成型,那么致密化過程將會(huì)是雙向的.對(duì)稱的和同步的.但實(shí)際上,使用常規(guī)模具系統(tǒng)要達(dá)到這種效果是幾乎不

3、可能的.舉例來說,在脫模階段,上沖退出的同時(shí),施加在成形體上的軸向壓力減少.所有的模具受到的是零件相對(duì)應(yīng)段相同的載荷,并且在卸壓時(shí)承受回彈,成形體受到的也是相同的載荷.回彈很小,但是不能忽略不計(jì),并且由于模具和成形體都嘗試達(dá)到平衡狀態(tài),從而產(chǎn)生的是非均一性的應(yīng)力條件.中模避免達(dá)到其非變形構(gòu)型,因?yàn)槌尚误w這個(gè)時(shí)候還在并且正在抵抗徑向上的彈性應(yīng)力.當(dāng)產(chǎn)品從中模模腔脫出時(shí),有必要或者由下沖施加一個(gè)向上的軸向力,或者中模向下運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)可以由一個(gè)存在于脫模開始時(shí)的徑向壓力的線性函數(shù)表示,當(dāng)成形體退出中模

4、模腔,條件也是差異很大,因?yàn)閮H僅存在于模腔內(nèi)的產(chǎn)品的一部分承受著徑向的壓力.最初的模具構(gòu)造和磨損也會(huì)影響壓力和應(yīng)力條件,因?yàn)殡p向的,對(duì)稱的和同步的致密化過程是不可能的,所以需要注意機(jī)械失效的條件.成形體生胚強(qiáng)度成形的一個(gè)主要目標(biāo)是要獲得成形體設(shè)計(jì)形狀和尺寸的同時(shí),達(dá)到合適的生胚強(qiáng)度,生胚強(qiáng)度是成形體的機(jī)械強(qiáng)度,主要生成于粉末的互鎖,冷焊和粘結(jié).這點(diǎn)非常重要,因?yàn)槌尚误w在燒結(jié)工序之前獲得尺寸和形狀的能力就取決于此.成形體生胚強(qiáng)度主要形成于顆粒表面不規(guī)則機(jī)械互鎖,并由成形過程中的塑性變形提升.成形體生

5、胚強(qiáng)度必須在從成形壓機(jī)轉(zhuǎn)移到燒結(jié)爐的過程中具有足夠的強(qiáng)度以抵抗磨損和防止斷裂.這對(duì)于薄的產(chǎn)品,有薄的段的產(chǎn)品,低密度產(chǎn)品和有細(xì)邊的產(chǎn)品特別重要.對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說,生胚強(qiáng)度值范圍在10MPA和30MPA之間才允許脫模和安全地搬運(yùn).文檔實(shí)用粉末冶金零件成形過程中,由壓制力作用形成的顆粒間粘結(jié)提供生胚強(qiáng)度.在顆粒與顆粒之間的接觸區(qū)域發(fā)生的變形創(chuàng)造了固體結(jié)界.最初的高松裝密度和干凈的顆粒表面能夠擴(kuò)大顆粒間粘結(jié)形成.當(dāng)壓制力達(dá)到一定值,剪切力會(huì)起到破壞表面層的作用.顆粒與顆粒之間的引力相對(duì)較小,顆粒間互鎖

6、是控制生胚強(qiáng)度的主要因素.通常,顆粒粘結(jié)離不開穿過結(jié)界的原子間的力和靜電力.這些力更大,無需很多粉末,表面要干凈.因此,對(duì)于控制生胚強(qiáng)度,機(jī)械互鎖起到最主要的作用.不規(guī)則的顆粒形狀能夠提高顆粒間的機(jī)械互鎖,從而提高生胚強(qiáng)度,圓形但不規(guī)則顆粒形狀通常可以達(dá)到最優(yōu)的生胚強(qiáng)度.這些特性,加上低成本和高壓縮性優(yōu)點(diǎn),使得單軸中模成形處理使用中,水霧化鐵粉非常受歡迎.裂紋的形成通常,一個(gè)固體受到力的作用分離或分裂成2個(gè)或更多部分,這就叫做斷裂.斷裂的原因可以是裂紋,和載荷下裂紋增長(zhǎng).對(duì)于粉末冶金成形體生胚,裂

7、紋的產(chǎn)生主要可以歸為以下原因之一:顆粒間互鎖破裂;沒有形成顆粒間互鎖.顆粒間互鎖破裂的主要原因是粉末顆粒的阻斷或拉伸.互鎖破裂可能是受施加的張力作用或橫向的剪切力作用或者兩種力的組合作用.破裂區(qū)域可能在比淺表面更深的地方,并且也可能是不規(guī)則的,不連續(xù)的.另一方面,如果由達(dá)到微觀應(yīng)力強(qiáng)度等級(jí)的外應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力造成應(yīng)力集中,會(huì)導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生.因此,當(dāng)橫斷或水平粉末顆粒裂開面的常規(guī)應(yīng)力分量達(dá)到開裂應(yīng)力時(shí),會(huì)出現(xiàn)由外應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力作用產(chǎn)生的裂紋.當(dāng)顆粒間粘結(jié)沒有形成,究其原因在于顆粒之間的有效孔隙阻礙了粉末與粉

8、末之間接觸,圖1顆粒間粘接沒有形成的區(qū)域是沒有生胚強(qiáng)度的.比起成形過程中或成形過程后材料充實(shí)的區(qū)域,這種區(qū)域更易出現(xiàn)斷裂或裂紋,甚至,這種區(qū)域在燒結(jié)后可能會(huì)出現(xiàn)間隙,原因在于這種區(qū)域沒有形成能夠使顆粒擴(kuò)散的晶界.圖1文檔實(shí)用裂紋產(chǎn)生的根本原因裂紋產(chǎn)生的根本原因可以分為4個(gè)基本目錄:錯(cuò)誤的材料整合性,顆粒間移位,非正常塑性應(yīng)變分離和高張力剪切力.圖2所示就是這4個(gè)目錄,并且列出了條件范例和對(duì)應(yīng)的成因.圖2錯(cuò)誤的材料整合性出于各種原因,金屬粉末使用添加劑.例如,添加合適的潤(rùn)滑劑進(jìn)行混