粉末冶金研究全文(5篇)
第1篇：粉末冶金研究范文
关键词：气门导管；粉末冶金；孔隙；孔隙率
1引言
粉末冶金技术日趋成熟，应用广泛。汽车产品采用粉末冶金工艺，具备成本低廉、生产效率高、质量稳定等优势。汽车发动机气门座圈、气门导管等产品已经大批量使用粉末冶金成型工艺，是一种成熟的工艺技术。本文通过一例气门导管失效分析，研究粉末冶金孔隙形成原理、生产控制、优化必要性，通过实例数据分析，探讨气门导管内部微观孔隙标准，为产品提供理论参考依据。
2问题提出
某型发动机台架试验故障，拆解后活塞及缸盖燃烧室严重烧蚀，其中一件气门导管断裂。失效照片见图1、图2：断裂气门导管硬度、密度、金相、材料成分、尺寸等检测数据合格；失效断口扫描电镜1000倍检测，图3断口宏观位置A区和B区现粉末冶金烧结颈[1]偏少，其中最大未烧结直径达105um，未烧结位置见图4、图5黄色虚线框，简称孔隙。初步怀疑孔隙存在，降低了气门导管强度，引起隐性裂纹，导致断裂。
3粉末冶金孔隙形成原理及大小标准设定
查日本SMF系列、美国MPIF系列粉末冶金相关标准，并未明确产品内部微观孔隙大小要求。分析孔隙大小影响，首要找找出孔隙的理论根据及形成原理，主要与以下方面相关：①粉末冶金产品密度理论上粉末冶金产品密度能达纯铁密度7.87g/cm3,则孔隙消失。从图6实验室压力-密度试验曲线中看出，粉末冶金产品密度是无法达到纯铁要求的，且密度越大，单位密度增加需要压力增加越大。本文中发动机气门导管密度标准是6.3-6.8g/cm3，足可见孔隙存在比率。工艺过程：混粉-压制-烧结。孔隙形成与粉末颗粒大小、压制力度/密度大小、烧结熔合等有关。无数细小金属粉末经压制、烧结得到产品，图7、图8是压制、烧结过程图示。图7图显示，压制前粉末因“拱桥效应”存在大孔洞，持续加压后开始缩小，拱桥孔洞消失，但细小颗粒间间隙最终无法彻底消除，如图中C图所示。图8显示，粉末烧结颗粒之间产生原子扩散、固溶、化合和熔焊，致使压坯收缩并强化。部分孔隙被烧结熔合金属、润滑剂等填充，由于烧结温度未达到金属熔融温度，无法将孔隙全部填充。孔隙少部分充满，大部分缩小，最终产品仍存在孔隙（如图中红圈部位所示）。气门导管生产检测统计数据显示。产品成型压力机压制后，当毛坯成型密度为6.8g/cm3时，孔隙率为12～13%，其中连通孔隙占总孔隙的90～95%，封闭孔隙占5～10%。毛坯高温烧结，基体发生充分扩散，孔隙球化，更多的连通孔隙被封闭形成封闭孔隙，烧结后产品的孔隙率在13～15%范围；连通孔隙约占总孔隙面积的80～85%。因此，孔隙是粉末冶金产品固有特性，现行工艺无法彻底根除。③粉末冶金孔隙大小标准孔隙形成过程中，孔隙大小与粉末颗粒直径大小、压制过程、烧结融合等有关系。几何理论上孔隙最大间隙为3个接触颗粒接触点直径圆（如图9中蓝色圆直径），综合考虑烧结融合，压制颗粒干涉，不同直径颗粒随机结合，经验数据显示最大孔隙大小可控制在最大颗粒直径≤ФDX80%。失效气门导管孔隙大小，生产过程控制数据如下：1.粉末颗粒大小控制1.1原粉粒度控制：原粉末80%以上粒度直径＜150μm；直径在150～212μm粒度≤12%；微量元素粒度直径在212～250μm之间。1.2筛粉：为防止粉末结球，生产线混合室使用250um网筛对所有粉末进行筛选。2.生产过程微观孔隙检测根据几何理论，最小孔隙为≤144um，综合生产工艺，企业标准按≤200um。每抽查批次成品各10件，对断口截面1000倍扫描电镜观察断口，孔隙数据见表1，蓝色数据为最大孔隙：数据表明，孔隙大小控制符合设定要求，失效导管孔隙105um，也符合标准要求。孔隙无法避免，但孔隙大小可以控制在一定标准内。
4缩小孔隙大小方法及必要性
孔隙是粉末冶金产品固有特性，粉末冶金气门导管缩小孔隙尺寸的方法、必要性。从上述分析数据得出：①缩小粉末冶金孔隙方法a使用更加细小粉末，更加严密的筛网，更好压制模具等。b增大粉末压制压力，使粉末压制更严实，产品密度更高。c研发特殊工艺（如粉末锻造技术达到纯铁要求，实现产品无孔）。以上方法导致生产成本急剧上升，制造难度陡增，失去了粉末冶金成本优势，可用锻造、焊接等进行替代。②缩小气门导管孔隙必要性根据气门导管产品行业统计，正常情况下出现影响产品使用性能孔隙概率约为0.0003至0.0007，每十万件中可能有30-70件不良品。行业暂没有方法的控制缺陷发生，孔隙检测也仅限于破坏性电镜扫描检测，且破坏位置未能保证一定在最大孔隙位置。气门导管实际使用试验和使用统计，当孔隙孔径≤0.2mm时，对产品性能几乎没有影响；当孔隙孔径＞0.2mm，且出现在工作面上时，会局部影响产品的性能。考虑制造成本、难度，失效概率及探测难度，进一步缩小气门导管孔隙要求无紧迫的必要性。
5结语
关于发动机粉末冶金气门导管产品孔隙问题分析，得出如下观点：1.粉末冶金产品制造原理，气门导管内部存在孔隙无法避免。2.考核气门导管产品指标应为硬度、密度、金相、材料成分、尺寸等为主，微孔隙仅做辅助评价。3.失效断面如有4颗及以上未烧结粉末颗粒，类似“拱桥效应”未破坏，需判定其对失效影响。4.现行粉末冶金工艺水平，缩小孔隙大小增加制造成本，除特殊要求外没有太大必要性。5.气门导管内部孔隙≤0.2mm要求是符合使用要求及制造水平要求。以上观点供粉末冶金气门导管同行参考，共同提升产品制造质量。
参考文献：
[1]《粉末冶金材料》作者易健宏编2016年中南大学出版社ISBN：9787548723646.
第2篇：粉末冶金研究范文
关键词：粉末冶金；泡沫铝；TiH2粉
前言
泡沫铝的基本特性就是：刚度好、能够吸收较强的冲击、密度不大、消声好等，在隔音装置得到广泛应用，同样热导率还比较低，在航空绝热材料中应用效果优异。此外，其电磁屏蔽性能也比一般材料高，且电阻很大，使用时能减少耗电，有节能的优势，还有很强的过滤能力，原材料来源广泛，加工过程简单易得，还可对表面进行抛光和涂装处理。在20世纪的九十年代，泡沫铝在全球开始有较快的发展态势。泡沫铝是通过不同的造孔工艺在铝或者铝合金基体的内部形成大量的孔隙所形成的，主要是两种：开孔、闭孔泡沫铝。二者之中应用广泛的为闭孔泡沫铝，其内部的孔隙彼此之间时独立的，互不连通，承载方式则是通过孔隙之间的孔壁，从而使闭孔泡沫铝拥有了很多的优点。如今，闭孔泡沫铝可以通过多种不同的工艺生产，当中，最具有发展潜能，同时也被人们大量推广的就是溶体发泡法，其最大的优势便是制造成本不高，而且制造设备比较简单，所以其商业用途比较凸显。在保温发泡工序之前，铝熔体要增加增粘功能的其他物质来保持其有一定的黏度。目前金属钙经常作为容易发泡法的增粘剂，理由是金属钙本身就是高亲氧元素，能够在增加搅拌的过程使得氧渗透，而快速地让铝熔体的外表被氧化，通过这样，形成的氧化物可以让铝熔体更加增粘。熔体发泡法的工艺为：先是在锅溶体中增加浓度为1.5％~2.0％的金属钙，保持温度为720℃，而且对铝熔体予以搅拌，而后把经由搅拌之后的铝熔体倒入发泡坩埚里。发泡在保温的情况下，在增粘铝熔体中加入黏度是1.0到1.6％的TiH2发泡剂，在全面搅拌的基础上让发泡剂均匀混合，发泡剂在分解之后，生成的氢气让锅溶体在坩埚内发泡膨胀，最后快速冷却，形成了闭孔泡沫铝。
1实验部分
1.1实验设备
搅拌器、烧杯、量筒、井式炉（5kW）（兴化市骏辉电热电器厂）、温控箱、热电偶、铁坩埚、搅拌棒、数字天平（深圳华恒仪器有限公司）。
1.2实验原料
TiH2粉、碳粉、铝块。
1.3熔体发泡法工艺原理
熔体发泡法的基本工艺原理是，铝熔体在黏度有所增加之后，有经由分解形成氢气功能的发泡剂氢化钛粉末渗透其中，同时经由对其连续的搅拌，让发泡剂在铝熔体中均匀分散。再经由一定的温度加热之后，发泡剂被分解，释放出相关的气体。
1.4熔体发泡法工艺流程
（a）熔化过程：熔化温度、时间；（b）增粘过程：增粘剂的增加量、增粘温度、增粘搅拌速率、时间；（c）发泡剂混合过程：发泡剂增加量、时间、发泡温度、搅拌速度；（d）保温发泡过程：保温温度、时间；（e）冷却成形过程：冷却方式。
1.5泡沫铝制备
1.5.1前期处理（a）铝块的切块处理将事先准备好的大块铝进行切块，大小以适合放入坩埚中为宜。然后用弱碱溶液清洗小铝块的表面的杂质，清洗完毕后再用去脂水溶液清洗，作用是去脂[9]，为接下来的实验做好准备。（b）加热熔化过程注意事项首先，铝块在加热熔化过程中，若不进行防护措施，它会与铁坩埚发生粘连，在泡沫铝制成冷却后，将无法倒出，所以为了防止粘连，需要在铁坩埚的内表面涂抹一层碳酸钡的悬浮液，在加热过程中，碳酸钡的分解产物会出现在铝熔体与铁坩埚内表面之间，从而防止粘连。其次，铝块在空气中加热熔化，铝熔体会和氧气进行化学反应并且生成氧化铝，从而对接下来的实验造成影响，所以为了防止铝被氧化，在井式炉中需要加入碳酸钙和木炭的混合物，在加热过程中，木炭在没有受到完全燃烧的情况下会生成一氧化碳气体，而碳酸钙加热会分解产生二氧化碳，碳和二氧化碳发生化学反应同样生成一氧化碳气体，从而保证铝块在加热熔化过程中不会被氧化生成三氧化二铝，保证接下来的实验过程顺利进行。
1.5.2熔化过程先将井式炉加热到650~700℃，并保持温度不变，持续10分钟，而后放入到安装了铝基体的坩埚放入井式炉里，15分钟后熔化结束。
1.5.3增粘过程铝基体熔化后，在坩埚中投入一定的金属钙，以其充当增粘剂，以1000r/min恒速搅拌，30秒后结束增粘过程。
1.5.4发泡剂混合过程增粘过程结束后，往坩埚中增加了一定量的TiH2粉末充当发泡剂，炉体温度大约是从700~750℃，以1000r/min的转速来搅拌，搅拌持续一定的时间后，发泡剂、熔体全面混合，不再搅拌，结束此过程。
1.5.5保温发泡过程由于只有有限的实验装置，保温发泡过程依然在井式炉内持续。实验时，温度控制在650~700℃之间。
1.5.6冷却成形过程冷却方式不同，泡沫铝试件的孔结构也会随之不同[11]。最有效的冷却手段是让熔体内外都得到冷却凝固，让气泡在熔体内均匀分布。在实验过程中，因为给出的实验设备和条件受限，没有办法保持内外都冷却。本文采用的冷却方式为空冷。
2结果与分析
2.1TiH2用量的影响
发泡剂TiH2的用量对最后生成的泡沫铝非常重要，是影响泡沫铝孔隙率最主要的、决定性的因素，孔隙率的变化与发泡剂TiH2加入量的详细关系可以参考图1。一般来说，在相同的情况下，发泡剂加入的量越少，泡沫铝的孔隙率就越小。发泡剂的量越多，生成的气体量大，这就意味着制成的泡沫铝的孔隙越多越大，即孔隙率大。最好的发泡剂用不单单能够制作高孔隙率、孔结构比较均匀的泡沫铝试样，而且也能够让发泡剂得到更大程度的利用率，泡沫铝的生产成本降低。发泡剂不同加入量与制备的泡沫铝试样的孔隙率的关系曲线可以参考图1。观察上面的图形，得出规律，发泡剂增加则孔隙率也增加。然而，如果发泡剂的浓度大于3%后，则孔隙率会放慢增加的速度。理由在于发泡时，发泡剂是在气泡的作用下的驱动力。如果少量增加，也不可能有生成很多气体。伴随发泡剂的加入，熔体内的氢气会逐步地增加，导致气泡得以长大，因此试样的孔隙率和孔径等指标都会有所增加[10]。在此次实验条件下，当加入量大于3%，孔隙率、孔径的增加不会太快，理由是搅拌速度维持不变，加入过多的发泡剂其混合均匀程度明显有所减少，同时在一定温度的作用下，H2在铝熔体中只能进行有限的溶解，当饱和后分散所形成的大量气体便溢出熔体直接渗透到大气中，进而导致孔隙率和孔径等指标增长不会太快，而且也让发泡剂的利用率有所下降。所以，为得到实验期望的泡沫铝试样，并全面分析发泡剂的利用率，在此次实验条件下，笔者最终提出发泡剂的增加是3%，图2就是在这种条件下生成的最终样品。
2.2发泡剂TiH2分解速率对实验的影响
TiH2粉在加热到400℃以后必然会分解并且释放出氢气，且不同的温度对应的分解速率也不同。要想得到理想的实验结果，必须要得到适当的发泡剂分解速率。发泡剂的分解速率太快，还没来得及进行搅拌，氢气就完全逸散出去，实现不了理想的实验效果。氧化后的发泡剂分解太慢，则随着熔体的温度下降到发泡剂的分解温度以下，则发泡剂不分解，遗留在熔体中成为杂质。此处笔者假定温度是400℃，450℃，500℃，550℃，600℃五个温度挡来探究TiH2的分解速率，每个温度挡加热20分钟。经过探究，发泡剂TiH2的分解可以通过下面的图形进行了解，经由和表格中的数据予以对比，我们便得到结论，在500℃时TiH2对应的分解速率比较合适。
2.3保温发泡时间的影响
保温发泡过程中，发泡剂受热分解形成气体，并且在熔体的内部形成气泡，并长大而且合并的比较重要的环节。在保温发泡温度已经明确的情况下，保温时间是最重要的决定性指标。图4是在不同保温时间下得到的泡沫铝试样的孔隙率和孔径，观察该图，当保温时间小于或者是大于三分钟，试样的孔隙率和孔径均较小。当保温时间为3min时，试样的孔隙率和孔径都处于比较理想的状态。出现这一问题的根本原因就是当保温时间不长的时候，熔体中的气泡并没有完全长大，所以试样的孔隙率和孔径等指标都不可能太大，但是经由长期的保温后，发泡熔体会出现收缩，也就是熔体内气泡出现了坍塌，导致孔洞产生受到了阻碍，这时试样的孔隙率和孔径也会有所下降。所以，如要得到理想的泡沫铝试样必须对保温温度进行严格的控制，在发泡熔体发生收缩之前要让保温发泡过程终止，所以气体在铝熔体中分布比较均匀。
3结论
1）在发泡剂的加入量是1.0%~3.0%时，泡沫铝的孔隙率伴随发泡剂增加而增大，在发泡剂的加入量大约是3%时，泡沫铝的各方面性能都很优异。2）熔体发泡获得的工艺条件为：发泡温度700~720℃、发泡剂TiH2的加入量3%左右、搅拌时间3~5min、搅拌速度1000~1500r/min、保温时间3~4min。合适的增加搅拌时间，大大地提升了泡沫铝的发泡效率。
参考文献
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第3篇：粉末冶金研究范文
1.1粉末冶金技术特点
粉末冶金技术作为一种应用比较广泛的精密成形技术,具有少无切削加工、材料利用率高、制造过程清洁高效、生产成本低、可制造形状复杂和难以机械切削加工的特点。一般认为,粉末冶金技术工艺的特点如下:
1)不需要或者只需要极少量的切削加工;
2)材料利用率可高达97%以上;
3)零件尺寸的制造公差较小且具有再现性,从而产品可获得很高的尺寸精度和良好的一致性;
4)材料成分、微观组织及组成可以科学调整;
5)零件表面光洁度较好;
6)通过烧结后处理工艺(如烧结后热处理工艺、烧结后表面处理工艺等),可以灵活改善零件的性能(如提高强度、耐磨性等);
7)在技术设计和工艺设计上,形状自由度极高,可以设计和制造出其他金属成形工艺不能制造的形状复杂或奇特的零件;
8)对于自润滑等粉末冶金多孔材料,可通过控制孔隙度来获得材料或产品的性能;
9)适合中等至大批量的零件生产。
1.2粉末冶金技术发展趋势
目前,粉末冶金技术的发展日新月异,随着一系列新技术、新工艺的不断涌现,如粉末冶金注射成形、温压成形、流动温压成形、喷射成形、高速压制成形、微波烧结、烧结硬化等,粉末冶金技术正朝着高致密化、高性能化、集成化和低成本化等方向发展。
1)粉末冶金零部件的少无缺陷的高强度化趋势:通过对材料的组织控制和制造工艺的综合研究,从粉体粒子的流动、烧结机理、断裂力学等方面找到缺陷形成的原因并提出解决方案。
2)粉末冶金成形技术的近净成形和近终成形趋势:着眼于粉体流动、充填成形、烧结过程粉末特性控制、粘结剂等角度,大力发展近净成形和近终成形的高致密化工艺技术,是降低竞争成本、减少制造工序、适应国际化市场的必然要求。
3)粉末冶金零部件的高精度化趋势:通过对粉末冶金工模具、粉末冶金设备、粉末冶金工艺过程的精确设计和控制,实现粉末冶金零部件宏观尺寸的更高精度;通过对粉体特性、粉末冶金过程显微组织、粉末冶金工艺过程的精确设计和控制,实现粉末冶金零部件微观领域的显微精度。
4)粉末冶金材料功能复合化趋势:针对国际化的高端市场,研究和开发出高附加值的新型复合材料或者复合有附加性能的新型材料,是各国粉末冶金工作者努力追求的目标。这就要求在诸如复合材料设计、成行固化、复合材料组织控制、性能评价等方面能够做出开创性的突破。
5)粉末冶金设计的微观化趋势:由宏观的尺寸———形状———性能设计层面,结合到显微组织———微观结构———性能的设计层面,粉末冶金设计也由粉体特性设计、模具设计、产品形状设计等宏观设计体系向显微组织和显微结构设计的微观体系深入和发展。
6)粉末冶金过程控制的数值模拟化趋势:利用数值优化技术、动态测试技术和计算机模拟技术,通过对粉末冶金生产过程进行动态的观测和数值化的控制,可以实现对粉末冶金产品品质的动态检测控制,可以大大提高产品的成品率和生产效率。
7)粉末冶金制造工艺流程集成化和低成本化趋势:近年来,高速压制成形、流动温压成形、微波烧结、烧结硬化等流程集成化技术的产生和应用,极大地降低了粉末冶金零部件的制造成本,提高了粉末冶金生产流程的单位时间效能,是粉末冶金技术的最新发展趋势。
8)粉末冶金制造过程清洁高效和环保的趋势:寻求资源的再生利用和减少生产过程中对环境的污染,是现代产业的发展趋势。因此,针对易再生材料的设计、有害物质的材质控制、润滑剂的煤烟控制、烧结气氛再生方法的开发和烧结零件的轻量化等,从合金设计和工艺设计的角度,进行技术创新,使粉末冶金各项工艺流程符合环保的强制性法规,从而使粉末冶金产业更清洁、更环保。
2我国粉末冶金工业企业的发展现状
关于我国粉末冶金工业企业的发展现状,国内粉末冶金工业界的人士如韩风麟、黄伯云、邹仿棱等从不同的角度,作过多次精辟的分析和论述,大致而言,包括以下几个方面:
1)产业结构和行业布局不合理:我国现有各类粉末冶金企业近千家,分布在不同的行业和区域。由于产业发展历史特殊原因以及不同行业与区域的多头管理,出现了低水平重复建设、大中小企业并存、企业效能和效益较低的产业格局。大部分中小型企业的规模小、条件差、水平低,且存在不同行业间的条块分割,而真正能够形成产业规模的企业还不足十家。据统计,我国规模较大的主要44家硬质合金企业实现的年销售收入仅为SANDVSIK公司的21.4%,其平均利润也仅为SANDVSIK公司的44%。
2)产品结构和市场结构不合理:目前,我国粉末冶金企业的产品技术含量与附加值低、高端产品所占份额极少、中低端产品竞争无序、低端产品出现生产过剩、假冒伪劣产品充斥市场等问题严重制约着我国粉末冶金企业和市场的健康发展。
3)工艺技术和装备总体水平相对落后、自动化程度不高,先进设备少且不配套,生产效率低。我国粉末冶金企业的生产工序仍然是以手工操作或自动化操作与手工操作为主的局面,并且不能形成工程工序自身特色的竞争优势。相反,却表现出生产过程损耗大、产品精度低、合格率低和产品一致性差等较为突出的问题。部分国有大中型企业尽管引进了大量国外的先进装备,但由于耗资巨大,长期造成企业赢利包袱,或者设备使用效率低等原因,事实上并不能形成相对于国外竞争对手甚至是国内竞争对手的相对优势,无法改变市场竞争格局。
第4篇：粉末冶金研究范文
关键词：粉末冶金件；锈蚀；销孔孔径；磷化
粉末冶金零件广泛应用于汽车、家电、军工、航天等领域。粉末冶金零件制造工艺包括粉料制备、压制成型、烧结、后处理（精整、机加工、热处理及发蓝表面处理），看似步骤简单，但是这四个模块中任何一个模块出现问题均会影响后续机加工工艺。压缩机常用的粉末冶金零件有连杆、活塞、阀板，其中连杆活塞需要机加工、磷化再装配使用。在加工过程中常会出现锈蚀、加工销孔孔径不稳定的现象；在磷化工艺中会出现磷化不上、表面发红的情况，这些都会直接影响到零件的质量，降低产品合格率。此现象在压缩机行业很普遍，研究解决这些工艺问题很有必要。
1在机加工过程中出现异常情况
粉末冶金件在机加工中，容易出现锈蚀和孔径不稳定现象，尤其是孔径越小，越容易出现孔径不稳定现象。
1.1零件过程流转出现锈蚀问题
机加工后的零件码放在周转盒中，放置一段时间零件与零件接触部位会出现锈蚀现象。这是因为零件之间接触位置的氧气浓度低，如果环境湿度大、温度高，切削液没有附着，由此造成零件发生缝隙（叠印）腐蚀。为了避免出现这种锈蚀，我们将工艺调整为：当零件最终加工完后码放在周转盒内后，添加切削液浸泡零件表面（切削液浓度与保持一致）。采用这种浸泡方式就解决了零件过程流转出现的锈蚀问题。
1.2销孔孔径不稳定现象
当孔径越小时，加工过程中孔径的的稳定性很差，甚至出现调整好孔径后，连续加工50件或者20件后孔径就会出现不稳定现象，这种现象和刀杆的韧性有很大的关系。同时也和粉末冶金件的密度有关。其影响情况如图1和图2所示：专用刀杆（增加韧性和缩短刀杆长度）。从图1中可以看出，普通刀杆和专用刀杆对销孔加工的稳定性有很大的区别。专用刀杆是通过增加韧性和缩短刀杆长度后的刀杆，采用专用刀杆的镗床可以多加工300多件，且过程孔径的稳定性也非常好，销孔孔径比普通刀杆调整频次少于7次以上，还不会产生孔径镗大现象。这是因为刀杆韧性增加和长度缩短之后，避免了刀杆在加工过程中的抖动，降低了参与切削时刀杆让刀的影响。从图2中可得出，由于粉末冶金件有许多空隙，浸入切削液后密度发生变化。使零件本身的气孔产生饱和状态，刀杆在切削过程中，刀片磨损异常，刀角容易钝，出现切不动现象，从而导致孔径下降较快，孔径调整频次增加，引发孔径不稳定现象的出现。所以加工零件在镗孔前尽量不要长时间浸泡切削液或其它液体。
2磷化工艺中的主要问题
2.1粉末零件磷化后出现发红现象
粉末活塞和连杆在磷化工艺中会有部分零件表面出现发红情况，发红现象的位置处于非加工面（也就是有发蓝层的位置才会有此现象），如图3所示。研究分析后发现与粉末活塞表面发蓝层成分有关。粉末活塞在成型后需要对表面进行蒸汽发蓝处理，处理后的零件表面有一层厚度为10滋m的以Fe3O4（变成黑色物质）为主要成分的发蓝层。如果发蓝层中有部分反应成了FeO（表面的颜色虽然为黑色，但是颜色纯度不高），那么该粉末冶金件在磷化时发蓝层中的FeO与磷酸发生反应，就会变成Fe2O3呈棕红色，由此导致粉末冶金件表面发蓝层出现不同程度的发红现象。而发蓝过程中产生FeO的量与表面处理时蒸汽炉中的温度和炉内的压力关系较大。如果蒸汽炉的温度低，零件表面铁氧化反应不充分，就会生成FeO；如果温度高了，零件表面氧化反应过于充分，又会导致发蓝层过厚超标。如果蒸汽炉的压力小了，水蒸汽无法充进零件的气孔里，反应不充分，就会生成FeO；但蒸汽炉的压力大了，零件表面氧化反应过于充分，又会导致发蓝层过厚超标。所以控制好蒸汽炉中的温度和炉内的压力是发蓝工艺的核心指标，也是解决活塞、连杆磷化后发蓝层发红问题的有效方法。
2.2粉末连杆存在磷化不上现象
粉末连杆在磷化清洗过程中出现磷化不均匀和磷化不上现象时，分析除了磷化工艺执行存在异常和磷化前未进行清洗以及过程珩磨油变质能造成此现象外，还有粉末冶金件本身表面的光洁度过于光滑也会产生此现象。粉末连杆通常采用喷丸去毛刺方式，在这个方式中，砂石数量、与粉末粉末连杆的数量的比例、喷丸时间、喷丸速度都会影响粉末连杆表面状态。砂石数量过多、喷丸时间长，粉末冶金件少，会造成粉末冶金件表面过于光滑，磷化后磷化膜粗糙、有斑点不均匀；反之砂石数量过少、喷丸时间短，粉末冶金件过多，会使得粉末冶金件毛刺去除不到位，磷化后磷化膜发黄或根本磷化不上。如图4所示。从图4中可以看出毛刺去除不到位磷化后粉末连杆表面发黄且无磷化膜现象。为了得到适宜的喷丸表面，选取了不同的砂石、零件数量比，采用不同的喷丸时间，摸索出了合理可行的喷丸工艺，实验结果如表1所示。由表1可见，粉末冶金件表面毛刺处理工艺中所采用的喷丸砂石数量多少、喷丸时间的长短对后续磷化膜的影响较大。实验表明对粉末连杆表面毛刺处理工艺中所采用的砂石数量和零件数量为1颐3、喷丸时间在40min就能保证粉末连杆表面即不过于光滑（发亮）又不粗糙有扎手现象，磷化后得到的磷化膜色差一致、均匀致密。图5所示的就是采用了合理去毛刺工艺后的磷化效果。
3结语
（1）压缩机粉末零件可以在最终加工后用切削液浸泡以防止零件叠加面锈蚀。（2）粉末零件镗孔应采用专用刀杆，还要避免加工前浸泡在加工液等液体中而导致的零件密度变化，这些都会导致销孔孔径不稳定。（3）粉末零件磷化后表面出现发红现象与其前处理工艺中的发蓝有关，控制好发蓝蒸汽炉中的温度和炉内的压力是发蓝工艺的核心指标，也是解决粉末活塞、连杆磷化后发蓝层发红问题的有效方法。（4）粉末连杆磷化前的去毛刺工艺对磷化膜影响很大。实验表明对粉末连杆表面喷丸处理工艺中所采用的砂石数量和被喷丸零件数量为1：3，喷丸时间在40min就能保证粉末连杆表面即不过于光滑（发亮）和又不粗糙，从而得到均匀致密的磷化膜。
参考文献
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第5篇：粉末冶金研究范文
【关键词】材料成型；控制工程；金属材料
1机械加工成型
现在的金属材料加工成型，主要是使用机械加工，加工机械的关键部位是加工刀具，现在使用的刀具很多是金刚石成分的刀具[1]。使用这种刀具对铝基复合材料进行加工比较广泛，铝基复合材料使用金刚石刀具加工主要可以分成三种，分别是钻销形式、铣销形式和车销形式。钻销形式使用的是镶钻麻花钻头，对铝基复合材料加工，一般情况下使用B4C颗粒钻销，而且在加工的过程中还需要添加切销液，这种液体可以增加铝基复合材料的强度。铣销形式使用材料有2.0%的粘接剂，还要8.5%的端面铣刀，这样的加工方法能强化铝基复合材料。车销形式主要使用刀具是硬合金刀具，而且在使用这种加工模式中还需要添加乳化剂，使用这种液体的目的是起到冷却效果。
2挤压和锻模塑性成型
金属材料在实际成型加工时，可以在模具的表面涂抹一层润滑剂，所选用的压力成型方法里要能有效控制压力，以减小在制造时产生的摩擦系数[2]。有研究表明，使用有效压力和涂抹润滑剂，能够使加工过程中挤压压力减少至少35%。挤压力的减少能减少对模具的损伤，减少对金属塑性的削弱，还能防止金属变形中抵抗力减弱，从而有效提高成型效率。除了使用上述方法进行加工，还可以在金属基材料中增加适量的增强颗粒，降低其可塑性，增强金属材料的变形抗力，再在加工过程中增加一定的温度，使增强颗粒和金属材质加快融合，加强金属基材料的可塑性[3]。一般来说，在金属基材质中使用增强颗粒会影响挤压的速度，如果在加工的材料中使用的增强颗粒较多，加工时就要严格控制挤压速度。如果挤压速度过快，很容易造成材料成型以后便面出现横向裂纹。总之，在使用挤压和锻模塑性成型技术对金属基材质加工的过程中，不仅需要在模具上涂抹润滑剂，还需要控制加工中挤压的速度，提高相应的温度，并对这些技术严格控制，只有这样，才能够保证加工的质量。
3铸造成型
使用复合材料的加工成型技术中，最常用的一种方法就是使用铸造成型技术。实际加工过程中，对金属复合型材料添加增强颗粒以后，这样的情况下熔体粘度会有增强，同时流动性也会增强，在加上增加增强颗粒的过程中会使用熔体的方法使其融合在一起，同时因为经过高温作用会产生一些化学反应，这种时候会改变金属材质的基础性质。为了控制金属材质基本性能，在熔化金属材质过程中要对温度严格控制，同时在保温时间上也要采用严格控制方法。在高温情况下对增强颗粒的添加容易发生界面反应，比如在添加的增强颗粒是碳化硅颗粒容易出现这种现象。出现界面反应以后熔体的粘度会增强，会出现难以浇筑现象，而且还会影响到材质本质。解决问题的方法是使用精炼法，同时还要添加一定量的变质添加剂，使用这种方法在锻造成型是不适合使用在添加了增强颗粒的铝基复合材料中。
4粉末冶金成型
粉末冶金成型技术使用最为早，因此这项技术在实际经验比较丰富，该技术使用在成型制造主要是对金属基复合材料使用，还可以对颗粒复合材料零部件和制造晶须中使用。同时粉末冶金技术在后期也使用在一些尺寸较小，造型比较简单，或者是一些高精密要求的零部件生产加工中。使用粉末冶金技术加工零部件，有着很多方面的优点：（1）成型的组织细密；（2）产品加工成型以后增强相分布均衡；（3）成型以后增加相可调节；（4）界面的反应减少。随着不断对该技术的研究，现在可以把粉末冶金技术使用到更多成型加工中。比如自行车架加工，管材加工、自行车零部件加工等。使用粉末冶金技术加工的产品有着较强的耐磨性。在加工时使用该技术在汽车的产品生产，飞机零部件生产和航天器材零部件生产。
5结束语
在材料成型与控制工程中的金属材料加工分析主要包括四个方面的内容，分别是机械加工成型、挤压和锻模塑性成型、铸造成型、粉末冶金成型。使用好这些加工技术，能有效保证产品的质量。
参考文献：
[1]杨艺,闫拓,杜鹏.材料成型与控制工程中的金属材料加工分析[J].南方农机,2018,49(17):32.
[2]胡志军,傅煜平.材料成型与控制工程中的金属材料加工[J].现代制造技术与装备,2017(12):160+162.
