粉末冶金零件压制成形中裂纹的成因与对策

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1、粉末冶金零件压制成形中裂纹的成因与对策韩凤麟韩凤麟，中国机械通用零部件工业协会粉末冶金分会顾问收稿日期"999-06-15（《粉末冶金技术》编辑部，北京100078）摘要：分析了粉末冶金零件压制成形过程中裂纹产生的原因，提出了防止裂纹产生的对策。关键词：粉末冶金零件;压制成形;裂纹1前言对于粉末冶金机械零件行业未说，压制成形过程中零件蛊坯甲产生裂纨是一个长期没有解决的重大课题「迄今,关于这些裂纹是如何产生的以及在粉末的压制成形过程中如何避免，公开发表的资料甚少。鉴于我国越来越多的粉末冶金机械零件生产企业致力于开发和生产形

2、状复杂的、多台面结构零件,诸如汽车变速器的齿毂、发动机中的齿型带轮等，迫切需要了解粉末冶金结构零件生产中裂纹的成因与对策，现予以评述分析，供有关业者探讨。现在，粉末冶金结构零件基本上都是用单轴向刚性模具压制成形——烧结工艺生产的，只有极少量的在用粉末锻造或粉末注射成形法制造。因此，下面仅研讨利用单轴向刚性模具压制成形一结法生产结构零件时,裂纹的成因与对策。粉末冶金零件中的裂纹基本上产生于烧结之前的压制成形和压坯运送阶段。混合粉的组成与储存，压机、模架及模具结构，压制成形过程中的装粉、粉末移送、压制速率，压制终了后圧坯的脱

3、模、运送，以及烧结前的装盘（或装氏：等都可能导致压坯中产生裂纹。'粉末冶金零件压坯中的裂纹大体上可分为二类：•粉末颗粒间从未形成连接所致；•粉末颗粒间连接裂断所致。在粉末的压制成形过程中，粉末颗粒间之所以不能相互连接，主要是由于它们之间的空隙大所致，如图1所示。另外，在粉末混合料中添加的润滑剂太多、添加的粘结剂、杂质以及混合粉中夹带的空气都对颗粒间连接的形成有不良影响。因此，粉末混合料的质量与组成和这类裂纹的形成密切相关。图1粉末压坯中的裂纹示例粉末颗粒间连接的断裂，是在压制成形过程中，已形成的颗粒间连接处由于受来自外部

4、或内部的拉力或侧向剪切力或二者之合力的作用，颗粒间相互移动所致。2因粉末混合料质■与组成不当产生的裂纹2.1粉末混合料中润滑剂添加■过多［1、2】粉末混合料中润滑剂的添加量应根据零件压坯的形状与密度进行调整，对于铁基粉末冶金零件，润滑剂添加量一般为0.5%~1.0%o若润滑剂加石墨，当二者添加量之和太大时，压坯产生裂纹的趋向明显增强。这可能是混合不均匀（诸如团聚）或粉末混合料组成设计不当所致。在高浓度（润滑剂加石墨）区，由于它们阻碍颗粒间接触，可能无法形成正常的颗粒间连接。压制时，作用于润滑剂的压力可能产生一种液庄乐力，

5、使润滑剂流向压坯内它的邻接区,在一些圾合下，这会破坏颗粒间逹按，见图2。在烧结过程中，烧除润滑剂时，裂纹表面可能残留有黑色残余物。图2润滑剂的高压力破坏颗粒间连接示例2.2粉末混合料污染⑵不管是金属粉末、添加剂还是杂质，只要对粉末冶金零件成品的性能有不良影响，就可认为其是污染物质。粉末混合料污染往往是管理不善造成的。污染物质的存在会阻碍粉末颗粒间接触，影响粉末颗粒间连接的形成。粉末颗粒表面过度氧化也是一种污染。若颗粒表面的氧化物层在压制过程中不能被充分破坏,则会阻碍颗粒间正常连接。只要粉末混合料遭受污染，成形的压坯中在污

6、染存在处就有可能产生裂纹。2.3粉末混合料中夹带的空气〔I】粉末混合料实际上是一种由粉末材料与空气组成的复合材料。压制成形时，当位于模具型腔中的粉末混合料的容积被压缩时，存在于粉末颗粒孔隙间的空气的容积也相应地减小。鉴于阴模型腔与芯棒及上、下模冲间的工作间隙很小（最大值通常为5.1-7.6pm）,并且在很短时间内，压制压力就从1大气压（O.IMPa）增高到500~700MPa,因此，困陷于模具型腔中的粉末混合料内夹带的空气一时就很难逸出。因困陷空气流产生的反压可能阻碍空气从粉末体中逸出，甚至将部分戴直封闭，致使空气困陷于

7、压坯之内•见图％根据文献［1］,当压坯全部位于模具内时，困陷于压坯内的空气最终压力可高达50MPao这远远超过了一般粉末系统的生坯强度10-30MPao在压制大型零件压坯时，由于有较多空气必须通过粉末体移动较长距离，因此，在压制的最后阶段，就可能产生断裂与裂纹。图3高的空气压力可破坏颗粒间连接示例豔的在某些情况下，困陷于压坯内孔隙中的空气不会立即造成缺陷。烧结时，因温度升高，困陷空气的压力与相关应力可能会导致缺陷产生。当温度升高到润滑剂与粘结剂被排出的温度时，空气压力可由润滑剂与粘结剂的排出通道出口释放。倘若,在任何时间

8、,空气压力导致的应力超过了颗粒间连接强度，就可能产生裂纹。为在压制成形时排出困陷于模具中粉末混合料内的空气，文献［5］提出，往往在上模冲上钻一“通气孔”，以便于经上模冲与芯棒间的间隙将困陷于压坯内的空气排出，同时,用于排岀在上模冲与芯棒的间隙中聚集的粉末。这个“通气孔”一般直径约为3mm或略小些。“通气孔”的位置一般