粉末冶金成形体裂纹产生的常见的原因
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粉末冶金成形体裂纹产生的常见原因
简介
潜在出现的裂纹已经被视为具有巨大影响,并且经常成为生产复杂形状的零件时,粉末冶金技术应用方面的限制因素.在一项行业范围的调查中,消除或者是控制裂纹被认为是第二重要的优先研究课题.首要课题即是整体提升机械性能.这一点值得注意,但是,对于行业被调查对象来说,提升材料性能所得到的益处仅比解决裂纹问题的重量性略高.
粉末冶金零件的裂纹主要发生在烧结工序之前的成形压制过程或加工.尽管裂纹可能要在烧结之后才会变得明显,但是裂纹产生的根本原因极可能是烧结之前颗粒间粘结比较差.烧结时引起的应力可能会“打开”裂纹,但是这极有可能已经产生烧结之前的加工步聚.极少有例子表明不正确的产品设计可能导致烧结时较高的应力水平,为此应力水平可能会超过零件的强度从而导致机械失效.这种情况发生相对较少,并且并非认为是本项目中研究的任何裂纹产生的条件.因此,本文将讨论的裂纹是产生于烧结之前.烧结缺陷例如起泡或开裂并不认为是与裂纹这种缺陷同一等级的,所以本文并不涉及.
如果粉末冶金零件在理想条件下成型,那么致密化过程将会是双向的.对称的和同步的.但实际上,使用常规模具系统要达到这种效果是几乎不可能的.举例来说,在脱模阶段,上冲退出的同时,施加在成形体上的轴向压力减少.所有的模具受到的是零件相对应段相同的载荷,并且在卸压时承受回弹,成形体受到的也是相同的载荷.回弹很小,但是不能忽略不计,并且由于模具和成形体都尝试达到平衡状态,从而产生的是非均一性的应力条件.中模避免达到其非变形构型,因为成形体这个时候还在并且正在抵抗径向上的弹性应力.当产品从中模模腔脱出时,有必要或者由下冲施加一个向上的轴向力,或者中模向下运动,这种运动可以由一个存在于脱模开始时的径向压力的线性函数表示,当成形体退出中模模腔 ,条件也是差异很大,因为仅仅存在于模腔内的产品的一部分承受着径向的压力.最初的模具构造和磨损也会影响压力和应力条件,因为双向的,对称的和同步的致密化过程是不可能的,所以需要注意机械失效的条件.
成形体生胚强度
成形的一个主要目标是要获得成形体设计形状和尺寸的同时,
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达到合适的生胚强度,生胚强度是成形体的机械强度,主要生成于粉末的互锁,冷焊和粘结.这点非常重要,因为成形体在烧结工序之前获得尺寸和形状的能力就取决于此.成形体生胚强度主要形成于颗粒表面不规则机械互锁,并由成形过程中的塑性变形提升.成形体生胚强度必须在从成形压机转移到烧结炉的过程中具有足够的强度以抵抗磨损和防止断裂.这对于薄的产品,有薄的段的产品,低密度产品和有细边的产品特别重要.对于大多数应用来说,生胚强度值范围在10MPA和30MPA之间才允许脱模和安全地搬运.
粉末冶金零件成形过程中,由压制力作用形成的颗粒间粘结提供生胚强度.在颗粒与颗粒之间的接触区域发生的变形创造了固体结界.最初的高松装密度和干净的颗粒表面能够扩大颗粒间粘结形成.当压制力达到一定值,剪切力会起到破坏表面层的作用.颗粒与颗粒之间的引力相对较小,颗粒间互锁是控制生胚强度的主要因素.通常,颗粒粘结离不开穿过结界的原子间的力和静电力.这些力更大,无需很多粉末,表面要干净.因此,对于控制生胚强度,机械互锁起到最主要的作用.不规则的颗粒形状能够提高颗粒间的机械互锁,从而提高生胚强度,圆形但不规则颗粒形状通常可以达到最优的生胚强度.这些特性,加上低成本和高压缩性优点,使得单轴中模成形处理使用中,水雾化铁粉非常受欢迎.
裂纹的形成
通常,一个固体受到力的作用分离或分裂成2个或更多部分,这就叫做断裂.断裂的原因可以是裂纹,和载荷下裂纹增长.对于粉末冶金成形体生胚,裂纹的产生主要可以归为以下原因之一:
颗粒间互锁破裂;
没有形成颗粒间互锁.
颗粒间互锁破裂的主要原因是粉末颗粒的阻断或拉伸.互锁破裂可能是受施加的张力作用或横向的剪切力作用或者两种力的组合作用.破裂区域可能在比浅表面更深的地方,并且也可能是不规则的,不连续的.另一方面,如果由达到微观应力强度等级的外应力或内应力造成应力集中,会导致裂纹产生.因此,当横断或水平粉末颗粒裂开面的常规应力分量达到开裂应力时,会出现由外应力或内应力作用产生的裂纹.
当颗粒间粘结没有形成,究其原因在于颗粒之间的有效孔隙阻碍了粉末与粉末之间接触,图1颗粒间粘接没有形成的区域是没有生胚强度的.比起成形过程中或成形过程后材料充实的区域,这种区域更易出现断裂或裂纹,甚至,这种区域在烧结后可能会出现间隙,原因在于这种区域没有形成能够使颗粒扩散的晶界.
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图1
裂纹产生的根本原因
裂纹产生的根本原因可以分为4个基本目录:错误的材料整合性,颗粒间移位,非正常塑性应变分离和高张力\剪切力.图2所示就是这4个目录,并且列出了条件范例和对应的成因.
图2
错误的材料整合性
出于各种原因,金属粉末使用添加剂.例如,添加合适的润滑剂进行混合会提高压缩性,减少脱模力.但是,混合铁粉添加过多润滑剂会抑制颗粒间粘结形成,粘合剂,杂质甚至残留空气都会对粘结形成造成负面作用.
颗粒间移位
颗粒间粘结最初主要由塑性形变和粉末块体运动形成,在理想条件下,致密化过程是双向的,对称的和同步的,并且不会发生颗粒间边移位.致密化过程之后的移位运动会阻止颗粒间粘结形成,并且能够破坏已经在成形早期形成的粘结.
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非正常塑性应变分离
成形过程中,颗粒会发生不可恢复的塑性变形.另外可恢复的塑性变形也会发生.最终成形阶段之后,相关的压力会减少并最终在脱模过程中降到零.成形压力泄掉的瞬间,压缩应力释放,成形体生胚将会突然从塑性向弹性阶段变化.如果内应力大于成形体强度极限,裂纹就会产生.
高张力\剪切力
在粉末冶金生胚状态下,如果成形体由外因或内因作用产生的张力\剪切力高于成形体本身的生胚强度,那么就会产生裂纹.
材料整合原因造成的裂纹
空气残留在粉末物质成形过程中,粉末量大约按照2:1的比率下降.松散颗粒间的孔隙内充满的空气必须在成形过程中被挤出,并且必须在比较少的时间内完成,空气必须从粉末矩阵和设计配合间隙公差很小的模具组件中被挤出.限制气流产生的背压会在产品各段成形前阻止空气从粉末拒阵中被挤出,并把空气圈闭在成形体内部(图3).有报告显示当模具完成成形过程,残留在成形体中的最终空气压力可以达到50MPA,远大于常规粉末系统的生胚强度.对于大零件来说,这个问题更糟,原因在于成形过程中更多的空气在末矩阵中移动更多的距离.
图3
某些例子中,残留空气压力可能不会立即导致缺陷.就像烧结过程中温度升高,压力也是一样,残留空气相关应力也是一样,当温度达到可以去除粘合剂和润滑剂的时候,空气压力可以从打开的新的通道中释放,如果任何时候压力应力大于颗粒粘结强度,就会产生裂纹.裂纹可以有大有小,延伸到表面的可能性或有或无.尽管这可能会被当作一个烧结问题,但根源在于成形过程中的空气残留.
过多润滑剂
通常,润滑剂是在成形之前的混粉处理中统一添加分布到金属粉末中,运输条件.充填条件都可能影响这种分布.典型的润滑剂组成是介于粉末量0.5到1.5W\O之间.如果添加过多润滑剂量,裂纹会很明显出现.造成润滑剂过多的原因可能在于初始混合比率过高或者差的或不均匀的混粉,像结块,团聚.在润滑剂高度集中的区域可能不会形成正确的颗粒间粘结,因为颗粒之间的接触会受到阻碍,成形过程中,润滑剂受到的压力导致的压力条件类似于残留空气的作用.这种情况下,导致产生的是一股液压力,润滑剂会流向成形体内邻近区域,并且有些情况不会破坏颗粒间粘结(图4).在烧
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结燃烧掉润滑剂过程中,黑色残留物可能会残留在裂纹表面.
污染
任何材料,不管是金属粉末,添加剂,或者杂质,只要对最终产品有负面作用,都被视作为污染.污染原因通常是较差的仓储作业.污染的存在阻碍成形过程中颗粒间接触,也阻碍必要的颗粒间粘结形成.粉末杂质对成形的影响已经有过描述.另一种污染是成形过程中不能被充分破坏的颗粒表面过多氧形成的问题.氧化层会阻碍正确的颗粒间粘结.这种缺陷不是一致的.从这种意义上说,裂纹会出现在不管污染出现的哪个位置,并且很少会在一个位置重复出现,或重复同样的几何大小或形状.
图4
颗粒间移位造成的裂纹
不充分的粉末传播
对于顶面有几何突出部分的复杂粉末冶金零件,有必要在成形之前将粉末传输到这些区域.粉末必须通过上下冲的协调动作在中模模腔内完成重新分布,同时相对其邻近特性完成正确定位.想象一下,就像粉末定位在独立的垂直圆筒内,成形过程中必须避免任何会导致邻近圆筒与相对其他圆筒移动.即使是稍微成形的粉末这程相对运动都会在运动区域创造出一个剪切力区,并且损坏颗粒间互锁,造成粘结破裂.成形过程越接近完成,这种情况越严重,通常这种类型的裂纹会出现在压制方向.如果零件是双毂设计,如图5.如果粉末没有有效传输到毂段,毂内的粉末相对于法兰的垂直运动,会如图所示导致裂纹出现.严重一点的情况,毂和法兰会在脱模的是时候分裂成不同的部分.
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图5
非同步成形
整个成形体的致密化过程应该是同步的,且在一致的比率下完成.对于多模具系统,非同步成形动作会导致已经部分成形的粉末向其他已经部分成形的粉末区域移动.图6中,相对连接法兰的毂和外法兰的预成形会阻碍颗粒间形成良好互锁,并且会在后成形阶段导致形成剪切力区.典型的,这种裂纹一开始会出现在相邻模冲相遇的倒角处,继而沿着压制方向形成裂纹.这与粉末传输的区别在于粉末先在中模模腔内进行定位和正确分布.相对运动是由成形过程中相对于一开始的粉末传输和定位,缺乏移动协调.
模冲背压过高\不足
在垂直于压制方向上粉末没有良好的流动性,但是受压时会橫向移动一定角度.对于多模冲零件来说,模冲背压过高\不足会导致粉末从一个圆筒区域向另一个圆筒区域移动.如图7所示.在较早的成形阶段,颗粒间粘结较少时,粉末从高背压区流向低背压区.正因为致密化过程,低背压区没有过多的粉末,并且由于成形体密度不平衡,粉末有”被挤压”回原来的圆筒区域的趋势.裂纹会有自然弯曲的趋势,并顺着始于成形体内角的”流动线”向高背压区发展.由于流动的作用,裂纹通常是平滑的且有光洁的表面,或者由于颗粒会滑向其他颗粒,颗粒会有磨损.
图7
大密度差
一个理想的成形体整体的密度分布应该是一致的,但是实际中很难实现,通过颗粒的松散运动和塑性变形实现致密化过程.粉末开始时有相对一致的粉末充填密度.因此,最终成品的密度差某种意义上就是显示了致密化过程中相应粉末的移动.事实是零件本身密度不一致并不意味着产品就有裂纹缺陷,因为实际生产中这种产品每天都在生产.大密度差造成的裂纹极有可能是由类似于描述的非同步成形的颗粒移位造成的.密度差也能够在压力卸除时影响”回弹”或粉末的弹性回复,这种现象将在后面的章节进行讨论.
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弹性应变分离造成的裂纹
模具面不正确的锥度
成形过程中,颗粒经历塑性变形和弹性变形,在脱模之前,零件受到中模模腔或模冲在径向上的限制,零件脱模过程中,它受到模具的作用越来越少,径向上的限制也被部分去除.成形体此时会”回弹”或者扩展以缓解成形过程中形成的弹性变形,当零件一开始脱出中模模腔时,生胚强度足以抑制径向扩展,当零件继续脱出的时候,应力增加到如果超过生胚强度的时候,会发生滑裂或剪切裂纹,这个过程会在开始,重复发生,直到零件完全脱出中模.裂纹是浅表面缺陷并且是垂直于压制方向,图8.当模具边缘锥度比较小而应力集中的时候,这种情况就比校普遍了,倒角和推拔帮助分散应力,将发生这种裂纹的可能性降到最小.
图8
径向扩张
这种裂纹在形状比较复杂且不同水平上橫向的断面区域有巨大的差异的产品比较常见;图9显示的是一个典型案例,由于成形体从中模脱出,在内弹性应变释放作用下,它会在橫向方向上扩张.当主体超出中模面,主体的释放力会打破下外边的颗粒内粘结,受到模具和主体的阻力.密度越高,这个问题越普遍.这种裂纹会橫向发展,有些情况可能会把零件一部分从主体上切开来.
图9
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不平衡的弹性应力导致的模具变形
不同的径向位置上带孔或槽的设计的产品零件,在模具最终脱模的位置,会比较容易受影响,导至碎裂.这种状态产生是受不平衡的应力作用,通常与不均衡的密度分布或者如图10所示的弹性应变释放有关.当芯棒脱出时,不均衡的应力会导致其从高密度区域偏斜或从弹性应变释放的区域偏斜.当芯棒基本已经脱出时,使其偏斜的力已经差不多降为零.在偏斜的芯棒上残留的能量超过了成形体的生胚强度.当芯棒变直的时候,它会把孔或槽的高密度一侧打碎.
非对称几何形状
对于成功生产无裂纹产品,非对称的产品几何形状会使模具设计更复杂.如图20a所示的成形体,脱模过程中成形体会受到中模推拔施加的升力.模冲1和模冲2交叉的时候会产生一股张力.裂纹大多数会以一定的向上角度朝成形体的未受限部分发展,通过使用上冲保压可以将这种情况发生的比率降到最低.非对称孔分布会导致成形体内部应力不平衡,并可能使长薄芯棒弯曲,如图20b所示,芯棒需要回复到无变形状态,这会导致孔的外边处出现碎裂纹(通常在压力高的一侧)
推拔(斜度)或球面形状
要想生产的成形体有推拔(斜度)或球面形状,模具面表面需要易于压制方向,这些形状会导致粉末颗粒在成形过程中沿着模具面侧滑.继而产生的剪切应力和颗粒间侧滑可能会在产品表面产生层压效果,随着推拔角度增大,“层”的数量也随之增多或者层状裂纹的数量也会随之增多.如图21
产品尺寸差异
成形体大的尺寸差异(例如长而薄的形状或是一个大的面上有一个小的形状)会在成形过程中导致产品或低密度或应力集中的问题.这会使成形体生胚强度过低,从
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而增加了这些区域裂纹出现的可能性.图22所示的就是这种尺寸差异可能会造成的裂纹的例证.
产品自动化投放
自动化产品投放装置常用于提高产量,保证工人的安全.这种装置的夹抓力必须足以夹起产品的同时不能有产品掉落的风险,但是,力过大就会损坏产品,过大的夹抓力会对成形体加压,有可能导致裂纹产生.如图23所示,这种类型的操作裂纹在成形体内径向发展,与夹抓方向90度,薄壁的产品对于夹抓力特别敏感.
压机移出产品
从压机移出成形体最普遍的方法是使用中模送粉靴把成形体从中模往外推,然后利用一个倾斜的表面将成形体传运到一个支撑区域,然后在允许的时间内由操作工操作,送粉靴必须轻触成形体,如果送粉靴提前太快,碰撞力就会导致外表面产生裂纹,如果出口斜坡角度过大并且成形体夹取速度超过它们滑向支撑区域的速度时,另一个相似的问题就会发生.当产品成形完,新的成形体会撞上那些已经在支撑区域的产品,从而导致成形体外表面产生径向裂纹,如图24,如果产品还没有完全脱出中模或者里面的模冲正在脱出到中模模板的水平,当送粉靴发生接触的时候,成形体的下边会碎裂,与中模台或传输滑片接触的易碎的形状或薄壁也会受到影响,在传输的时候碎裂.
操作工的操作
粉末冶金成形生胚具有脆性,必须小心处置.任何上料时候产生振动的动作都可能产生张力或剪切力继而产生裂纹,对于大\重且有无支撑段的成形体和有薄段的成
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形体,这个问题需要特别注意,在产品进到烧结炉或烧结托盘的时候会产生问题,如果产品掉落或者没有放置到位,就有可能产生裂纹,如图25,如果一盘产品取放不正确,那么整盘产品都有可能有缺陷,这种缺陷偶尔发生因为这是人为错误导致的,这种缺陷很难被筛选出来.因为必须对成品采用100%的检查.大多数粉末冶金公司依靠操作工培训和操作工的表现来避免出现这种缺陷.
结论
避免粉末冶金零件出现裂纹就是要理解他们形成的根本原因,具备裂纹如何产生为何产生的知识.才能想出办法来确保无缺陷产生.这篇文章已经举出了粉末冶金零件出现裂纹的大部分常见原因.如果成形过程中生产操作过程中列出的4种不同状态出现,就有可能导致裂纹产生,每一种状态下可能出现的裂纹类型已经有例证展示,错误的材料整合性,成形过程中颗粒间移动,脱模过程中弹性应变释放控制不良,或是存在高张力或剪切力,所举出的例证并不能涵盖所有实际中发生的状况,但是对这些裂纹的一个整体的理解有助于正确地诊断其他一些裂纹案例产生的根本原因,粉末冶金加工是复杂的,过程也取决于产品设计者,模具设计者,过程设计者,冶金学家,调试人员和生产线工人.所有这些影响最终产品产出的人,要成功地消除裂纹,每个人包括粉末冶金零件开发和生产人员都必须了解关于裂纹形成的知识.
热加工裂纹产生原因分析
热加工裂纹产生原因分析 裂纹的种类纷繁多样：原材料裂纹、热处理裂纹、锻造裂纹等，让人头晕眼花。如何识别它们便是一门很重要的课程，这样便于准确查找裂纹发生在哪一工序，有利于分析裂纹产生的原因。 首先,需对〃原材料裂纹"和〃锻造裂纹"先确定概念,对锻造后出现的裂纹，都应理解为"锻造裂纹〃，只不过，导致锻造裂纹产生的主要因素可以再分成： 1、原材料缺陷所致的锻造裂纹； 2、锻造工艺不当所致的锻造裂纹。 从裂纹宏观形态先进行大致区分，横向一般与母材无关，纵向裂纹需要结合裂纹形态与锻打工艺等结合分析。 裂纹两侧有脱碳，肯定是锻造过程中产生的，至于是原材料还是锻造工艺造成的，这就需要根据金相和工艺过程去分析。
对同一批次同种型号的工件，锻造裂纹基本都在一个位置，在显微镜下延伸比较浅，两边有脱碳。而材料裂纹不一定在同一位置重复出现，显微镜下深浅不一。多看多分析，还是有一定规律的。 材料裂纹多半是与材料纵向一致的。而锻打裂纹有两种，一种是过热过烧造成的，裂纹附近有氧化脱碳现象。还有一种是打冷铁也会造成发裂，这一种有晶格破坏撕裂的现象。从金相上可以区别开来。 锻造的目的： 1、成形要求； 2、改善材料内部组织，细化晶粒，均匀元素成分与组织； 3、使材料更致密（锻合材料内部原有未暴露空气的缩孔或疏松等等），流线分布更合理； 4、通过合理的锻后热处理方式，为下道工序服务。 因此，锻造锻合原材料内部一定的缺陷是职责所在。大型铸锻件往往是直接由钢锭锻压开始的，钢锭内部必然存在大量的冶铸缺陷，显然，合理的锻造，都可以将其中的所谓〃缺陷〃锻合。所以，锻造工艺的合理性是决定锻件是否会开裂的主要原因。 当然，相对某一稳定的锻造工艺，如果事前对锻造前原材料提出明确的原材料缺陷等级控制要求的，当因原材料缺陷等级超出要求并在原锻造工艺下锻造出现的开裂现象，我们可以认作"原材料缺陷所致的锻造裂纹〃
粉末冶金成形体裂纹产生的常见的原因
粉末冶金成形体裂纹产生的常见原因 简介 潜在出现的裂纹已经被视为具有巨大影响,并且经常成为生产复杂形状的零件时,粉末冶金技术应用方面的限制因素.在一项行业范围的调查中,消除或者是控制裂纹被认为是第二重要的优先研究课题.首要课题即是整体提升机械性能.这一点值得注意,但是,对于行业被调查对象来说,提升材料性能所得到的益处仅比解决裂纹问题的重量性略高. 粉末冶金零件的裂纹主要发生在烧结工序之前的成形压制过程或加工.尽管裂纹可能要在烧结之后才会变得明显,但是裂纹产生的根本原因极可能是烧结之前颗粒间粘结比较差.烧结时引起的应力可能会“打开”裂纹,但是这极有可能已经产生烧结之前的加工步聚.极少有例子表明不正确的产品设计可能导致烧结时较高的应力水平,为此应力水平可能会超过零件的强度从而导致机械失效.这种情况发生相对较少,并且并非认为是本项目中研究的任何裂纹产生的条件.因此,本文将讨论的裂纹是产生于烧结之前.烧结缺陷例如起泡或开裂并不认为是与裂纹这种缺陷同一等级的,所以本文并不涉及. 如果粉末冶金零件在理想条件下成型,那么致密化过程将会是双向的.对称的和同步的.但实际上,使用常规模具系统要达到这种效果是几乎不可能的.举例来说,在脱模阶段,上冲退出的同时,施加在成形体上的轴向压力减少.所有的模具受到的是零件相对应段相同的载荷,并且在卸压时承受回弹,成形体受到的也是相同的载荷.回弹很小,但是不能忽略不计,并且由于模具和成形体都尝试达到平衡状态,从而产生的是非均一性的应力条件.中模避免达到其非变形构型,因为成形体这个时候还在并且正在抵抗径向上的弹性应力.当产品从中模模腔脱出时,有必要或者由下冲施加一个向上的轴向力,或者中模向下运动,这种运动可以由一个存在于脱模开始时的径向压力的线性函数表示,当成形体退出中模模腔 ,条件也是差异很大,因为仅仅存在于模腔内的产品的一部分承受着径向的压力.最初的模具构造和磨损也会影响压力和应力条件,因为双向的,对称的和同步的致密化过程是不可能的,所以需要注意机械失效的条件. 成形体生胚强度 成形的一个主要目标是要获得成形体设计形状和尺寸的同时,达到合适的生胚强度,生胚强度是成形体的机械强度,主要生成于粉末的互锁,冷焊和粘结.这点非常重要,因为成形体在烧结工序之前获得尺寸和形状的能力就取决于此.成形体生胚强度主要形成于颗粒表面不规则机械互锁,并由成形过程中的塑性变形提升.成形体生胚强度必须在从成形压机转移到烧结炉的过程中具有足够的强度以抵抗磨损和防止断裂.这对于薄的产品,有薄的段的产品,低密度产品和有细边的产品特别重要.对于大多数应用来说,生胚强度值范围在10MPA和30MPA之间才允许脱模和安全地搬运. 粉末冶金零件成形过程中,由压制力作用形成的颗粒间粘结提供生胚强度.在颗粒与颗粒之间的接触区域发生的变形创造了固体结界.最初的高松装密度和干净的颗粒表面能够扩大颗粒间粘结形成.当压制力达到一定值,剪切力会起到破坏表面层
粉末冶金成形体裂纹产生的常见的原因
__________________________________________________ 粉末冶金成形体裂纹产生的常见原因 简介 潜在出现的裂纹已经被视为具有巨大影响,并且经常成为生产复杂形状的零件时,粉末冶金技术应用方面的限制因素.在一项行业范围的调查中,消除或者是控制裂纹被认为是第二重要的优先研究课题.首要课题即是整体提升机械性能.这一点值得注意,但是,对于行业被调查对象来说,提升材料性能所得到的益处仅比解决裂纹问题的重量性略高. 粉末冶金零件的裂纹主要发生在烧结工序之前的成形压制过程或加工.尽管裂纹可能要在烧结之后才会变得明显,但是裂纹产生的根本原因极可能是烧结之前颗粒间粘结比较差.烧结时引起的应力可能会“打开”裂纹,但是这极有可能已经产生烧结之前的加工步聚.极少有例子表明不正确的产品设计可能导致烧结时较高的应力水平,为此应力水平可能会超过零件的强度从而导致机械失效.这种情况发生相对较少,并且并非认为是本项目中研究的任何裂纹产生的条件.因此,本文将讨论的裂纹是产生于烧结之前.烧结缺陷例如起泡或开裂并不认为是与裂纹这种缺陷同一等级的,所以本文并不涉及. 如果粉末冶金零件在理想条件下成型,那么致密化过程将会是双向的.对称的和同步的.但实际上,使用常规模具系统要达到这种效果是几乎不可能的.举例来说,在脱模阶段,上冲退出的同时,施加在成形体上的轴向压力减少.所有的模具受到的是零件相对应段相同的载荷,并且在卸压时承受回弹,成形体受到的也是相同的载荷.回弹很小,但是不能忽略不计,并且由于模具和成形体都尝试达到平衡状态,从而产生的是非均一性的应力条件.中模避免达到其非变形构型,因为成形体这个时候还在并且正在抵抗径向上的弹性应力.当产品从中模模腔脱出时,有必要或者由下冲施加一个向上的轴向力,或者中模向下运动,这种运动可以由一个存在于脱模开始时的径向压力的线性函数表示,当成形体退出中模模腔 ,条件也是差异很大,因为仅仅存在于模腔内的产品的一部分承受着径向的压力.最初的模具构造和磨损也会影响压力和应力条件,因为双向的,对称的和同步的致密化过程是不可能的,所以需要注意机械失效的条件. 成形体生胚强度 成形的一个主要目标是要获得成形体设计形状和尺寸的同时,
粉末冶金原理
粉末冶金原理 粉末冶金新技术 摘要 本文主要从粉末冶金的基本工艺过程阐述粉末冶金工业今年出现的新工艺，粉末冶金的制粉，成型，烧结等方面论述了粉末冶金的新工艺以及这些工艺的特点及相关应用，论述粉末冶金的新工艺的发展方向 关键字：粉末冶金、新技术、粉末冶金工艺 1.引言 粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用 粉末冶金是一门新兴的材料制备技术。近代粉末冶金兴起于19世纪末20 世纪初。至20世纪30年代, 粉末冶金整套技术逐步形成, 工业生产初具规模, 对工艺过程及其机理的研究也取得了一定成果。20世纪中期, 粉末冶金生产技术发展迅速, 产品应用领域不断扩大, 成为现代工业的重要组成部分。并在此基础上, 为适应科学技术飞速发展对材料性能和成形技术提出的更高要求, 开发了多项粉末冶金新工艺, 包括: 热等静压、燃烧合成、快速凝固、喷射成形、机械合金化、粉末注射成形、温压成形、快速全向压制、粉末锻造、热挤压、爆炸。 2.粉末冶金新技术--制粉 2.1雾化法制备金属粉末---低氧含量铁粉 生产在无氧气氛中进行, 并包含一些石蜡,这些分解为碳与氢。碳与铁反应, 形成很薄的富碳表面层。碳含量使颗粒的延性降低, 但提高了表面的烧结活性。在粉末压块中, 碳易于扩散到颗粒中心及相邻的颗粒
中, 因而可用于生产不需添加石墨的粉末冶金钢。瑞典IPS钢粉公司每年低氧含量雾化铁粉, 其氧含量低于 (0.015%)。 对于粉末冶金应用来说,这种无氧粉末允许使用便宜的合金元素(铬和锰等) 代替镍和铜。镍作为战略性资源，不但价格昂贵，并且还是一种致癌物, 应尽量避免使用。这种粉末也很适合于用温压与热等静压工艺来生产高强度部件。2.2烧结硬化粉 为提高烧结钢的力学性能,通常在烧结后还须进行热处理。为降低生产成本,开发了许多烧结后已硬化、不须再进行热处理的材料。美国Hoeganaes公司推出了一种烧结硬化铁基粉末Ancoresteel737SH,其淬透性与压缩性均比现有的烧结硬化材料高。利用烧结硬化粉可生产不需要再淬火或很少再淬火和回火的粉末冶金零件；除降低成本外,烧结硬化可提供更好的公差控制(淬火和回火常引起一定程度的变形)。这种粉末可用于汽车工业,特别适用于发动机部件,传动部件及近终形齿轮等。 2.3燃烧火焰--化学气相法生产纳米粉末 采用燃烧火焰--化学气相法生产纳米粉末。在此法中,稳定的平头火焰是由低压燃料/氧气混合气的燃烧产生的。化学母体与燃料一起导入燃烧室,在火焰的热区进行快速热分解。由于燃烧室表面温度分布良好,气相逗留时间短以及化学母体浓度均匀,并在很窄的热区进行热分解,因而能生产出粒度分布集中的高质量的纳米粉。 2.4机械化学法生产廉价的纳米粉末 澳大利亚开发出一种机械化学法,可廉价生产纳米金属粉与陶瓷粉。它采用球磨机来激活化学反应,使形成极细的纳米金属或化合物晶粒,再分离与提取微细晶粒。例如机械研磨FeCl3,由钠、钙或铝将其还原为铁与氯化物的混合物。用适当洗涤法去除氯化物后,便可得到纳米铁颗粒。 这一方法可成功生产10～20nm的粉末,化学纯度高,表面氧化物低于10%～15%。也可生产氧化物粉末,粒度小于5nm。潜在高技术应用:切削工具、先进陶瓷、高密度磁记录介质、磁流体、催化剂等。
粉末冶金
粉末冶金 绪论 1、粉末冶金的概念 制取金属（或金属粉末与无机非金属粉末的混合物）粉末和利用这些粉末通过成形——烧结——生产材料和一定形状零件的方法（工艺技术） 2、粉末冶金的基本工艺原理：制粉→成形→烧结 第一章粉末的制取 1、还原法的基本原理 氧化还原制粉方法的定义：用还原气体(固体)或活泼金属将氧化物还原制备粉末的过程。 2、碳还原法的基本原理 3、影响雾化过程及粉末质量的因素 （1）雾化介质 1）雾化介质类别的影响雾化介质分为气体和液体两类， a 水的热容比气体大得多，对金属液滴的冷却能力强。用水做 雾化介质粉末多为不规则形状，且水压越高不规则形状的颗 粒越多。相反气体雾化易得球形粉末； b 比起气雾化，水雾化所得粉末表面氧化大大减少。 2）气体或水的压力的影响气压或水压越大所得粉末越细。气雾化时，气体压力增加，粉末氧含量也增加，水雾化时，雾化压 力增加，粉末氧含量却降低； （2）金属液流 1）金属液的表面张力和粘度的影响在其他条件不变时，金属液的表面张力越大，粉末呈球形的越多，粒度也较粗；金属液表 面张力小时，粉末多呈不规则形状，粒度也减小。在液流能破 碎的范围内，表面张力越小。粘度越低，所得粉末越细。 2）金属液过热温度金属液过热温度越高（表面张力和粘度越低），细粉末产出率越高，也越容易得球形粉末； 3）金属液流股直径的影响金属液流直径越小，细粉产出率越高，但是直径过小时，金属液流过冷，细粉产出率反而降低，甚至 粉末产出率降低。 （3）其他工艺因素 1）喷射参数的影响金属液流长度短、喷射长度短、喷射顶角适当都能更充分地利用气流的动能，有利于得到细粉末颗粒； 2）聚粉装置参数的影响液滴飞行路程较长，有利于形成球形粉末，粉末也较粗。 第二章粉末性能及其测定
锻造和热处理过程中裂纹形成原因分析
锻造和热处理过程中裂纹形成原因分析 摘要：在锻造以及热处理中极易出现裂纹，为此锻造以及热处理过程中的裂 纹处理成为各个学者研究的重点，同时，构件尺寸、材质等之间的差异其所出现 的裂纹几率也各不相同，基于此，本文通过对锻造以及热处理缺陷的相关分析， 找出了锻造和热处理过程中裂纹形成的原因并提出了针对性的解决意见。 关键词：锻造热处理裂纹原因分析处理 引言 作为锻造以及热处理过程中最为常见的缺陷之一，裂纹的形成严重制约了锻 造效率，并且对于大型锻件而言，其裂纹出现的几率则更高，所以加强对裂纹形 成的原因分析对于减少裂纹产生，提升锻造效果具有重要意义。 1锻造缺陷与热处理缺陷 第一，过热或者过烧。具体表现形式为晶粒粗大并具有较为明显的魏氏组织；而造成过烧的情况则说明热处理过程中温度较高，断口晶粒凹凸不平，缺乏金属 光泽，并且晶界周围具有氧化脱碳的情况；第二，锻造裂纹。主要出现在组织粗 大且应力较为集中处，裂纹内部往往呈现氧化皮情况。在锻造过程中无论是温度 过高，还是过低均会导致裂纹的出现；第三，折叠。由于切料、冲孔、锻粗糙等 原因而致使材料表面发生了缺陷，而此时一旦经过锻造自然其会由于表面氧化皮 缺陷内卷而形成折叠。通过显微镜的观察可以明显的发现折叠周围的脱碳情况较 为严重；第四，淬裂。该缺陷的明显特征就是刚健挺直且起始点较宽，尾部则细 长曲直。由于此缺陷往往是产生在马氏体转变发生以后，所以裂纹周围与其他区 域没有明显的差别且无脱碳情况；第五，软点。造成此种缺陷的原因主要是由于 加热不足，保温时间不足而造成冷却不均匀导致的。 2实验方法 2.1试样制备和宏观观察
在开始试验之前只需要对构件毛坯裂纹进行简单的宏观观测并选择要进行实 验的区域即可。然后，在利用手边的工具来队选取的区域进行切割，需注意的是，切割方向必须要垂直镜像，切割长度要低于10mm。可以通过多种方式进行取样但 是一定要科学的选择取样的温度以及环境，如果实验温度较高，则可以通过凉水 来进行冷却，进而防止在取样过程中构件内部结构遭到损坏。 2.2试件研磨抛光 取样完成后需要将试件放置在粗砂轮上进行磨平处理，当其磨痕均匀之后方 可进行接下来的操作；然后在将试件防止在西砂轮上进行打磨，则此过程中需要 用冷却水不断的来对试件进行降温冷却，进而避免试件由于摩擦生热而导致自身 内部结构的改变。通过两次砂轮磨制之后，将试件进行冲洗以及吹干处理。再者，对试件裂纹的大小进行宏观观测并按照裂纹由粗到细的顺序进行排列，并通过砂 纸来对试件依次进行打磨，需注意的是在第二次打磨过程中其角度必须要垂直于 第一次磨砂的角度，砂纸的选择顺序也应当是由粗到细；最后，经过砂纸的两次 磨砂后进行抛光处理，在此过程中必须要保证试件的磨痕已经完全被处理干净且 进行的第二次细抛光位置显示为镜面。 2.3硝酸酒精分析 将经过打磨以及抛光的试件放置在浓度为5%的硝酸酒精溶液中进行分析。在 试件放入到该溶液之后要将试件进行轻微的移动，在此过程中要注意镜面和器皿 的底部不能相接触。试件在硝酸酒精溶液中的时间则主要是根据试件的材料性质 以及实验目的进行确定，当完成浸泡之后取出试件并通过显微镜则可以清楚的观 察到金属组织信息。需注意的是，将试件取出之后要即可的用清水进行冲洗并在 试件表面涂抹酒精，吹干。 3实验数据分析 3.1锻造裂纹形成原因分析 金属构件由于其材料种类较为多样为此其出现裂纹的原因也较为复杂，通过 上述实验可以发现，锻造裂纹的产生主要可以分为锻造材料缺陷以及锻造方法选
材料工程基础考试复习题及答案
材料的液态成形技术 1. 影响液态金属充型能力的因素有哪些？如何提高充型能力？ 答：①第一类因素，属于金属性质方面的，主要有金属的密度、比热、导热系数、结晶潜热、动力黏度、表面张力及结晶特点等。 ②第二类因素属于铸型性质方面的主要有铸型的蓄热系数、密度、比热、导热系数、 温度、涂料层和发气性、透气性等。 ③第三类因素，属于浇注条件方面的，主要有液态金属的浇注温度、静压头，浇注系 统中压头的损失及外力场拯力、真空、离心、振动勘的影响等。 ④第四类因素，属于铸件结构方面的，主要有铸件的折算厚度，及由铸件结构所规定 的型腔的复杂程度引起的压头损失。 常用提高充型能力的措施针对影响充型能力的因素提出改善充型能力的措施，仍然可以从上述四类因素入手： ①合金设计方面，在不影响铸件使用性能的情况下，可根据铸件大小、厚薄和铸型性 质等因素，将合金成分调整到共晶成分附近;采取某些工艺措施，使合金晶粒细化，也有利于提高充型能力由于夹杂物影响充型能力，故在熔炼时应使原材料清洁，并采取措施减少液态金属中的气体和非金属夹杂物 ②铸型方面，对金属铸型、熔模型壳等提高铸型温度，利用涂料增加铸型的热阻，提 高铸型的排气能力，减小铸型在金属填充期间的发气速度，均有利于提高充型能力 ③浇注条件方面，适当提高浇注温度，提高充型压头，简化浇注系统均有利于提高充型能力 ④铸件结构方面能提供的措施则有限 2. 铸件的凝固方式有哪些？其主要的影响因素？ 答：铸件的凝固方式：逐层凝固，糊状凝固，中间凝固 主要影响因素：合金的凝固温度范围和铸件凝固期间固、液相界面前沿的温度梯度。通常，合金的凝固温度范围越小，铸件凝固期间固、液相界面前沿的温度梯度越大，则铸件凝固时越趋于逐层凝固；反之，则越趋于糊状凝固。 3. 什么是缩松和缩孔？其形成的基本条件和原因是什么？ 答：金属液在铸型中冷却和凝固时，若液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些孔洞。其中，在铸件中集中分布且尺寸较大的孔洞称为缩孔；分散且尺寸较小的孔洞称为缩松。 缩孔：形成的基本条件是金属在恒温或很窄的温度范围内结晶，铸件由表及里逐层凝固。缩孔产生的基本原因是金属的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿。缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域。 缩松：形成的基本原因也是金属的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。但形成缩松的基本条件是金属的结晶温度范围较宽，呈体积凝固方式(糊状凝固)。 4. 常见的特种铸造方法有哪些？各有何特点？ 答：常见的特种铸造方法有金属型铸造、熔模铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、连续铸造和消失模铸造等。 金属型铸造： a.可以连续重复使用，生产效率高，劳动条件好，但成本高； b.铸件精度高，表面粗糙度较低； c.金属散热性能好，晶粒细化，力学性能好； d.不透气且无退让性，易造成不足或开裂； e.适于生产大批量有色金属铸件。 熔模铸造： a.铸件尺寸精度高，表面光洁；
针对生产过程中各个环节分析高锰钢铸件裂纹产生的原因
针对生产过程中各个环节分析高锰钢铸件裂纹产生的原因 高锰钢铸件是一种重要的材料，广泛应用于许多重要的行业。然而，在生产和使用过程中，高锰钢铸件经常会出现裂纹问题，这会给工业生产和使用带来很大的危害和损失。本文将分析高锰钢铸件裂纹产生的原因，并提出相应的解决方法，以期减少这一问题的出现率。 生产过程中的原因： 一、铸造过程 1.1 模具：模具的设计、制作和使用不合理，会导致铸件的局 部冷却速度不同，进而引发裂纹。同时，模具的尺寸精度和表面质量也会对铸件的质量产生影响。因此，模具设计和制作过程需要严格控制。 1.2 熔炼：熔炼过程中温度、时间、成分等因素的控制不当， 会导致铸件内部组织不均匀、气孔、夹杂物等缺陷增多，使得铸件易发生裂纹。因此，在熔炼过程中需要注意炉温、熔炼时间和金属成分的控制。 1.3 浇注：浇注时铸造温度、浇口设计和浇注时间不合理，会 导致铸件受到强烈的热应力，成功率减低，从而导致裂纹。浇注时要注意铸型尺寸、铸型材料和温度的匹配，以降低热应力。 1.4 冷却：铸件冷却时冷却速率和方法不合理，会导致铸件内 部温度梯度过大，产生拉应力和强度不均，致使裂纹。正确选
择冷却方法、冷却时间和冷却速率，控制温度梯度，能够有效减少铸件的热应力。 二、热处理过程 高锰钢铸件在使用前通常需要进行热处理，如退火、正火、淬火等，以获得更好的性能、组织和硬度。但热处理过程本身也可能成为产生裂纹的原因。 2.1 温度：热处理中温度过高或温度不均匀，会导致铸件内部 产生应力不均，易发生裂纹。 2.2 时长：热处理时间过长或过短，也可能导致铸件内部应力 过大而产生裂纹。 2.3 冷却速度和方法：热处理后的铸件需要进行冷却，若冷却 过程不恰当，也会使铸件产生裂纹。 三、机械加工过程 机械加工过程中裂纹通常是由过大的切削力引起的。多余的应力作用于铸件的表面，产生一些小裂纹，其在后续加工过程中会扩大。这是一种慢性损伤，会减少高锰钢铸件的使用寿命。 解决方法 1. 完善的工艺控制：通过合理的模具、熔炼和浇注工艺及合适的冷却方式，可以减少高锰钢铸件的热应力和应力过大的问题，
烧成裂纹产生的原因
烧成裂纹产生的原因 烧成裂纹是指在高温下，材料表面出现裂纹现象。这种现象在许多行业中都会出现，如冶金、航空航天、能源等领域。烧成裂纹的产生原因主要有以下几点： 1. 温度梯度：温度梯度是指材料在烧结过程中温度分布的不均匀性。材料表面与内部的温度差异会导致热应力的产生，从而引起裂纹的形成。温度梯度的大小与烧结工艺参数、材料的热导率等因素有关。 2. 热应力：热应力是指材料在烧结过程中由于温度变化而引起的内部应力。在高温下，材料的热膨胀系数会发生变化，导致材料的尺寸发生变化。当材料的尺寸变化受到限制时，就会产生热应力，从而引发裂纹的产生。 3. 冷却速率：冷却速率是指材料在烧结过程结束后，从高温到室温的冷却速度。如果材料的冷却速率过快，就会导致材料内部的应力无法完全释放，从而产生裂纹。冷却速率的大小与烧结工艺参数、材料的热导率等因素有关。 4. 微观结构：材料的微观结构也会影响烧成裂纹的产生。例如，如果材料中存在着大量的缺陷、夹杂物或晶界等不均匀性，就会使材料在烧结过程中容易发生裂纹。此外，材料的晶粒尺寸、晶界的稳定性等也会对烧成裂纹的产生起到一定的影响。
5. 材料性能：材料的性能也是影响烧成裂纹的重要因素。例如，材料的抗拉强度、韧性、热膨胀系数等性能参数会直接影响材料在高温下的应力分布和承受能力，从而影响烧成裂纹的产生。 为了避免烧成裂纹的产生，可以采取以下措施： 1. 优化烧结工艺：合理设置烧结工艺参数，如温度、时间、压力等，以减小温度梯度和热应力，降低裂纹的产生风险。 2. 控制冷却速率：合理控制材料的冷却速率，尽量避免过快的冷却，以允许材料内部的应力得到释放，减少裂纹的形成。 3. 提高材料质量：加强材料的制备过程控制，减少缺陷和夹杂物的存在，提高材料的均匀性和稳定性，从而减少烧成裂纹的风险。 4. 优化材料配方：通过调整材料配方，改变材料的微观结构，提高材料的抗热应力能力和韧性，从而减少烧成裂纹的产生。 烧成裂纹的产生是由于温度梯度、热应力、冷却速率、微观结构和材料性能等多种因素的综合作用所致。通过优化烧结工艺、控制冷却速率、提高材料质量和优化材料配方等措施，可以有效降低烧成裂纹的风险，提高材料的质量和性能。这对于保证产品的可靠性和安全性具有重要意义。
中心裂纹、中间裂纹、缩孔、非金属夹杂形貌特征及产生原因
中心裂纹、中间裂纹、缩孔、非金属夹杂形貌特征及产 生原因 中心裂纹、中间裂纹、缩孔和非金属夹杂是金属材料中常见的缺陷现象，它们对材料的性能和安全性都可能造成重大影响。本文将深入探 讨这些缺陷的形貌特征、产生原因，以及对金属材料的影响，帮助读 者更全面地了解这一主题，从而在实际工程中更好地预防和控制这些 缺陷的产生。 1. 中心裂纹 中心裂纹是指在金属材料的中心部位产生的细小裂纹，通常呈放射状 分布，其形貌特征为细小、密集，沿着晶粒的界面或晶界分布。中心 裂纹的产生原因主要包括金属流动性差、应力集中、晶界脆化等因素。在金属材料的热加工过程中，由于温度和应力的作用，金属内部会出 现不均匀的变形，导致中心部分产生应力集中，从而引起中心裂纹的 产生。金属材料在高温条件下会发生晶界脆化现象，也是中心裂纹产 生的重要原因之一。 2. 中间裂纹 中间裂纹是指在金属材料的中间部位产生的裂纹，其形貌特征为沿着
晶粒的界面或晶界分布，呈现出一定的长度和宽度。中间裂纹的产生原因主要与金属内部的应力和变形有关。在金属材料的加工过程中，由于外部力的作用，金属内部会发生应变和位移，从而导致中间部位出现应力集中，最终引起中间裂纹的产生。金属材料的成分和晶粒结构不均匀也是中间裂纹产生的重要原因之一。 3. 缩孔 缩孔是指在金属材料中产生的孔洞状缺陷，其形貌特征为孔洞大小不一、分布不均匀。缩孔的产生原因主要包括气体夹杂、夹杂气泡、热裂纹等因素。在金属材料的熔化和凝固过程中，由于气体的存在或加入，会引起气泡在金属内部的聚集，最终形成缩孔。在金属材料的冷却过程中，温度梯度和应力都会导致金属内部产生热裂纹，也是缩孔产生的重要原因之一。 4. 非金属夹杂形貌特征及产生原因 非金属夹杂是指在金属材料中存在的非金属固体颗粒或气体夹杂物，其形貌特征为颗粒状或气泡状分布，大小不一、形状不规则。非金属夹杂的产生原因主要与原材料和生产工艺有关。在金属材料的生产过程中，原材料中的氧化皮、炉渣、残余金属等夹杂物，会进入金属内部形成非金属夹杂。生产过程中的不完全融化、不完全凝固等缺陷也会导致非金属夹杂的形成。
锻件常见缺陷裂纹的原因
锻件常见缺陷裂纹的原因 锻件常见缺陷裂纹的原因有很多，主要包括以下几个方面： 1. 锻造前材料的缺陷：锻造前原材料中可能存在着各种缺陷，如夹杂物、气孔、夹渣等。这些缺陷会在锻造过程中被拉长、扭曲或剪切，最终导致锻件出现裂纹。 2. 异常冷却方式：锻件在冷却过程中，如果冷却速度过快或不均匀，会导致锻件内部产生应力集中，从而引发裂纹。尤其是在大尺寸、复杂形状的锻件中，由于其冷却速度不均匀，容易出现内部裂纹。 3. 冷、热变形不均匀：锻造过程中，如果材料的冷、热变形不均匀，会导致锻件内部应力分布不均匀，从而引发裂纹的产生。尤其是在复杂形状、壁厚不一的锻件中，易出现材料贫化、过冷区和高应力区，容易引发裂纹。 4. 锻造温度过低或过高：锻造温度是影响锻件质量的关键因素之一。如果温度过低，会导致材料的硬化能力不足，易发生塑性变形困难，从而引发裂纹；而温度过高，则会导致材料的焊接性能下降，也容易引发裂纹。 5. 压力不均匀：锻造过程中，如果锻压力不均匀，会使锻件中的应力分布不均匀，从而容易产生应力集中和裂纹。尤其是在薄壁锻件中，容易出现锻压力不均匀的问题，导致裂纹的发生。
6. 锻件设计不合理：锻件的设计是影响锻件质量的重要因素之一。如果锻件的形状、结构设计不合理，容易导致应力集中，从而引发裂纹的产生。尤其是在复杂形状、尺寸大的锻件中，设计不合理会增加裂纹发生的概率。 7. 热处理不当：热处理是锻件制造过程中的关键环节，如果热处理不当，会导致锻件中的应力不释放或释放不充分，从而引发裂纹。此外，热处理时的温度、时间等参数也需要合适，否则也可能导致裂纹的产生。 这些都是导致锻件常见缺陷裂纹的主要原因。为了降低或避免裂纹的产生，需要从原材料选用、工艺控制、设备维护等方面做好控制和管理。同时，制定合理的锻造工艺和热处理工艺，合理设计锻件形状和结构，对裂纹的产生起到有力的控制和避免作用。还需要加强工作人员的培训和技能提升，提高他们的专业水平和质量意识，从而减少裂纹缺陷的发生，提高锻件的质量。
粉末冶金裂纹形态
粉末冶金裂纹形态 一、裂纹形成的原因 在粉末冶金过程中，裂纹的形成主要与以下因素相关： 1.1 原料粉末的质量：原料粉末的粒度分布、形状以及杂质含量等会直接影响到制品的致密性和力学性能。如果原料粉末存在较大的颗粒、不良形状或者高含量的杂质，会导致制品内部存在缺陷，从而易于形成裂纹。 1.2 压制工艺参数：压制是粉末冶金的第一道工序，其中的压力、温度和保压时间等参数的选择会直接影响到制品的致密性和内部应力。如果压力不均匀、温度过高或保压时间不足，都会导致制品内部应力集中，从而引发裂纹的产生。 1.3 烧结工艺参数：烧结是粉末冶金的关键工艺，其中的烧结温度、保温时间和气氛控制等参数的选择会直接影响到制品的致密性和晶粒生长。如果烧结温度过高、保温时间不足或气氛含有氧气等杂质，都会导致制品表面或内部的氧化和脱硬化现象，进而促使裂纹的形成。 1.4 后续热处理工艺：粉末冶金制品通常需要进行热处理来改善其性能，而热处理的温度、时间和冷却速率等参数的选择会直接影响到制品的组织和性能。如果热处理温度过高、时间过长或冷却速率不合适，都会导致制品内部的应力重新分布，从而引发新的裂纹或加剧原有裂纹的扩展。
二、裂纹的类型 根据裂纹的形态和分布特点，粉末冶金制品中的裂纹可以分为以下几种类型： 2.1 表面裂纹：表面裂纹是最常见的一种裂纹形态，通常由于烧结过程中的氧化或脱硬化现象引起。这种裂纹一般呈现出线状或弧形，严重时会导致制品的开裂和断裂。 2.2 内部裂纹：内部裂纹是指位于制品内部的裂纹，通常由于原料粉末的质量问题或者压制、烧结过程中的应力集中引起。这种裂纹一般呈现出分叉状或网状，对制品的力学性能和耐久性有较大影响。 2.3 焊缝裂纹：焊缝裂纹是指粉末冶金制品中焊接部位出现的裂纹，通常由于焊接工艺参数的选择不当或焊接接头处的应力集中引起。这种裂纹一般呈现出呈弧形或直线状，会导致焊接部位的强度降低和裂纹的扩展。 2.4 疲劳裂纹：疲劳裂纹是指粉末冶金制品在长期使用过程中由于循环载荷作用而形成的裂纹。这种裂纹一般呈现出线状或弧形，会导致制品的疲劳寿命降低和断裂事故的发生。 三、预防措施 为了减少粉末冶金制品中裂纹的产生和发展，可以采取以下预防措施： 3.1 优化原料粉末的质量：选择合适的原料粉末，确保其粒度分布均匀、形状良好且杂质含量较低，避免引入制品内部的缺陷。 3.2 控制压制工艺参数：合理选择压力、温度和保压时间等参数，
金属增材制造液化裂纹的原因
金属增材制造液化裂纹的原因 一、引言 金属增材制造是一种快速、灵活、高效的制造技术，已广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。然而，液态金属在快速冷却过程中很容易产生裂纹，这是金属增材制造中一个普遍存在的问题。本文将探讨金属增材制造液化裂纹的原因。 二、金属增材制造的基本原理 金属增材制造是一种通过逐层加工，将粉末或线材熔化成固体零件的制造技术。该技术主要包括以下步骤：数据建模、切片、预处理、加工和后处理。其中，加工过程是最关键的环节，它决定了零件质量和性能。 三、液态金属的固化过程 当液态金属被熔化后，在快速冷却过程中会形成固体结构。在这个过程中，由于温度梯度和应力分布不均匀，容易产生裂纹。 四、液化裂纹形成的原因 1. 热应力引起的裂纹 由于温度梯度和热应力不均匀，液态金属在快速冷却过程中会产生内部应力，这些应力会导致裂纹的产生。此外，由于金属的热膨胀系数
与其它材料的不同，在加工过程中可能会发生材料之间的失配，也会 引起热应力。 2. 冷却速率引起的裂纹 当液态金属快速冷却时，由于温度降低速度过快，会导致固化过程中 出现结晶缺陷和组织不均匀现象。这些缺陷和不均匀性会导致裂纹的 产生。 3. 金属氧化引起的裂纹 在加工过程中，如果液态金属与空气接触时间过长，就容易发生氧化 反应。这些氧化物在固化过程中可能会形成夹杂物或其他缺陷，并导 致裂纹的产生。 4. 机械应力引起的裂纹 在加工过程中，如果机械振动或其他机械因素对零件施加了大量应力，则容易引起裂纹。 五、液化裂纹防治措施 1. 优化加工参数 通过优化加工参数，如控制冷却速率、减小温度梯度等，可以减少液 化裂纹的产生。 2. 选择合适的材料
裂纹原因分析
裂纹 裂纹是锻压生产中常见的主要缺陷之一，通常是先形成微观裂纹，再扩展成宏观裂纹。锻造工艺过程〔包括加热和冷却〕中裂纹的产生与受力情况、变形金属的组织构造、变形温度和变形速度等有关。锻造工艺过程中除了工具给予工件的作用力之外，还有由于变形不均匀和变形速度不同引起的附加应力、由温度不均匀引起的热应力和由组织转变不同时进展而产生的组织应力。应力状态、变形温度和变形速度是裂纹产生和扩展的外部条件；金属的组织构造是裂纹产生和扩展的内部依据。前者是通过对金属组织及对微观机制的影响而对裂纹的发生和扩展发生作用的。全面分析裂纹的成因应当综合地进展力学和组织的分析。〔一〕形成裂纹的力学分析在外力作用下物体内各点处于一定应力状态，在不同的方位将作用不同的正应力及切应力。裂纹的形式一般有两种：一是切断，断裂面是平行于最大切应力或最大切应变；另一种是正断，断裂面垂直于最大正应力或正应变方向。至于材料产生何种破坏形式，主要取决于应力状态，即正应力σ 与剪应力τ之比值。也与材料所能承受的极限变形程度εma*及γma*有关。例如，①对于塑性材料的扭转，由于最大正应力与切应力之比σ/τ=1是剪断破坏；②对于低塑性材料，由于不能承受大的拉应变，扭转时产生45°方向开裂。由于断面形状突然变化或试件上有锋利缺口，将引起应力集中，应力的比值σ/τ有很大变化，例如带缺口试件拉伸σ/τ=4，这时多发生正断。下面分析不同外力引起开裂的情况。 1.由外力直接引起的裂纹压力加工生产中，在以下一些情况，由外力作用可能引起裂纹：弯曲和校直、脆性材料镦粗、冲头扩孔、扭转、拉拔、拉伸、胀形和内翻边等，现结合几个工序说明如下。弯曲件在校正工序中〔见图3-34〕由于一侧受拉应力常易引起开裂。例如*厂锻高速钢拉刀时，工具的断面是边长相差较大的矩形，沿窄边压缩时易产生弯曲，当弯曲比拟严重，随后校正时常常开裂。镦粗时轴向虽受压应力，但与轴线成45°方向有最大剪应力。低塑性材料镦粗时常易产生近45°方向的斜裂〔见图片8-355〕。塑性好的材料镦粗时则产生纵裂，这主要是附加应力引起的。工件的几何形状对应力分布有明显影响。例如，拉伸试棒在缩颈形成前各处可以视为受均匀的单向拉应力，一旦形成缩颈后，缩颈外表就受三向拉应力；镦粗时也有类似的情况，只是应力的符号相反。 图3-34 拔长时外表纵向裂纹形成过程示意图 图片8-355 MB2镁合金锻件外表裂纹 我们曾经对图3-35所示的凹凸两种试样进展镦粗。镦粗后在凸形的试样上出现45°剪裂〔见图3-35b〕。其主要原因是由于沿表层分布的力除沿轴向对两者都有压应力外，对于凹形试件还有径向应力分量〔压应力〕产生，而对于凸试件则由于存在径向压应力而产生切向拉应力，前者对表层纵向开裂起阻止作用，后者对表层纵向开裂起促进作用。生产上采用铆镦的方法锻高速钢，从力学上分析也是利用中凹的工件，使镦粗时不易出现纵裂。 另外，矩形断面毛坯在平砧下拔长时产生的对角线裂纹也是切应力引起的。 2.由附加应力及剩余应力引起的裂纹 压力加工生产中，大多数裂纹都是由附加应力作用产生的，附加应力主要是由两种原因引起的。 ①变形不均匀；②变形时金属流速不均匀。结合几个典型工序介绍如下： 〔1〕由变形不均匀引起的附加应力 一般材料镦粗时侧外表产生纵向裂纹，是由于外表受切向拉应力作用的结果，而这种切向拉应力是由于镦粗时变形不均匀引起的附加应力。镦粗时中心区〔Ⅱ〕的变形大，而周边区〔Ⅲ区〕
粉末冶金原理 答案
1.为什么要控制松装密度： 2.如何提高粉末的p松和流动性：松装密度高的粉末流动性也好，方法：粒度粗、形状规则、粒度组成用粗+细适当比例、表面状态光滑、无孔或少孔隙 3.粉末颗粒有哪几种聚集形式，他们之间的区别在哪里：1、一次颗粒，二次颗粒（聚合体或聚集颗粒），团粒，絮凝体 2,通过聚集方式得到的二次颗粒被称为聚合体或聚集颗粒；团粒是由单颗粒或二次颗粒靠范德华引力粘结而成的，其结合强度不大，用磨研、擦碎等方法或在液体介质中就容易被分散成更小的团粒或单颗粒；絮凝体是在粉末悬浮液中，由单颗粒或二次颗粒结合成的更松软的聚集颗粒 4.雾化法可生产哪些金属粉末：常用于：铁、钢(低合金、高合金、不锈钢等), Cu、Al及其合金, Pb、Sn, Superalloy, Ti合金等. 5.雾化法制取金属粉末有哪些优点，简述雾化法和气体雾化法的基本原理：优点：①易合金化—可制得预合金粉末(因需熔化), 但完全预合金化后, 又易使压缩性下降. 一般采用部分预合金. ②在一定程度上, 粒度、形状易控制. ③化学成分均匀、偏析小, 且化学成分较还原粉为纯. ④生产规模大（2）都属于二流雾化法，即利用高速气流或高压水击碎金属液流，破坏金属原子间的键合力，从而制取粉末 6.影响电解铜粉粒度的因素有哪些：（1）电解液的组成 1)金属离子浓度的影响。2）酸度（或H+浓度）的影响；3）添加剂的影响 （2）电解条件 1)电流密度的影响；2）电解液温度的影响；3）电解时搅拌的影响；4）刷粉周期的影响；5）关于放置不溶性阳极和采用水内冷阴极问题 7.电解法可生产哪些金属粉末，为什么：、1)水溶液电解法：可生产铜、镍、铁、银、锡、铅，铬、锰等金属粉末，在一定条件下可使几种元素同时沉积而制得Fe-Ni、Fe-Cu等合金粉末。（2）熔盐电解法：可以制取Ti、Zr、Ta、Nb、Th、U、Be等纯金属粉末，也可以制取如Ta-Nb等合金粉末以及各种难熔化合物（5如碳化物、硼化物和硅化物等） 8.欲得细W粉，应如何控制各种因素：(1) 采用两阶段还原法，并控制WO2的粒度细；（2） 减少WO 3的含水量和杂质含量；（3）H 2 入炉前应充分干燥脱水以减少炉内水 蒸气的浓度；（4）还原，从而可得细W粉）；（5）采用顺流通H 2 法；（6）减小炉子加热带的温度梯度；（7）减小推舟速度和舟中料层的厚度；（8）WO3中混入添加剂（如重铬酸氨的水溶液） 9.简述侧压力及其侧压系数： 10.压制压力分配：压制压力分配： ①使粉末产生位移、变形和克服粉末的内摩擦(粉末颗粒间的) —净压力P1;
粉末冶金重点总结
绪论 概念：粉末冶金是一种制取金属粉末，以及采用成形和烧结工艺将金属粉末〔或金属粉末与非金属粉末的混合物〕制成制品的工艺。由于其生产工艺与陶瓷的生产工艺在形式上类似，又被称为金属陶瓷法。 粉末冶金的特点： 1. 粉末冶金相对于铸造精细度高，能防止或者减少偏析、机加工大等问题，而且有少、无切屑的特点，节约材料。 2. 粉末冶金能实现一些熔铸难以加工甚至不能加工的材料。如多空材料、陶瓷、假合金，还有一些高熔点金属。而 且有可能制取高纯度的材料而不给材料带来污染。 3. 粉末本钱较高，制品的大小形状受一定限制，烧结件韧性较差。 1.粉末制备方法的几点知识： ① 从过程的实质来看，大体上可以归纳为两大类，即物理机械法和物理化学法 ② 从工业规模而言，应用最广泛的是复原法、雾化法和电解法，而气相沉淀法和液相沉淀法在特殊应用时亦很重要。 ③ 从材质范围来看，不仅使用金属粉末、 也使用合金粉末、金属化合物粉末； ④ 从粉末外形来看，要求使用各种形状的粉末，如生产过滤器时，就要求球形粉末； ⑤ 从粉末粒度来看，要求各种粒度的粉末，从粒度为500~1000um 的粗粉末到粒度小于0.1um 的超细粉末。 2.制粉方法： ① 固态下制取粉末的方法包括：〔1〕从固态金属与合金制取金属与合金粉末的 有机械粉碎法和电化腐蚀法〔2〕从固态金属氧化物及盐类制取金属与合金粉末的有复原法；从金属和非金属粉末、金属氧化物和非金属粉末制取金属化合物粉末的有复原-化合法。. ② 在气态制备粉末的方法包括：〔1〕从金属蒸气冷凝制取金属粉末的蒸气〔2〕从气态金属羟基物离解制取金属、合金以及包覆粉末的羟基物热离解法; 冷凝法； ③ 在液态下制备粉末的方法包括：〔1〕从液态金属与合金制备金属与合金粉末的雾化法；〔2〕从金属盐溶液置换和复原金属、合金以及包覆粉末的置换法、溶液氢复原法；〔3〕从金属盐溶液电解制金属与合金粉末的水溶液电解法；从金属熔盐电解制金属和金属化合物粉末的熔盐电解法。 3.球磨法制粉：P10 ① 概念：机械研磨是利用机械力将金属或其它材料破碎制取粉末的方法 ② 四种力：冲击、磨耗、剪切、压缩。Ｐ９ ③ 球在滚筒中的状态：〔1〕转速慢，泻落状态，摩擦效果，球体不滚动〔2〕转速快,抛落状态，球体滚动，摩擦效果和撞击效果〔3〕转速快，抛落状态，冲击作用 ④ 应力公式： 粗颗粒粉末只需要小的冲击应力, 随粉末颗粒直径变小, 冲击应力增大. ⑤ 所需能量公式 ⑥ 影响球磨效果的因素 ：P11 球料比：一般粉末填满球体之间的间隙。过少，磨损大；过多，磨削面减少甚至缺乏。 研磨介质：干磨:保护气氛 湿磨介质 :水, 乙醇、汽油、丙酮等 D 圆筒直径