粉末冶金和锻造或铸造工艺类似,不同的是其原始材料为金属粉末(常见的有铁、钢、铜等)。将粉末状的原材料运用复杂模具在室温下(特殊情况下也可加热)进行压制,压制完的工件尺寸接近完成品,但其机械性能还是不稳定的。为使其进一步强化,接下来再以接近但略低于所用金属的熔点下的温度进行烧结,此时产品的的微观组织将发生变化,得到一个尺寸精确、拥有较高强度的部件。
一般情况下粉末冶金得到的部件可以直接使用了,但也可根据需要进行二次加工处理,比如精加工、热处理、电镀或涂层、喷丸强化等等,以增强或提高零件的公差、密度、强度、形状、耐腐蚀性等性能。
与其它生产制造技术相比,粉末冶金几乎不产生材料浪费,材料利用率超过97%,并且可以直接成型复杂的几何形状,并在烧结产品中保持紧密的尺寸公差控制,这样可以减少甚至可能完全消除传统制造工艺中的加工操作。这也是我们称之为绿色制造技术的原因。
除了这些工艺上带来的节省外,粉末冶金还有其独特性,利用其原材料为粉末的优势,实现一些在传统加工中很难或不可能实现的一些控制,比如化学成分组合的配比控制、对微观结构的控制、对孔隙度的控制等。
下面我们通过一些具体的产品示例,增强大家的理解。
1. 将无法溶合的材料组合在一起
粉末冶金允许以亲密的混合形式加工通常被视为不可混淆的材料组合。此类粉末冶金应用的成熟示例包括:
制动衬片和离合器面的摩擦材料
硬质合金
金刚石切削工具材料
电触头材料
在某些特定的应用中,与常规的铸造或锻造工艺相反,粉末冶金工艺通常可以通过对微观结构的出色控制来产生卓越的性能。此类应用程序中的好例子是:
磁性材料 几乎所有的硬(永久)磁铁和大约30%的软磁铁都是从粉末原料加工而成的。 高速钢 与锻造产品相比,粉末冶金加工材料具有更精细,更可控的微观结构,具有更高的韧性和切削性能。 镍或钴基高温合金 镍基或钴基超合金用于航空发动机应用,其中粉末冶金工艺可提供常规无法达到的成分范围和微结构控制,因此可提高工作温度和性能。
粉末冶金的限制
虽然粉末冶金有着各种优势,在其应用上目前还存在着一些限制。主要有以下几点:
1. 零件尺寸、重量有限制: