粉末冶金中的缺陷有哪些？如何防止脱模裂纹和烧结不良

粉末冶金中最常见的缺陷是脱模裂纹、密度变化、微层（或微观分层）和烧结不良。这些问题源于 P/M 独特的三阶段过程：准备粉末、在巨大压力下压实以及加热以粘合颗粒。

关键的见解是，粉末冶金中的缺陷并非随机失效。它们是可预测的结果，直接与原材料粉末的性能、压制机的机械性能或最终热处理的参数相关联。

缺陷的根源：基于过程的视角

要了解缺陷的来源，需要考察粉末冶金过程的基本阶段。任何一个阶段出现问题都会不可避免地影响最终部件的质量。

金属粉末的特性是最终零件的基础。劣质粉末无法制造出高质量的零件。

诸如粒度不一致、压实性差或流动性低等因素可能导致模腔填充不均匀。这是在压制循环开始之前导致密度变化的主要原因。

这是将松散的粉末压制成固体但易碎的“生坯”的过程。所涉及的巨大力和机械运动是缺陷的常见来源。

这些是在生坯从模具中推出时发生的断裂。它们通常是由压实阶段的残余应力引起的，尤其是在具有复杂几何形状或横截面急剧变化的零件中。

由于压力是从顶部和底部施加的，因此很难在整个零件中实现完全均匀的密度。粉末不像液体那样流动，因此远离冲头的区域可能压实度较低，从而产生薄弱点。

这些是在压制方向的垂直方向上形成的细小层状裂纹。它们通常是由在快速压缩过程中空气被困在粉末内引起的，从而在压坯内形成弱平面。

烧结是一种低于材料熔点的热处理，用于粘合金属颗粒，赋予零件最终强度。

不正确的烧结是一个关键缺陷。如果温度过低或时间过短，颗粒之间的冶金键合将很弱。这会导致零件具有高孔隙率和较差的机械性能，例如强度和延展性低。

除了特定的缺陷之外，了解 P/M 过程本身的根本限制至关重要。这些不是故障，而是您在设计阶段必须考虑的固有权衡。

P/M 过程受到压制机力量的限制。最大的工业压机只能生产平面面积约为 40-50 平方英寸的零件。极其复杂的形状也可能具有挑战性，因为它们使得均匀的粉末填充和安全的零件脱模变得困难。

P/M 零件几乎不可能是完全致密的。即使在烧结后，它们也会保留一定程度的微观孔隙率。因此，与锻造或铸造（产生完全致密材料）生产的部件相比，它们的强度和延展性通常较低。

了解这些潜在的缺陷和限制，可以使您有效地将粉末冶金用于正确的应用。

如果您的主要重点是大批量、形状尺寸（net-shape）且复杂度适中的零件： P/M 是一个绝佳的选择，但您必须设计组件以最大限度地减少可能导致脱模裂纹的应力集中。
如果您的主要重点是最大强度和抗疲劳性： 您应该考虑锻造或铸造，因为 P/M 零件固有的孔隙率使其不太适合最苛刻的结构应用。
如果您的主要重点是复杂的几何形状： P/M 可以奏效，但成功需要与熟练的制造商密切合作，以优化粉末选择和模具设计，以避免密度变化。

通过预见这些潜在问题，您可以有效地利用粉末冶金在制造复杂零件时只需最少加工的优势。