烧结金属制造的流程是什么？一份关于高性价比复杂零件的指南

从根本上说，烧结金属制造是一种在不熔化材料的情况下，利用金属粉末制造实体金属部件的方法。它主要包括三个不同的阶段：混合所需的金属粉末、在高压下将它们压制成初步形状，然后在熔炉中加热该形状，使颗粒粘结成最终零件。

烧结不仅仅是一种制造技术；它是一种粉末冶金的战略方法。它擅长以高产量生产复杂的、近净形的零件，通过最大限度地减少材料浪费和后处理，为传统机械加工提供了一种高成本效益的替代方案。

烧结的三个核心阶段

烧结零件的生产是一个精确的、连续的操作过程。每个阶段都建立在前一个阶段的基础上，将松散的粉末转变为耐用、功能性的组件。

该过程从原材料开始：粉末形式的金属。选择特定的成分是为了实现最终零件所需的机械和物理性能。

这种基础粉末，通常是铁、铜、镍或合金，会与其它元素精确混合。这些可以包括用于增加强度的钼等合金剂，或有助于下一阶段的润滑剂。

将混合好的粉末装入与所需组件几何形状相匹配的模具型腔中。然后，压机对粉末施加巨大的压力（通常以每平方英寸吨位衡量）。

这种力将颗粒压实，消除它们之间的大部分空气，并将它们机械地锁定在一起。由此产生的组件被称为“生坯”零件，它具有最终产品的形状和足够的完整性可以处理，但尚未达到最终强度。

将“生坯”零件送入烧结炉。熔炉将零件加热到很高的温度，关键在于，该温度低于主要金属的熔点。

这种热量会触发原子扩散。单个粉末颗粒表面的原子会迁移到边界，将颗粒熔合在一起，形成牢固的冶金结合。此过程还会烧掉混合过程中添加的润滑剂，并还原表面氧化物，从而形成一个干净、坚固且强度显著提高的最终部件。

理解烧结为何有效是欣赏其价值的关键。该过程与依赖熔化和凝固的铸造过程有着根本的不同。

将烧结视为迫使固体颗粒融合。压实过程中的高压和烧结过程中的高温共同为原子提供能量，促使它们移动并在颗粒之间形成新的、共享的键。

这使得可以利用具有极高熔点的材料（如钨和钼）来制造零件，而这些材料使用传统熔化方法进行成型是不切实际或不可能的。

由于该过程从粉末混合物开始，烧结可以创造出独特的材料成分。在熔融状态下不易合金化的金属和其他元素可以以粉末形式组合在一起。

这使得设计具有特定特性的材料成为可能，例如自润滑轴承（通过将零件固有的孔隙率浸渍油）或具有定制硬度和耐磨性的材料。

没有一种制造工艺对所有应用都是完美的。客观性要求我们承认烧结的局限性。

烧结零件几乎总是保留少量孔隙。因此，它们的密度通常低于由锻轧材或锻件制成的零件。这会影响最终的拉伸强度和抗疲劳性。

压实阶段所需的模具由硬化工具钢制成，制造成本可能很高。这种初始投资意味着烧结最适合中高产量的生产，因为模具成本可以分摊到数千个零件上。

尽管烧结非常适合复杂的形状，但仍存在限制。该过程依赖于沿单一方向压制粉末。无法直接形成如倒扣、横孔或与压制方向不平行的螺纹等特征，这些特征必须在后续的机械加工操作中添加。

选择烧结完全取决于您项目的目标。

最终，了解烧结过程将使您能够利用其独特的功能来实现高效和创新的组件制造。