材料加工與製造
粉末冶金(powder metallurgy)
粉末冶金是不熔化金屬就做出零件的方法:把細金屬粉壓成形狀,再加熱把粉粒黏結起來,有點像把麵粉與奶油壓成餅乾再烤硬,而不是倒入液態麵糊。你把粉末填入模具,用力壓成脆弱的壓製形狀(生胚),再放入爐中加熱到熔點以下,讓原子在相接觸的粉粒表面之間擴散、把它們熔接在一起。這個加熱步驟稱為燒結。
燒結時,粉粒間微小的接觸點長成實心的頸部,粉粒間的孔隙縮小,鬆散的粉末變成一體的固體,全靠固態擴散而非熔化完成。結果是近淨形的零件,幾乎不需切削,且材料浪費極少。它擅長大量製造相同的小零件如齒輪與襯套、製造多孔零件(會在孔隙中吸油的自潤軸承)、製造硬質的燒結碳化物刀具,以及製造像鎢這類熔點太高、無法鑄造的難熔金屬。
誠實的限制是殘留的孔隙。壓製燒結件幾乎總是保留一部分孔隙,而這些空孔會降低強度、延性,尤其是疲勞抗力,因為孔隙就是內建的裂縫起點。可以用額外步驟達到更高緻密度(熱壓,或在溫度下由各方向擠壓的熱均壓 HIP),但成本更高。所以粉末冶金以部分機械緻密性,換取形狀精度、低浪費,以及取得根本無法鑄造的材料。
小型變速齒輪由鐵粉壓製並在約 1120 度 C 燒結:粉粒擴散結合成一體的齒輪,帶有幾個百分點的殘留孔隙,比切削加工便宜,但疲勞強度低於鍛製齒輪。
燒結靠固態擴散把粉末結合、從不熔化,但它留下的孔隙限制了疲勞強度。
燒結件幾乎總是保留一些孔隙,這些孔隙作為內建的裂縫起點,會降低延性與疲勞壽命,除非加入熱均壓(HIP)等緻密化步驟。
又稱
另見