粉末冶金生坯加工在20世紀(jì)90年代末由A ?alak提出，該方法是在燒結(jié)前對(duì)壓制成型的零件進(jìn)行加工，此時(shí)粉末顆粒間靠冷焊和機(jī)械嚙合連接，燒結(jié)后出現(xiàn)的高硬度的馬氏體和貝氏體此時(shí)并不存在，在該情況下對(duì)其加工所造成的刀具磨損幾乎可以忽略不計(jì)，同時(shí)可將加工效率提高到燒結(jié)件的3倍以上。

生坯加工工藝

利用生坯加工的方法制造汽車(chē)正時(shí)鏈輪溝槽。切削過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，加工邊緣的平均破損寬度隨著生坯孔隙率的增大而增大。在對(duì)于切削質(zhì)量影響程度的因素中，密度占40%，而進(jìn)給率和切削速度只分別占37%和23%，證明了高密度對(duì)于生坯加工結(jié)果的重要影響。此外，試驗(yàn)表明，切削速度對(duì)已加工表面質(zhì)量的影響較小，將切削速度從305m/min增至457m/min(高出50%)時(shí)，零件邊緣的平均破損尺寸僅增加4%，因此在實(shí)際生產(chǎn)中可以使用較高的切削速度。在此基礎(chǔ)上，Robert-Perron等利用正交試驗(yàn)方法，研究了鉆頭型號(hào)、轉(zhuǎn)速和進(jìn)給率對(duì)通孔加工質(zhì)量影響。結(jié)果表明，當(dāng)鉆頭直徑為6.35mm、螺旋角為35°、頂角為118°時(shí)，在轉(zhuǎn)速為7000rpm、進(jìn)給率為0.0254mm/r時(shí)所加工的通孔質(zhì)量最優(yōu)，如圖5所示，零件的平均破損為115μm，孔內(nèi)粗糙度為3.7μm。將硬質(zhì)合金生坯在800℃的溫度下預(yù)燒40min，預(yù)燒后強(qiáng)度約25.6MPa。對(duì)切削參數(shù)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示為保持加工穩(wěn)定性，加工過(guò)程需要較低的主軸轉(zhuǎn)速，但為了獲得較高加工質(zhì)量必須使用較高的主軸轉(zhuǎn)速和較低的進(jìn)給率，為此必須綜合考慮各方面因素對(duì)于加工質(zhì)量的影響。為了獲得較高加工質(zhì)量，主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)取2000r/min，進(jìn)給率應(yīng)為0.02-0.05mm/r。

生坯強(qiáng)度的提高

生坯加工要求壓制的生坯強(qiáng)度必須大于20MPa，否則，生坯在裝夾時(shí)極易發(fā)生破損；此外，在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，零件邊緣容易發(fā)生崩損。為了提高生坯強(qiáng)度，加拿大魁北克金屬粉末公司開(kāi)發(fā)了新型聚合物潤(rùn)滑劑，該潤(rùn)滑劑能夠在粉末壓制過(guò)程中形成連續(xù)的堅(jiān)固網(wǎng)絡(luò)，并在較低溫度下經(jīng)過(guò)固化后提高生坯強(qiáng)度。研究表明，該新型聚合物潤(rùn)滑劑可使生坯強(qiáng)度達(dá)到45MPa以上，幾乎超過(guò)傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑所能達(dá)到的強(qiáng)度的兩倍。溫壓工藝是提高生坯強(qiáng)度的另一種方法，由赫格拉斯(H?gan?s)公司在1994年的國(guó)際粉末冶金和顆粒材料會(huì)議上正式公布。其工藝特點(diǎn)是在成形時(shí)將粉末和模具加熱到90℃-150℃。通常認(rèn)為，在該溫度范圍內(nèi)粉末顆粒的屈服強(qiáng)度、加工硬化速率和硬化程度都會(huì)有一定下降，其塑性變形阻力和致密化阻力也同時(shí)下降，這些都有利于壓制過(guò)程中粉末顆粒的塑性變形。研究表明，溫壓的生坯密度比常壓的高出，生坯強(qiáng)度最多能達(dá)到常壓的4倍，對(duì)于生坯加工來(lái)說(shuō)，其強(qiáng)度已經(jīng)能夠滿(mǎn)足要求。關(guān)于溫壓工藝的致密化機(jī)理目前尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，以果世駒教授為代表的觀點(diǎn)認(rèn)為，相對(duì)傳統(tǒng)的壓制過(guò)程，溫壓工藝并沒(méi)有形成新的致密化機(jī)理，而其他一些學(xué)者認(rèn)為溫壓工藝能夠促進(jìn)粉末顆粒的塑性變形和降低脫模力，使得粉末顆粒在壓制過(guò)程中進(jìn)行重排，促使小的粉末顆粒填充大的顆粒間隙，進(jìn)而提高生坯密度。高速壓制技術(shù)是提高生坯強(qiáng)度的又一種方法，是赫格拉斯公司于2001年推出的一項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)要求上模沖以10-30m/s(常規(guī)壓制速度約3m/s)的速度對(duì)中模內(nèi)的粉末進(jìn)行壓制，較高的壓制速度所帶來(lái)的沖擊能量以應(yīng)力波的形式在粉末間傳遞，當(dāng)應(yīng)力波到達(dá)下模沖時(shí)，部分應(yīng)力波會(huì)反射回來(lái)繼續(xù)作用于粉末，如此反復(fù)直至應(yīng)力波衰減為零。利用高速壓制技術(shù)得到的生坯密度最高可達(dá)到，接近完全致密，高密度能顯著提高生坯的強(qiáng)度，能夠承受生坯加工的切削力和夾持力。

生坯加工后燒結(jié)件的力學(xué)性能

Desbiens等研究了生坯加工后燒結(jié)零件的拉伸性能和疲勞強(qiáng)度，將經(jīng)過(guò)固化處理的方形生坯拉伸試樣加工成圓形拉伸試樣，燒結(jié)后對(duì)其進(jìn)行拉伸試驗(yàn)測(cè)試。結(jié)果表明，當(dāng)以1.5℃/s的速度將燒結(jié)溫度從650℃冷卻到350℃時(shí)，經(jīng)過(guò)生坯加工的試樣組織由90%的馬氏體和10%的貝氏體構(gòu)成，而未經(jīng)過(guò)生坯加工的試樣組織由70%的馬氏體、20%的貝氏體以及10%的珠光體構(gòu)成；相應(yīng)地，經(jīng)過(guò)生坯加工的試樣其屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度分別高出未經(jīng)生坯加工試樣的18%和9%。原因是經(jīng)過(guò)生坯加工的試樣從材料外部到內(nèi)部的冷卻速率要高于未經(jīng)過(guò)生坯加工的試樣。當(dāng)冷卻速度由較慢的1.0℃/s將溫度從650℃冷卻到350℃時(shí)，二者的拉伸性能并沒(méi)有出現(xiàn)這一差異。在疲勞強(qiáng)度方面，經(jīng)過(guò)生坯加工的試樣與未經(jīng)過(guò)生坯加工的試樣基本一致。