粉末冶金零件的金相制备
在准备粉末冶金零件进行金相分析时，主要的挑战是揭示材料在研磨和抛光后的真实孔隙率。学习如何准备粉末冶金零件快速分析和可重复的结果。
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粉末冶金零件的主要特点
粉末冶金是一种相对常见的生产零件的方法，特别是在汽车工业中，因为它能够大批量生产具有均匀结构的形状复杂的小零件。在粉末冶金中，将金属(有时是非金属)粉末的混合物压实，然后烧结。制造过程是昂贵的，但成品零件比锻造或铸造零件有特殊的优势。通过粉末冶金，可以:
- 通常不容易合金的合金金属
- 生产各种不同性质的合金
- 制作细粒均匀结构
- 形成复杂的形状
- 创造一个优秀的完成部分
图1:试验用粉末冶金不锈钢，彩色蚀刻
粉末冶金的常见应用包括:
- 机械和结构件，如连杆、链轮和凸轮
- 难熔和铸造的难熔金属
- 多孔材料，其控制的孔隙率用于特定目的
- 不形成合金的复合材料，如铜/钨
- 特殊高负荷合金，如镍基和钴基超级合金(用于喷气发动机部件)
- 具有各向同性质量和碳化物均匀分布的高速工具钢
粉末冶金零件的金相学
压实和烧结构件的密度影响其强度、延展性和硬度。因此，粉末冶金零件的金相检查通常包括比孔隙率的检查。
在过程控制中，粉末冶金零件的金相检查用于检查气孔率、非金属夹杂物和交叉污染。粉末冶金零件的金相学在开发新产品或改进制造工艺时也起着重要作用。爱游戏北京赛车
图2:含0.5% C，扩散合金化Ni, Cu和Mo的粉末冶金钢，蚀刻在酸性铬酸盐中，显示被铁素体，马氏体，贝氏体和富镍奥氏体包围的细小珠光体区域
图3:含0.8% C的粉末冶金钢，预合金化1.5% Mo，蚀刻镍，显示致密贝氏体
生产粉末冶金零件
许多不同的金属被用来制造粉末冶金成分，包括铁、铜和钢粉末。钢铁粉末的制造工艺
粉生产
有两种常用的粉末生产方法:化学法和雾化法。
- 化学:在低于熔点的温度下，金属从矿石氧化物直接转化为金属粉末。
- 雾化:熔化的金属合金流过喷嘴，受到高压水或气体射流的撞击。形成的小液滴凝固成颗粒。
在硬质合金模具中压实粉末
为了生产零件，混合粉末在高压下在硬质合金模具中压实。在这个阶段，零件的形状与成品相似，但没有所需的强度。这些部件被称为“绿色”部件。
烧结组件
为了发展必要的机械和物理性能，组件在保护气氛下在高温下烧结。成键是通过相邻粒子之间的扩散发生的。
最终的治疗
根据应用的不同，一些零件可能需要进行额外的处理，包括热等静压、油浸渍、表面硬化或电镀。
图4:海绵铁粉，扫描电镜
制备粉末冶金零件时的挑战
在准备粉末冶金零件进行金相分析时，主要的挑战是揭示材料在研磨和抛光后的真实孔隙率。这对于软材料，或者软硬材料混合的材料来说尤其具有挑战性。- 对于软金属，研磨过程中研磨的金属可以被推入孔中。
- 软硬材料混合的标本容易表现出明显的缓解。
- 绿色部件:已压实但尚未烧结的部件需要特别小心，因为它们非常脆弱。
克服粉末冶金零件制备中的困难
本页后面的部分简要描述了如何克服这些挑战。该程序已在实际实验室应用中成功地使用，并已证明给出可重复的结果。
如需更详细地描述这里列出的程序，下载完整的申请说明．
图5:金刚石抛光8分钟(3 μm)后试样与图1相同
图6:经过4分钟金刚石抛光(3 μm)的粉末冶金钢试样孔隙率
切割粉末冶金零件的建议
粉末冶金零件可以用一系列材料制成，包括铁、铜和钢粉末。截止轮的适当选择取决于材料类型。- 在切割单一材料粉末冶金部件时，选择适合该材料的截止轮。
- 如果您正在切割混合材料组件，选择适合主要材料的截止轮。
- 对于烧结碳化物，使用树脂结合的金刚石截止轮。
图7:用村上试剂刻蚀1500倍的烧结碳化钨(WC/Co)
安装粉末冶金零件的建议
为了确保安装树脂和标本材料之间的良好附着力，安装前用丙酮或甲苯彻底脱脂标本。和切割一样，最好的安装方法取决于你使用的材料。
- 烧结件(安装试件):
-热压缩安装时，使用酚醛树脂(MultiFast)或含有较硬填充材料的树脂(DuroFast或LevoFast)．
-冷安装时，丙烯酸树脂填料(DuroCit-3或LevoCit)可以使用。 - 绿色零件在真空下切片后必须用冷安装环氧树脂(CaldoFix-2，EpoFix或SpeciFix-40)．
- 粉末可以通过与慢固化环氧树脂混合少量粉末来安装。混合物可以直接倒入安装杯中。
- 硬质金属粉末可通过与细粒安装树脂(DuroFast)．将混合物倒入安装压力机筒中，并在其顶部涂上酚醛树脂。
图8:常规生产钢中的碳化物分布
图9:粉末冶金钢中碳化物的分布
适用于粉末冶金零件的研磨和抛光
作为一个基本原则，当研磨、精磨和抛光粉末金属时，应该使用与相同材料的铸锭样相同的程序。平面磨削
细磨
- 研磨材料> 150hv使用钻石MD-Allegro．
- MD-Largo金刚石适用于150 HV以下的材料的精细磨削。
在金相磨削过程中，金属被推入孔中。如果下一个抛光步骤执行不当，残留的金属“盖子”将留在孔隙中(特别是在软材料中)。如果不移除，这些盖子将阻碍评估。
因此，细磨之后应该进行彻底的钻石抛光。重要的是，钻石抛光步骤进行的时间要足够长，以揭示材料的真实孔隙率(见下图10-13)。
粉末冶金青铜的制备方法
表1:6个P/M青铜标本的制备方法，安装，30毫米直径。，使用半自动Tegramin直径300毫米。
作为替代方案DiaPro聚晶金刚石悬浮液P, 9 μm, 3 μm和1 μm可与红、绿、蓝三色润滑剂配伍使用。
粉末冶金钢的制备方法
表2:6p /M钢试样的制备方法，安装，30mm直径。，采用半自动Tegramin，直径300毫米。
9 μm、3 μm和1 μm可作为DiaPro聚晶金刚石悬浮液P的替代品，与绿色或蓝色润滑剂一起使用。
*另外，也可以使用MD-Dac/DiaPro Dac 3。
烧结碳化物的制备方法
表3:6个烧结碳化物试样的制备方法，安装，30毫米直径。，采用半自动Tegramin，直径300毫米。
9 μm和3 μm可作为DiaPro聚晶金刚石悬浮液P的替代品，与绿/蓝润滑剂一起使用。
*可选的步骤。
图10:在MD-Allegro上精磨后的粉末冶金钢表面
图11:与图10相同的样品显示抛光不足，显示粉末冶金钢的表面
图12:经过较长时间抛光后的样品与图11相同，显示出正确的孔隙度
图13:从图11放大的表面，显示金属“盖”覆盖毛孔
粉末冶金零件的清洗和干燥
抛光后，粉末冶金试样应用水/清洁剂混合物清洗，以去除抛光悬浮液和润滑剂的残余。然后用清水冲洗标本，然后用异丙醇彻底冲洗。
图14:清洗时留下的水渍会导致对结构的误解
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蚀刻粉末冶金零件的建议
在分析粉末冶金试样时，重要的是要知道理论密度，以便将其与孔隙率进行比较。我们建议首先检查未蚀刻的试样，以检查孔隙、氧化和夹杂、烧结颈和游离石墨的密度、形状和大小(见图15和图16)。然后，标本应立即蚀刻，以避免干燥污渍。
推荐的粉末冶金试样蚀刻程序:
- 用异丙醇润湿表面，将试样正面朝上浸入蚀刻剂中，轻轻搅动。
- 当适当的蚀刻时间过去后，将样品从蚀刻液中取出，根据蚀刻液的不同，用异丙醇或水冲洗。
- 用暖风吹干。
图15:粉末冶金青铜，未蚀刻，含石墨(灰色)和α-δ共析体(蓝色)500倍
图16:与图15相同，用三氯化铁蚀刻，显示500x青铜的晶粒结构
图17:蚀刻时间不够长的样品，很难区分不同的相
蚀刻的解决方案
常用的化学蚀刻溶液可用于相关的金属或合金。当与化学品一起工作时，必须遵守标准的安全预防措施。
| 铜粉金属及铜粉合金用蚀刻剂 | |
| 100毫升水 20毫升盐酸 5克三氯化铁 |
蚀刻10-20秒 用清水冲洗，然后用异丙醇冲洗 |
| 100毫升水 过硫酸铵10克(仅新鲜使用) |
用清水冲洗，然后用异丙醇冲洗 |
| 钢、粉末金属用蚀刻剂 | |
| 铁碳合金、铁碳铜合金和预合金铁钼的1-3%硝酸: 100毫升乙醇 1-3毫升硝酸 |
根据碳含量蚀刻10-60秒用异丙醇冲洗 |
| 不锈钢粉末金属用蚀刻剂 | |
| Vilella试剂: 45毫升甘油 15毫升硝酸 30ml盐酸 |
蚀刻30秒到5分钟 用清水和异丙醇彻底冲洗 |
| 碳化钨粉末金属蚀刻剂 | |
| 村上的试剂: 100毫升水 10克氢氧化钾或氢氧化钠 10克铁氰化钾 |
浸渍蚀刻或拭子蚀刻 用清水和异丙醇彻底冲洗 |
图18:蚀刻时间过长
图19:正确的蚀刻
下载完整的申请说明，包括准备方法
总结
粉末冶金是用来从通常不容易合金的金属中生产零件的。常见的材料包括铁粉、铜粉和钢粉。粉末冶金部件的密度影响其强度、延展性和硬度。因此，孔隙率的金相控制是质量控制不可或缺的一部分。
在金相研磨和精磨过程中，金属会被推入孔隙中，留下阻碍评价的残留金属“盖”。因此，仔细打磨和抛光钻石是必不可少的，以确保真实的材料结构的代表。
图20:渗铜粉末冶金钢
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所有图片由Birgitte Nielsen拍摄，应用专家，丹麦
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