粉末冶金結(jié)構(gòu)零件焊接

1、粉末冶金結(jié)構(gòu)零件焊接第29卷第3期2011年6月粉末冶金技術(shù)PowderMetallurgyTechnologyVoI_29.NO.3Jun.201l粉末冶金結(jié)構(gòu)零件焊接韓鳳麟摘要:討論了最常用于連接鐵基粉末冶金結(jié)構(gòu)零件的各種焊接方法.資料主要來源于關(guān)于各種焊接方法的以前的出版物和文獻(xiàn)評述.介紹了有用的設(shè)計方法與焊接技術(shù)以及各種粉末冶金材料的焊接性.關(guān)鍵詞:粉末冶金零件;焊接;連接WeldingofPMstructuralpartsAbstract:Thispaperdiscussesthedifferenttypesofweldingprocessesmostusedinconjunctio

2、nwithferrousPMstructuralpartsandmaterialgrades.Informationfrompreriouspublicationsandliteraturereviewonthevariousprocessesarehighlighted.UsefuldesigninformationandprocessingtechniquesareintrodueedalongwithidentifyingtheweldabilityofvariousPMmaterialcompositions.Keywords:PMparts:welding;joining材料與制造技

3、術(shù)的進(jìn)步使粉末冶金零件取代各種應(yīng)用的鑄鍛零件日益有吸引力.有時往往需要將粉末冶金零件相互連接或與其它材料相連接,制成一體零件.鑒于粉末冶金的獨特材料組成和能壓制成形為復(fù)雜幾何形狀,因此,粉末冶金零件生產(chǎn)的靈活性具有巨大經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢.本文作者將介紹連接粉末冶金零件和粉末冶金零件與鑄鍛零件的各種方法,以及各種材料的可焊接性.我國汽車產(chǎn)量2010年已達(dá)到1800多萬輛,因此,新車設(shè)計的目標(biāo)將集中在車輛輕量化,改進(jìn)結(jié)構(gòu)整體性及減低制造與組裝成本上.滿足設(shè)計準(zhǔn)則的能力需要制造技術(shù)與新材料可達(dá)到較高強(qiáng)度,較長耐久性,較好質(zhì)量及較低成本.粉末冶金零件能全面滿足這些要求,因此,粉末冶金零件正在不斷地替代汽車制造中

4、使用的各種其它生產(chǎn)方法.現(xiàn)在已采用汽車制造中使用的連接方法,在成功地熔化焊接大量粉末冶金零件.鑒于這增大了制造比常規(guī)模具壓制的幾何形狀更復(fù)雜的零件的可能性,從而擴(kuò)大了粉末冶金零件在汽車中的應(yīng)用.本文中也將介紹一些這方面的使用實例.1影響焊接性的粉末冶金零件特性這里所講的連接是將一個零件與另一個零件連接在一起所有方法的廣義術(shù)語,焊接是其中之一.在連接方面,粉末冶金零件材料與鑄鍛零件最大的差異在于具有多孔性,或材料密度是相對的,可變的,因此粉末冶金零件材料中的孔隙大小或相對密度對其最重要物理性能的影響,都和粉末冶金零件的連接或焊接相關(guān).諸如:熱導(dǎo)率粉末冶金零件的熱導(dǎo)率取決于孔隙度.較高的孔隙度會改

5、變傳熱機(jī)理,從而最終改變焊接參數(shù).熱膨脹加熱與冷卻時,金屬的體積會脹大或縮小.焊接粉末冶金零件時,因顆粒熔化或填充金屬熔滲都會使孔隙度發(fā)生變化,從而導(dǎo)致過度收縮或因在焊縫界面附近接著發(fā)生開裂而脹大.淬透性材料的淬透性決定于散熱速率或熱導(dǎo)率.孔隙起著絕緣體作用,減慢熱傳導(dǎo),從而使粉末冶金零件的淬透性低于材料組成相同的熔鑄材料.可是,焊接時由于熱影響區(qū)可能密度增高,致使粉末冶金零件中的淬透性增高,產(chǎn)生較高的應(yīng)力,從第29卷第3期韓風(fēng)麟:粉末冶金結(jié)構(gòu)零件焊接而增高焊接接頭對開裂的敏感性.此外,粉末冶金零件孔隙中夾帶的氧化物或雜質(zhì)也會使焊接性能變化無常.必須在焊接前采取措施清除孔隙中夾帶的下列殘留物:

6、殘留的潤滑劑,淬火油,電鍍液,含浸材料,清洗或滾磨光飾劑,游離石墨或殘留灰分.2粉末冶金零件的連接方法大多數(shù)焊接方法都是利用熱量使某些基體金屬或填充金屬熔化(熔焊),另外一些焊接方法則是利用表面擴(kuò)散或機(jī)械連結(jié)(固態(tài)焊接).這兩種方法都已成功地用于連接粉末冶金零件.低密度(<6.5g/cm)零件大多采用不熔化焊縫金屬的方法,如擴(kuò)散焊,燒結(jié)聯(lián)結(jié),粘接及釬焊.例如,在連接粉末冶金零件合金F一0000(一般鐵,含C量<0.3%)和一般熔鑄材料AISI1010沖壓件時,如果錯誤地采用GMA(熔化極氣體保護(hù)電弧焊)法時,如圖1所示,當(dāng)粉末冶金零件密度小于6.2g/cln時,由于

7、焊縫金屬凝固產(chǎn)生的高應(yīng)力,異常大量的熔縫熔敷金屬造成典型趾裂.圖1用GMA焊接粉末)臺金F一0000合金(<6.2g/cm)與AISI1010中壓件時,因異常大量的焊縫熔敷金屬,產(chǎn)生高凝固應(yīng)力,導(dǎo)致趾裂.箭頭表示裂紋起源處Fig.1ExampleofpoorweldmentdesigninvolvingGMAWeldingofF一0000P/Mmaterial(<6.2g/cm1toAISIstamping.Theunusuallylargeweldbeaddepositresultedinaclassictoecrackofhighweldmetalsolidif

8、icationstresses.Arrowindicatescmckinitiati0nsite.中等密度(6.66.9g/cm.)的粉末冶金零件可用各種方法連接,但是,成功率最高的是熔化金屬體積最小的方法,諸如電阻凸焊與摩擦焊.高密度(>7.0g/cm)零件,通常認(rèn)為其焊接性和熔鑄材料相同,可根據(jù)不同的零件大小與要求,選用上述的各種方法或者用熔化法焊接,諸如GTA(鎢極氣體保護(hù)電弧焊),GMA(熔化極氣體保護(hù)電弧焊),EBW(電子束焊)及LBW(激光焊).2.1電阻焊電阻焊通常包括點焊,凸焊,縫焊和對焊,這些方法對焊接粉末冶金零件都適用.用電阻產(chǎn)生的熱量將焊接的兩個表面加熱到熔

9、化或塑性狀態(tài),在壓力下形成冶金結(jié)合.要得到完滿焊縫,接觸面必須干凈,孔隙中不得有污染物.由于電阻焊時都采用加壓和使用夾具,因此,通常都能很好地控制焊接件的尺寸.2.1.1點焊點焊時,工件在電阻與電極壓力共同作用下形成扁園形熔核,以"點"的形式連接起來.點焊又分為單點焊與多點焊.多點焊時,使用2個以上電極,在同一工序內(nèi)形成多個焊點.點焊適用于厚度小于3ram薄板的搭接焊.2.1.2凸焊凸焊是點焊的一種變形,它要求在被焊接的其中一個零件上預(yù)制出凸點,利用大面積電極,一次可完成多個凸點焊接.在選擇連接方式時,要特別注意凸點的密度與高度,其它工藝參數(shù),諸如電流,電壓,壓力及持續(xù)時間

10、在相關(guān)手冊中都能找到.圖2是凸焊的一個實例.將密度為5.87.4g/era的粉末冶金零件凸焊于熔鑄材料上時,密度較低(<7.0g/cm)的零件需要凸點高度較高.水蒸氣處理的粉末冶金零件,在任何密度下,都無法獲得令人滿意的焊接結(jié)果.粉末冶金零件的密度低于7.0g/SIT1時,不能焊接在鍍鉻的鍛件上.所有其它粉末冶金零件材料,包括鐵,鐵一碳,鐵一銅一碳及不銹鋼都能用凸焊成功地進(jìn)行焊接.用凸焊可將密度為6.57.5g/cm的高碳(0.4%一0.8%C)粉末冶金零件焊接在低碳鋼上.焊接件的質(zhì)量令人滿意且抗扭強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)的用銷銷住的零件高.但是,將零件正火后,可達(dá)到最高的抗扭強(qiáng)度.2.1.3

11、縫焊縫焊也叫做滾焊,類似點焊,工件在兩個旋轉(zhuǎn)的226粉末冶金技術(shù)圖2將中等密度的粉末冶金直齒齒輪用凸焊連接在低碳鋼>中壓件上Fig.2ResistanceprojectionweldingapplicationjoininganintermediatedensityP/Mspurgeartoalowcarbonwroughtsteelstamping盤狀電極間通過后,形成一條熔核前后搭疊的連續(xù)焊縫.是連接薄粉末冶金零件的常用的一種焊接方法.2.1.4對焊對接電阻焊簡稱對焊,是利用電阻熱與加壓將兩個零件沿整個接觸面焊接在一起.對焊又分為電阻對焊與閃光對焊兩種.近年發(fā)展的快速脈沖閃光

12、對焊,對于大斷面的粉末冶金零件特別適用.圖3示用高速脈沖對焊焊接的汽車發(fā)動機(jī)軸承支撐與風(fēng)阻擋板組件.其是將材料為FN一0208的軸承支撐架焊接在AISI1010鋼沖壓件上.這種零件設(shè)計減小了軸承蓋誘發(fā)的振動,同時改進(jìn)了發(fā)動機(jī)的使用性能.高速脈沖對焊在許多方面和凸焊相似,但也有些獨特特性.主要不同是由電容器提供儲存的能量和焊接一脈沖持續(xù)的時間短.用315ms的快速脈沖,將150J/mm范圍內(nèi)的能量集中在規(guī)定的焊接區(qū)域,隨后施加以壓力200Pa.具體的焊接參數(shù)取決于系統(tǒng)的電阻,零件形狀,導(dǎo)線聯(lián)結(jié)及材料組成.在形成接頭后,立即用第二次脈沖可將焊接接頭回火,這有助于減小殘余應(yīng)力,同時增高強(qiáng)度與疲勞強(qiáng)度

13、.這種焊接方法可成功地焊接高碳材料和不同材料組合,以適應(yīng)各種使用性能特性.這種低能量擴(kuò)散焊接可使扭曲變形最小化,并且能合理地控制嚴(yán)密公差.圖3用高速脈沖對焊焊接的汽車發(fā)動機(jī)軸承支撐與風(fēng)阻擋板組件.是將FN一0208制造的粉末臺金軸承支撐焊接在AISI1010鋼中壓沖上.高速脈沖焊組件替代了鋁鍛件,減低了總成本40%Fig.3High-speedpulseweldofantomotiveenginebearingbraceandwindagebaffleassembly.BracerailsareFN一0208joinedtoAISI1010stamping.Highspeedpulseweld

14、assemblyreplacedanaluminumforgingandreducedoverallcostbv40%.2.2熔化焊接汽車制造使用的焊接方法必須生產(chǎn)率高,焊接件質(zhì)量好,容易機(jī)械化與準(zhǔn)備時問短,具有適應(yīng)設(shè)計變化的靈活性,能保持令人滿意的工作環(huán)境標(biāo)準(zhǔn).現(xiàn)在汽車制造中使用的符合這些要求的方法,也紅成功地用于焊接粉末冶金零件.2.2.1鎢電極氣體保護(hù)弧焊(GTAW/riG)這種方法也叫做非熔化極氣體保護(hù)焊.現(xiàn)在許多汽車零件都是用這種方法連接的,諸如吸能型轉(zhuǎn)向柱,排放物控制裝置及各種排氣零件.這種方法在控制整個焊接過程方面有很大靈活性,因此,能對較難焊接的高合金或高淬透性粉末冶金材料進(jìn)行

15、完滿焊接.這種方法是用不消耗鎢電極產(chǎn)生直流電弧(對于鐵基材料),熔化被焊接材料.用惰性保護(hù)氣體,諸如氬,氦或各種工業(yè)混合氣體來防止氧,氫及氮污染電極與焊接熔池,穩(wěn)定電弧,以改進(jìn)焊接性能.在用于焊接一些粉末冶金零件時,在焊接時,可使填充金屬來抵消由于顆粒熔化與隨后焊縫區(qū)密實導(dǎo)致的收縮.填充金屬的熱膨脹系數(shù),強(qiáng)度及腐蝕性能必須和兩種被焊接的材料相適應(yīng).GTAW法可在很大程度上控制焊接過程,因此,在許多情況下,都能獲得較好結(jié)果.為使每一種應(yīng)用都得到最好結(jié)果,對移動速度,輸入的熱量,填克金屬種類及進(jìn)給速度都要進(jìn)行控制.由于這種方法第29卷第3期韓風(fēng)麟:粉末冶金結(jié)構(gòu)零件焊接227能控制輸入的熱量與隨后焊

16、縫的硬度,因此,對含碳量較高(淬透性)的材料也能顯示出較好的焊接性.GTAW的一項獨特應(yīng)用是,用將兩個粉末冶金零件焊接在一起替代了商業(yè)載貨車差速器中用的鑄件.發(fā)現(xiàn)焊接的粉末冶金零件比用螺栓連接的灰鑄鐵件強(qiáng)度高且較穩(wěn)定,同時比從前的生產(chǎn)方法可節(jié)約成本約35%.2.2.2熔化極氣體保護(hù)電弧焊(GMAW/MIG)這種方法和GTAW法不同,其是用連續(xù)絲電極產(chǎn)生電弧與作為供給焊縫熔池的填充金屬.用保護(hù)性氣體混合物來防止氣氛污染焊縫熔池與提供合適的電弧特性,而混合氣體的組成取決于金屬過渡方式與填充金屬種類.短路或浸送金屬過渡方式,因為輸入的熱量小,可減小熱影響區(qū),扭曲變形最小,因此特別適合于焊接粉末冶金零

17、件.通常,用直徑1.01.2ram的低碳鋼絲作為填充絲焊接燒結(jié)鋼零件時,都使用以CO:為主的保護(hù)氣體.對于含碳量較高的材料,為減小熱影響區(qū)的裂紋傾向,可采用奧氏體不銹鋼填充絲與惰性氣體保護(hù).和GTAW法一樣,GMAW法使操作者也能較好地控制整個焊接過程.GTAW法的發(fā)展起始于僅只進(jìn)行直線焊接的自動化系統(tǒng).但是,隨后一代使用了硬凸輪,近年來,采用了探示器跟蹤焊縫軌跡的電子凸輪,現(xiàn)在能以5m/min的焊接速度生產(chǎn)復(fù)雜形狀件.現(xiàn)在,在汽車制造中用這種方法在連接各種各樣的零件與分總成,其中有傳動系,發(fā)動機(jī),軸及車架部分.許多粉末冶金零件也在用這種方法進(jìn)行連接.用GMAW/MIGCO法可成功地焊接混合粉

18、組成中含有(0.30.9)%C(0.00.6)%Ni一(0.01.0)%Mo的各種粉末冶金材料.焊接結(jié)果表明,和淬透性一樣的熔鑄材料相比,似乎燒結(jié)零件對氫致裂紋的敏感性較小.還發(fā)現(xiàn)含銅(2.04.0%)的材料不能用浸送過渡一CO:法焊接,因為在熱影響區(qū)會出現(xiàn)熔析裂紋.2.2.3電子束焊接(EBW)電子束焊是一種先進(jìn)的焊接方法,其是將高速電子流聚集成束,形成很強(qiáng)的窄小熱源.焊接一般是在真空室中,于中等一高真空間的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行的.雖然,用非真室法焊接過燒結(jié)零件,但已證明對于焊接密度較高的粉末冶金不銹鋼零件,EBW是特別成功的.另一方面,由于孔隙度和排出的CO氣體會生成氣泡,因此,燒結(jié)鐵一碳零件不

19、大使用這種焊接方法.研究發(fā)現(xiàn),焊接速度慢時,焊縫區(qū)會加寬和排出的氣體體積增大,從而產(chǎn)生較多氣泡.還發(fā)現(xiàn),較快的焊接速度會形成硬度值非常高的狹窄熱影響區(qū).這在大多數(shù)使用場合是不容許的.考慮到生產(chǎn)成本與缺欠,認(rèn)為這種焊接方法不大適用于焊接粉末冶金結(jié)構(gòu)零件.2.2.4激光束焊接(LBW)這個方法有點像EBW,是利用聚焦的相干光束使焊縫間界面的金屬蒸發(fā).通常使用CO,激光器與惰性保護(hù)氣氛,諸如氦.是否使用填充金屬決定于接頭設(shè)計,一般不需要添加填充金屬,特別是對于密度較高的零件.關(guān)于焊接參數(shù),一般都設(shè)法使功率設(shè)定與移動速度間的關(guān)系最佳化,以改善經(jīng)濟(jì)狀況,和形成內(nèi)應(yīng)力較小的窄小焊縫.研究結(jié)果表明,LBW法

20、對燒結(jié)氣氛氣體的類型敏感.焊縫中氣泡的形成與焊接的粉末冶金零件中的未還原氧化物的數(shù)量相關(guān).在吸熱性煤氣中燒結(jié)的試樣不能焊接,而在氫,分解氨及真空中燒結(jié)的試樣,則焊接性全都良好.為了減小馬氏體形成;采用LBW法時,在焊接前,需要將中等淬透性的材料預(yù)熱到250300(2.窄小的熱影響區(qū)和較大量的鄰接材料會從焊縫處排出大量熱量,加速冷卻速度.觀察表明,殘留于孔隙中的油會蒸發(fā)與形成氣泡,所以淬火的材料不能進(jìn)行焊接.可是,對于焊接316不銹鋼粉末冶金零件,獲得了很好的結(jié)果.這些焊接件焊接區(qū)的delta鐵素體數(shù)量很少(<1.0%),這或許和這種方法的狹小自熱熔化區(qū)相關(guān).盡管激光焊接在技術(shù)上是

21、可行的,但生產(chǎn)成本與其它方法相比,并不合算.2.3熔化焊接技巧熔化焊接中最常見的問題是在焊縫或其附近出現(xiàn)裂紋.焊接粉末冶金零件時,裂紋的產(chǎn)生最常常和焊縫金屬在冷卻與凝固時產(chǎn)生的應(yīng)力相關(guān).可用下列措施使這些應(yīng)力最小化:用預(yù)熱除去零件中的水分(氫)和減小橫穿焊縫的熱梯度.焊接后進(jìn)行后加熱處理,以減小應(yīng)力,特別是對于能夠產(chǎn)生顯著馬氏體相變的高淬透性材料.對于高合金與可淬硬材料,使用奧氏體金屬填充是有益的,因為其具有優(yōu)異韌性高強(qiáng)度及馬氏體相變量最少.228粉末冶金技術(shù)盡量減少輸入的熱量,以減小顆粒熔化的程度和產(chǎn)生的凝固應(yīng)力.粉末冶金零件材料中的孔隙起著保持熱量的絕緣體作用.一般焊接粉末冶金零件使用的熱

22、量比相應(yīng)的鑄鍛件要少.填充金屬或相連接零件的過分稀釋會導(dǎo)致粉末冶金零件材料內(nèi)的細(xì)小的,分布較均勻的孔隙聚結(jié)成較大孔隙.好的接頭設(shè)計可使應(yīng)力最小化.失配的接頭,過大的間隙距離或填充金屬量不足以平衡焊縫區(qū)的密實需要都對焊接件有不良影響.例如,圖4示用直徑不同的填充絲焊接粉末冶金合金FL_4405(6.95g/cm.)與低碳鋼棒時的兩種情況,圖4(a)示由于作用金屬的體積增大和與用大直徑填充絲相關(guān)的應(yīng)力集中導(dǎo)致的焊喉開裂截面.相反地圖4(b)示用一直徑較小的填充絲和輸入的熱量較小,順利焊接的焊接件截面.圖4用直徑不同的填充絲焊接粉末冶金合金FL-4405(6.95g/cm)與低碳鋼棒Fig.4P/M

23、alloyFL-4405f6.95g/cm)joinedtolowcarbonsteelrodwithdefferentfillerwirediameter水蒸氣處理的,熔滲銅的或淬火一回火的粉末冶金零件都不適合熔化焊接.水蒸氣處理形成的氧化物起著污染焊縫區(qū)的作用,會導(dǎo)致使用性能反復(fù)無常與可能開裂.焊接熔滲銅的零件時,銅可能會熔化與遷移到奧氏體晶界,從而可能造成開裂.可是,用銅基填充絲(AWSECuSn)或采用輸入熱量與顆粒熔化最小的焊接參數(shù),獲得了成功.淬火一回火的零件,即使是用長周期(46h)回火來除去夾帶的淬火油,焊接的結(jié)果都并不特別好.鑒于熔化焊接都輸入大量熱量,這會改變材料的結(jié)構(gòu)組成

24、,且使焊縫區(qū)的強(qiáng)度低于周圍材料.3粉末冶金零件焊接的材料選擇許多種粉末冶金零件材料焊接都沒有困難.可能的話,應(yīng)避免使用某些添加劑或材料牌號.一般而言,霧化鐵粉的殘留雜質(zhì)含量比海綿鐵粉或其他還原鐵粉要低.因此,對于高強(qiáng)度,關(guān)鍵及熔化焊接應(yīng)用,最好選用霧化鐵粉.含碳量對粉末冶金零件材料的所有焊接性都有顯著影響.一般而言,含碳量應(yīng)盡量低.但是,碳能增高材料的強(qiáng)度性能.已研制出了能適應(yīng)中等一高含碳量材料的焊接技術(shù),用其焊接的焊接件都具有令人滿意的焊接性與強(qiáng)度特性.例如,圖5示出的是用E70S型填充絲和GMAW法,將FN一0205轉(zhuǎn)向器熔焊在AISI1035鋼軸上制成的高強(qiáng)度焊接件.圖5用GMAW法與E

25、70S型填充絲將FN.0205轉(zhuǎn)向器熔焊在AISI1035鋼軸上制成的高強(qiáng)度焊接件Fig.5HighstrengthGMAWweldmentbetweenanFN-0205steeringgear(6.9g/cm)andaAISI1035steelshaftusinganE70Stypefillerwire對于熔化焊接,應(yīng)避免使用添加硫的粉末冶金第29卷第3期韓風(fēng)麟:粉末冶金結(jié)構(gòu)零件焊接229材料.這是因為熔化焊接時,硫可能遷移到晶界處,造成熱開裂.若需要改進(jìn)材料的切削性的話,采用添加硫化錳比較合適.磷添加劑(FeP)有點像硫.低熔點的Fe,P添加劑可能會使焊縫區(qū)產(chǎn)生熱開裂.但是,對于用Anc

26、orsteel45P(0.40%0.50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))P)制造的粉末冶金零件,用不填充金屬的GTAW法已成功的焊接了一定數(shù)量產(chǎn)品.將鎳混合添加于鐵粉或鋼粉中,一般可增高材料的韌性,同時對焊接性并沒有什么影響.對于名義組成為Fe一5.0%Ni一0.5%Mo.0.5%C的,用混合Ni-Mo法制造的燒結(jié)件密度為7.Og/cm的粉末冶金零件,用GMAW法與奧氏體填充金屬成功地進(jìn)行了連接.對于含銅量為2%的粉末冶金零件,可用多種方法和其它材料進(jìn)行連接,但含銅量大于4%時,焊縫強(qiáng)度會減低,甚至低于母材的強(qiáng)度水平.4粉末冶金不銹鋼零件的焊接粉末冶金不銹鋼零件用各種連接方法都能成功地進(jìn)行焊接.用GMAW法,利

27、用316L填充金屬和氬氣保護(hù),焊接的各種密度水平的粉末冶金316L零件都具有良好的全面性能.但是,易切削的303牌號和用氮強(qiáng)化的不銹鋼牌號不適于焊接.410牌號馬氏體不銹鋼可以焊接,但需要預(yù)先知道材料的淬透性.數(shù)量在不斷增大的汽車排氣系統(tǒng)的法蘭與軸節(jié)(boss)都涉及到焊接用粉末冶金不銹鋼零件.圖6示汽車排氣系統(tǒng)法蘭.關(guān)于法蘭與焊接組件的靜態(tài)與動態(tài)特性的廣泛試驗表明,粉末冶金不銹鋼都能成功地滿足所有相關(guān)使用性能準(zhǔn)則.但是,在起初進(jìn)行試驗性焊接時,確定粉末冶金不銹鋼零件的燒結(jié)條件對焊接性能有顯著影響.圖6汽車排氣系統(tǒng)法蘭.材料一SS434不銹鋼.進(jìn)氣歧管法蘭一密度6.9g/cm,排氣法蘭一密度7

28、.Og/em;抗拉強(qiáng)度450MPa,伸長率5%,表觀硬度60HRBFig.6Theflangesofautomotiveexhaustsystemmanifolds.MaterialsSS434stainlessstee1.Densitymanifold一6.9g/cm.Exhaustflange一7.0g/cm.o-b450MPa;65.O%;apparenthardness60HRB生產(chǎn)試驗表明(表1),生產(chǎn)SS409不銹鋼零件時,將保護(hù)氣氛從分解氨改為純氫時,可大大減低碳,氮及氧的水平.間隙元素(碳,氮,氧)的較高含量在燒結(jié)時會促使馬氏體形成與釋放出大量氣體,導(dǎo)致在焊接件中產(chǎn)生過大的孔隙

29、,而用氫燒結(jié)的零件進(jìn)行焊接試驗時,證明是成功的,見圖7.焊接的焊接件沒有孑L隙且顯微組織全部為鐵素體,見圖8.生產(chǎn)粉末冶金不銹鋼法蘭與軸節(jié)用的原料粉,之所以不選用標(biāo)準(zhǔn)的SS一410不銹鋼粉,是因為其是一種對焊接零件不適用的馬氏體不銹鋼牌號.表1燒結(jié)條件對粉末冶金不銹鋼性能的影響Table1TheinfluenceofsinteringparametersontheP/Mstainlesssteelproperties例子.圖9示的是,用GMAW法與E70S型填充金5焊縫的顯微組織屬將粉末冶金零件焊接在熔鑄的低碳鋼上.粉末冶下面介紹兩個具有獨特性的粉末冶金焊接件的金零件是由化合碳含量為0.6%的

30、鋼粉制造的,燒230粉末冶金技術(shù)結(jié)件密度為6.7g/cm.其獨特之處在于,粉末冶金零件在焊接以前進(jìn)行過淬火與回火.為除去粉末冶金零件中含有的淬火油,需要燒除很長時間.焊接后要將零件進(jìn)行回火,以免開裂.一般而吉,焊接含有淬火油的零件時,焊接件中會產(chǎn)生氣泡且使用性能反復(fù)無常.¨%麓菩學(xué)_疊(a)質(zhì)量很差,這和間隙元素(碳,氮,氧)氣體含量高有關(guān);(b)焊接參數(shù)相同,但是于氫中燒結(jié),間隙元素氣體含量低的粉末冶金銹鋼軸節(jié)的焊縫的顯微組織圖7粉末臺金不銹鋼焊接的變化Fig.7P/Mstainlesssteelweldvariation.(a)Unacceptableweldqualityass

31、ociatedwithinterstitialgasleve1.(b)Weldmicrostructurerepresentingthesameweldparametersbutahydrogensintered,low.;nterstiffa】P/Mslajnlessboss圖8于氫中燒結(jié)的粉末)臺金不銹鋼軸節(jié),經(jīng)腐蝕與放大的焊縫的顯微組織,證明全部為鐵素體Fig.8Highmagnificationofetchedweldmentverifiesferriticmicrostructure圖9焊縫界面表明,粉末冶金零件材料的馬氏體組織(左邊)和低碳填充金屬的樹枝狀組織(右邊)Fig.9We

32、ldinterfaceshowingP/Mmartensiticstructure(1eft)andlowcarbonfillermetalwithdendriticstructure(right)第二個例子是圖1O不的用GTAW法及不用填充金屬,將燒結(jié)件密度為6.7g/cm的粉末冶金零件焊接在熔鑄的AISI6150合金鋼上.粉末冶金零件6結(jié)束語材料中混合有2.0%鎳與化合碳含量為0.3%用于連接粉末冶金零件的方法,除本文上述者0.4%.接頭設(shè)計是將熔鑄的高合金鋼搭接壓制在外,還有摩擦焊,釬焊,擴(kuò)散/燒結(jié)聯(lián)結(jié)及粘接等方粉末冶金零件上.為保證適當(dāng)?shù)慕宇^完整性,法,容今后介紹.GTAW電弧的定位必

33、須正確.為使兩種材料之間稀連接不同金屬時,要想成功地進(jìn)行連接,必須具釋最小化,研究出了焊接參數(shù).備兩個條件.首先,需要確定兩種金屬必須滿足的一簿一第29卷第3期韓鳳麟:粉末冶金結(jié)構(gòu)零件焊接231圖lO熔鑄的馬氏體合金鋼(右邊)連接于粉末)臺金低碳鋼(左邊)上Fig.10Martensiticwroughtalloysteel(right)joinedtolowcarbonP/Msteel(1eft)使用環(huán)境條件,以保證對工作是最佳選擇.其次必須確定金屬的物理相容性.相容性涉及到影響焊接件的幾種物理特性.需要考慮的性能有熱膨脹系數(shù),電化學(xué)電位的差異,熔化溫度,強(qiáng)度水平及兩種金屬之間可能形成的金屬

34、間化合物.熱膨脹系數(shù)相差大時,焊接件內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,用后焊接處理可能無法減低.若這些內(nèi)應(yīng)力很高,就會危及焊接的完整性,因此焊接件會傾向于過早失效.不同金屬的焊接件也可能會遭受到電化學(xué)腐蝕.電化學(xué)電位的差異表明了焊接對腐蝕的敏感性.倘若合金的電化學(xué)電位位于電位譜的兩端,則一種金屬的惰性遠(yuǎn)高于另外一種金屬,這時就會產(chǎn)生腐蝕問題.連接某些金屬時,溶解度的效果可能導(dǎo)致合金化時形成脆化的金屬間化合物.最敏感的組合是鋼與鋁,鎂或鈦;銅與鋁;鋁與鎂;或鈦的同類組合.連接這些合金時,應(yīng)注意選擇焊接方法,以防止形成任何脆性組分.參考文獻(xiàn)1HamillJA.P/Mjoiningprocesses,materialsandtechniques.IntJournalofPowderMetallurgy,1991,27(14)2HamillJA.Weldingandjoiningprocesses.ASMHandbook,PowderMetalTechnol