作为一种绿色环保、近净成形技术，粉末冶金近年来得到迅速发展，在家电、汽车、电动工具等领域都有广泛应用。粉末冶金零件的生产过程包括混粉、压制、烧结、热处理、机加工及其他表面处理工序，某一环节出现问题都会导致零件在生产和使用过程中出现失效。

作为中国粉末冶金行业界典范，日东科技22年来专注于粉末冶金PM及MIM工艺研究开发，牢牢掌握粉末冶金PM核心技法，匠心铸造精密品质。今天，日东科技将结合一些实例为大家详细介绍粉末冶金零件最突出的优势及常见生产缺陷的分析。

粉末冶金最突出的优点有两个：

(1)能够制造目前使用其他工艺无法制造或难于制造的材料和制品，如多孔、发汗、减震、隔音等材料和制品，钨、钼、钛等难熔金属材料和制品，金属-塑料、双金属等复合材料及制品。

(2)能够直接制造出合乎或者接近成品尺寸要求的制品，从而减少或取消机械加工，其材料利用率可以高达95%以上，它还能在一些制品中以铁代铜，做到了“省材、节能”。

粉末冶金常见生产缺陷有三个：

1.压制过程中的缺陷

分层

使用铁-铜-碳生产某零件时发现多件生坯内外表面出现黑色分层现象。取样分析，从分析结果可知，零件分层现象为石墨、铜偏析。细粉产生偏析有可能是混粉不均或者压制时粉末填充问题造成的。后检查生产现场证实，该零件的分层偏析是由于粉末传送不当造成的。

由于产生了大量孔隙和异常组织，分层零件将会出现烧结后性能（例如尺寸）变化、力学性能不稳定。

裂纹与断裂 

某零件出现裂纹导致强度偏低，易断裂。取样分析，在扫描电镜（SEM）下观察断面形貌可知裂纹区颗粒表面无韧窝或解理面等烧结后断裂特征，表明裂纹区无烧结颈产生，说明裂纹产生于生坯阶段。随后沿压制方向取易断裂部位制备金相试样，可以看出裂纹靠近拐角处并向零件内部延伸，呈直线型，裂纹两边存在严重密度差，表明粉末填充非常不均匀。

后经考察可知：由于该零件非常长，为一上冲二下冲，而压制过程选用的是机械式压机，模冲的行程比较难调整，如果两下冲压制不同步，便会在台阶处产生剪切裂纹。

图 裂纹区及无裂纹区显微组织形貌

2.烧结过程中的缺陷

表面融化 

某零件烧结后表面产生局部熔化，沿熔化区域取样制备金相试样，其显微组织形貌如图所示。分析可知，此缺陷应该是由于大量石墨团聚，在高温下（高于液相开始形成温度）烧结形成液相造成的。

由于零件内部也发现了融化的团聚区域，说明该混粉内已存在石墨团聚，应该检查压制前所有步骤，比如粉末混合是否有团聚，是否有过筛，筛网是否干净，料斗和送粉管是否未定期清洁导致细粉团聚。如果此类缺陷仅出现在表面而且位置比较固定，应该是压制模具某一个位置异常导致的。

 图 腐蚀前后缺陷处的显微组织形貌

硬度异常 

生产某纯铁粉末冶金零件时发现某些零件烧结后硬度偏高，取 OK件和NG件腐蚀后进行金相分析。 OK件显示的显微组织为正常的纯铁素体，而NG件的显微组织中除了铁素体外还发现了细针状的铁的氮化物以及极少量的马氏体。由于零件在分解氨中烧结，如果氨分解不彻底，残余氨在高温下会促使零件渗氮，从而形成铁的氮化物，甚至出现马氏体，使表面硬度增高。

图OK件及硬度异常NG件的显微组织形貌

3.热处理过程中的缺陷

硬度异常 

使用赫格纳斯扩散合金粘接粉Dis.AB（Fe-Ni-Cu-Mo）加 0.15%C（质量分数）生产某零件，需要进行热处理提高硬度，热处理工艺为渗碳淬火后回火，热处理后发现零件硬度偏低。

腐蚀分析后可知热处理参数的渗碳温度太低，导致零件在奥氏体化温度时未能完全奥氏体。而细珠光体的出现是由于碳含量低，在此冷却速率下未能避开珠光体形成区域。

使用Fe-Cu-C生产的零件在进行表面渗碳处理后硬度异常升高，观察腐蚀后的显微组织发现大量粗大的片状高碳马氏体及残余奥氏体，在表面还出现了很多白色碳化物，如图所示。这是由于零件表面渗碳过度，碳含量过高导致形成了渗碳体。

一般而言，如果在热处理后发现有碳化物存在，除了渗碳热处理过程中碳势过高或者时间过长导致之外，烧结过程中如果渗碳，也会造成表面形成碳化物，最好有烧结件进行确认。

 尺寸异常 

使用铁铜碳材料生产某环形零件，进行了渗碳热处理后发现硬度偏高，尺寸偏大。对比显微组织可知OK件和NG件都为马氏体组织，但NG件的马氏体更粗大而且出现了少量残余奥氏体，说明NG件得碳含量较高导致高碳马氏体和残余奥氏体出现。造成碳含量偏高的原因可能是渗碳热处理过程中碳势过高或者时间过长，另外如果烧结过程存在渗碳也会导致后续热处理硬度偏高。

粉末冶金零件相比钢件来说，残留的孔隙使得其渗碳过程更加快速，应适当调整工艺以得到合适的组织及渗碳层深度。