添加MnS改善粉末冶金机械加工性能

09PEjeremiah

添加MnS等第二相颗粒是提高粉末冶金制品机械加工性能的一种常用手段，一些研究甚至认为向预合金粉中加入MnS粉是提高粉末冶金零件机械加工性能的最好方法。解释添加MnS改善材料机械加工性能的理论主要有两个：目前被普遍接受的MnS提高材料机械加工性能的解释是MnS提高了材料的易切削性能，认为MnS在切削工具和碎屑之间起到了润滑作用；而另一种理论认为：损失在切削工具与碎屑表面的能量仅占切削过程总能量消耗的约20，大部分能量损失在切削工具尖端的主要切变区。为了调和这两种对立的理论，本次实验以透射电子显微镜观察碎屑的形成过程和切削过程中MnS颗粒的作用。
试验方法：向FC-0205合金粉中添加质量百分比为0.5%的MnS粉配成预合金粉，将预合金粉压制成密度为6.8g/cm3直径为38.1mm、高为50.8mm的圆柱形试样，然后将压坯试样在体积百分比为10%的氢气与90%的氮气混合气体中烧结，烧结温度是1120 ，烧结保温时间是25min，将烧结后的样品放在车床上切削，切削后的碎屑用透射电子显微镜观察，采用聚焦离子束的方法制备透射电子显微镜观察用试样，将试样制成厚度为50mm至80mm的薄膜。以透射电子显微镜观察薄膜样品，发现其上有两种MnS颗粒，第一种颗粒的外形近似球形，这种颗粒通常是由MnS和(MnSiO3)两相的混合物组成，第二种颗粒的形状为棒状，由MnS单相构成。
讨论：(MnSiO3)较MnS硬，MnS和(MnSiO3)两相的混合物较MnS单相更有利于产生应力集中，MnS和(MnSiO3)两相混合物的存在降低了MnS的塑性，有利于形成微裂纹和碎屑。虽然纯MnS相产生应力集中的效果并不如MnS和(MnSiq)两相的混合物，但MnS相可起到热弹性切变带的作用，在第二切变区有利于提高其机械加工性能。碎屑形成时材料内部产生的形变是不均匀的，虽然大多数形变发生在主要切变区，在第二切变区也产生了相当大的形变，MnS和(MnSiq)两相的混合物在第二切变区产生的作用不如其在主要切变区大，因为MnS和(MnSiq)两相的混合物对应力集中的贡献主要产生于其从主要切变区向第二切变区相对运动时，同时切削工具的移动也会改变材料中的应力分布。而MnS相在第二切变区产生的作用更大，MnS相能减少应变区的宽度，减少应变区的宽度可减少切削工具运动的阻力，提高刀具切削的速度，因此切削时MnS对刀具与碎屑的润滑作用可能并不如原设想的重要。
结论：在切削工具尖端的主要切变区对应力集中贡献大的是由MnS和(MnSiq)两相组成的混合物，而不是单相MnS，在第二切变区MnS对减少流变区和切削工具与碎屑的摩擦方面发挥了重要作用，MnS在切削过程中润滑的作用可能并没有原来想象的那么重要。
4 [1 D/ w! \: J  q6 P0 A文章关键词： 粉末冶金