使用粉末冶金（P/M）工艺制造汽车动力系统零件的情况不断增加。粉末冶金工艺制造的零件具有许多重要而独特的优点。这些零件中有意留下的多孔结构有利于自润滑和隔音。传统铸造工艺难以生产或无法生产的复杂合金，也可采用 P / M 技术生产。采用这种技术制造的零件通常加工能力很小或没有加工能力，因此成本更低，材料浪费更少。遗憾的是，在这些特点的背后，P / M 零件很难加工。
尽管加工/制造行业的初衷之一是消除所有加工，但这一目标尚未实现。大多数零件只能 "接近最终形状"，仍然需要进行一些精加工。
不过，与铸件和锻件相比，P/M 部件需要去除的少量材料是典型的耐磨材料。
多孔结构是使 p / M 零件具有广泛用途的特性之一，但多孔结构也会损害刀具寿命。多孔结构可以储存油和声音，但也会导致微间歇切削。在孔与固体颗粒之间来回移动时，刀尖会不断受到冲击，从而导致极小的疲劳断裂变形和沿切削刃的细微刃口塌陷。更糟糕的是，颗粒通常非常坚硬。即使被测材料的宏观硬度在 20 至 35 度之间，但部件的颗粒度却高达 60 度。这些硬质颗粒会造成严重而快速的边缘磨损。许多 p / M 零件都可以进行热处理，热处理后材料的硬度和强度都会提高。最后，由于烧结和热处理技术以及使用的气体，材料表面会含有坚硬耐磨的氧化物和/或碳化物。
P / M 零部件的性能
P / M 零件的大多数性能，包括可切削性，不仅与合金的化学成分有关，还与多孔结构的孔隙率水平有关。许多结构零件的孔隙率高达 15% ～ 20%。用作过滤装置的部件的孔隙率可能高达 50%。在该系列的另一端，锻造或臀部零件的孔隙率仅为 1%或更低。这些材料在汽车和飞机应用中变得尤为重要，因为它们可以达到更高的强度。随着密度的增加，P/M 合金的抗拉强度、韧性和延展性也会增加，而且由于孔隙率对刀尖有害，因此加工性能也会得到改善。气孔率的增加可以改善零件的隔音性能。标准件的阻尼振荡在 P / M 零件中明显减小，这对机床、空调吹管和气动工具非常重要。自润滑齿轮也需要高孔隙率。
加工困难
虽然 P / M 工业不断发展的目标之一是消除机械加工，而且 P / M 工艺的主要吸引力之一是只需少量加工，但许多零件仍然需要进行后处理，以获得更高的精度或更好的表面光洁度。遗憾的是，加工这些零件极其困难。遇到的大多数问题都是由气孔引起的。气孔会导致切削刃产生微疲劳。切削刃不断地切入和切出。它在颗粒和孔洞之间穿行。反复的微小冲击会导致切削刃产生微小裂纹。
这些疲劳裂纹不断扩大，直至切削刃崩裂。这种微崩边通常很小，通常表现为正常的磨料磨损。多孔也会降低 P / M 零件的导热性，从而导致切削刃温度过高，造成凹坑磨损和变形。内部连通的多孔结构为切削液排出切削区域提供了通道。这可能导致热裂纹或变形，尤其是在钻孔时。
内部多孔结构导致的表面积增加也会在热处理过程中导致氧化和/或碳化。如前所述，这些氧化物和碳化物坚硬耐磨。
多孔结构还会导致零件硬度读数失效，这一点极为重要。在有意测量 P / M 零件的宏观硬度时，会将孔硬度因素考虑在内。多孔结构会导致结构坍塌，并给人一种相对较软零件的错误印象。颗粒要坚硬得多。如上所述，两者的差别是巨大的。
永磁零件中存在夹杂物也是不利因素。在加工过程中，这些颗粒会被从表面拉起，在刀具前摩擦时会在零件表面形成划痕或刮痕。这些夹杂物通常较大，会在零件表面留下明显的孔洞。
碳含量的不同会导致机加工性能的不一致。例如，fc0208 合金的含碳量从 0. 6% 到 0. 9% 不等。含碳量为 0. 9% 的一批材料相对较硬，因此刀具寿命较差。而另一批含碳量为 0. 6% 的材料则具有极佳的工具寿命。这两种合金都在允许范围内。
最后的加工问题与 P / M 零件的切削类型有关。由于工件接近最终形状，切削深度通常很浅。这就需要一个自由的切削刃。切削刃上的切屑堆积通常会导致微小崩角。
加工技术
为了克服这些问题，我们采用了几种（行业独有的）技术。表面多孔结构通常是通过渗透来密封的。通常需要额外的自由切削。最近，还采用了改进的粉末生产技术，旨在提高粉末清洁度，减少热处理过程中的氧化物和碳化物。
封闭表面多孔结构是通过金属（通常是铜）或聚合物渗入实现的。据推测，渗入起到了润滑作用。大多数实验数据表明，封闭表面多孔结构的真正优势在于防止切削刃的微疲劳。颤振的减少提高了刀具寿命和表面光洁度。最显著的浸润效果显示，当多孔结构被封闭时，刀具寿命延长了 200%。
众所周知，MNS、s、MoS2、MgSiO3 和 BN 等添加剂可延长刀具寿命。这些添加剂能使切屑更容易与工件分离、断屑、防止切屑堆积并润滑切削刃，从而提高加工性能。增加添加剂的用量可以提高加工性能，但会降低强度和韧性。
控制烧结和热处理炉气体的粉末雾化技术使生产清洁的粉末和零件成为可能，从而最大限度地减少夹杂物和表面氧化碳化物的出现。
工具材料
在 P / M 行业中，使用最广泛的工具是那些耐磨、抗刃裂、表面光洁度好且无切屑的材料。这些特性适用于任何加工操作，尤其是加工 P / M 零件。这类刀具材料包括立方氮化硼（CBN）刀具、无涂层和涂层金属陶瓷，以及改良涂层烧结硬质合金。
CBN 工具因其高硬度和耐磨性而备受青睐。这种刀具多年来一直用于加工洛氏硬度 45 以上的钢和铸铁。然而，由于 P / M 合金的独特性质以及显微硬度和宏观硬度之间的显著差异，CBN 工具可用于加工洛氏硬度为 25 的 P / M 零件。关键参数是颗粒硬度。当颗粒硬度超过洛氏硬度 50 度时，无论宏观硬度值如何，都可以使用 CBN 工具。这些工具的明显局限性是缺乏韧性。在断续切削或孔隙率较高的情况下，必须对边缘进行强化，包括负倒角和重珩磨。经过珩磨的切削刃可以进行简单的轻度切削。
有几种有效的 CBN 材料。韧性最好的材料主要由整个 CBN 组成。它们具有极佳的韧性，因此可用于粗加工。它们的局限性通常与表面光洁度有关。这主要取决于构成刀具的单个 CBN 颗粒。当颗粒从切削刃上脱落时，会影响工件材料的表面。不过，细颗粒刀具脱落一个颗粒的情况并不严重。
通常使用的 CBN 材料具有较高的 CBN 含量和中等粒度。CBN 精加工刀片颗粒细小，CBN 含量低。当需要轻度切削和表面光洁度或加工的合金硬度特别高时，CBN 精加工刀片最为有效。
在许多切削应用中，刀具寿命与材料类型无关。换句话说，任何 CBN 材料都能达到类似的刀具寿命。在这种情况下，材料的选择主要基于每个切削刃的最低成本。一个圆形刀片有一个完整的 CBN 顶面，可以提供四个或更多切削刃，这比四个镶嵌式 CBN 刀片便宜。
当 P / M 零件的硬度低于洛氏硬度 35 度，而颗粒的硬度在该范围内时，金属陶瓷通常是选择之一。金属陶瓷的硬度很高，能有效防止切屑堆积，并能承受高速运转。此外，由于金属陶瓷一直用于钢和不锈钢的高速和精加工，因此通常具有理想的几何沟槽，适用于接近成型的零件。
Today 的金属陶瓷冶金工艺复杂，含有多达 11 种合金元素。它们通常由 TiCN 颗粒和镍钼粘合剂烧结而成。TiCN 具有硬度、抗积屑性和化学稳定性，这对成功使用金属陶瓷非常重要。此外，这些工具通常具有较高的粘合剂含量，这意味着它们具有良好的韧性。总之，它们具备有效加工 P / M 合金的所有特性。几种有效的金属陶瓷就像碳化钨烧结硬质合金一样，粘合剂含量越高，韧性越好。
众所周知，中温化学气相沉积（Mtcvd）是一项相对较新的技术，它也为轧制/轧制工业带来了优势。中温化学气相沉积（Mtcvd）保留了传统化学气相沉积（CVD）的所有耐磨性和耐坑磨性，而且还客观地提高了韧性。韧性的提高主要来自裂纹的减少。涂层在高温下沉积，然后在炉中冷却。当工具达到室温时，由于热膨胀不一致，涂层会出现裂纹。与平板玻璃上的划痕类似，这些裂纹会降低切削刃的强度。mtcvd 的沉积温度较低，因此裂纹频率较低，切削刃的韧性较好。
当 CVD 涂层和 mtcvd 涂层的基底具有相同的特性和边缘修整时，它们的韧性差异就会显现出来。在要求边缘韧性的应用中，mtcvd 涂层的性能优于 CVD 涂层。通过分析，在加工具有多孔结构的 P / M 零件时，边缘韧性非常重要。Mtcvd 涂层的性能优于 CVD 涂层。
与 mtcvd 或 CVD 涂层相比，物理气相沉积（PVD）涂层更薄，耐磨性更差。不过，PVD 涂层在应用中可以承受巨大的冲击力。当切削过程中出现磨料磨损、CBN 和金属陶瓷太脆且需要极佳的表面光洁度时，PVD 涂层就很有效。
例如，以 180 米/分钟的线速度和 0. 15 毫米/转的进给量加工 C-2 硬质合金的切削刃 fc0205。加工 20 个零件后，积屑会导致微塌陷。使用 PVD 氮化钛 (TIN) 涂层时，可抑制切屑堆积，延长刀具寿命。在本试验中使用锡涂层时，P/M 零件的磨料磨损特性预计在使用 TiCN 涂层时会更有效。TiCN 的抗切屑堆积性能与锡几乎相同，但比锡更硬更耐磨。
多孔结构非常重要，它会影响 fc0208 合金的加工性能。当多孔结构和特性发生变化时，不同的刀具材料会提供相应的优势。当密度较低时（6. 4g/cm3），宏观硬度较低。在这种情况下，mtcvd 涂层硬质合金可提供最佳的刀具寿命。切削刃的微疲劳非常重要，刃口韧性也非常重要。在这种情况下，韧性好的硬质合金刀片可提供最长的刀具寿命。
当生产密度为 6.8g/cm3 的相同合金时，磨料磨损比边缘裂纹更重要。在这种情况下，mtcvd 涂层可提供最佳的刀具寿命。PVD 涂层硬质合金用于测试两种类型的极硬工件，它在接触切削刃时会断裂。
当速度增加时（线速度超过每分钟 300 米），硬质合金甚至涂层硬质合金都会产生凹坑磨损。涂层硬质合金更为合适，尤其是当涂层硬质合金的切削刃韧性较好时。Mtcvd 涂层对于富钴区域的硬质合金尤其有效。
硬质合金最常用于车削和镗孔。PVD 涂层硬质合金是螺纹加工的理想材料，因为它的加工速度较低，而且更容易堆积。
