拉伸試驗(yàn)疲勞試驗(yàn)測(cè)試

拉伸強(qiáng)度是金屬注射成型材料的主要力學(xué)性能。

鑒于MIM零件形狀設(shè)計(jì)的特殊規(guī)則（近凈成形），很明顯，制造的拉伸試樣不需要進(jìn)行切削加工。

這在節(jié)省費(fèi)用與技術(shù)兩方面都有明顯好處。

因?yàn)镸IM通常是一種最終形或近終形制造工藝，其技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是試驗(yàn)試樣的表面狀態(tài)和MIM零件實(shí)際出來的表面狀態(tài)一樣。

這就是為什么MIM產(chǎn)業(yè)在初期階段就開發(fā)出了自己的拉伸試驗(yàn)試樣的幾何形狀。這些MIM試樣，都是有美國金屬注射成型協(xié)會(huì)最早提出與設(shè)計(jì)的，并為ISO2740標(biāo)準(zhǔn)（關(guān)于此標(biāo)準(zhǔn)，見文末備注信息，我們的網(wǎng)站會(huì)上傳此標(biāo)準(zhǔn)的文檔，請(qǐng)關(guān)注）所采用，規(guī)定為粉末冶金的拉伸試驗(yàn)試樣。

歐洲的MIM零件生產(chǎn)廠家發(fā)現(xiàn)，倘若模具充填不均勻，在為了便于夾緊而在試驗(yàn)試樣頂端開的孔處會(huì)形成焊接線或裂紋，這可能導(dǎo)致試驗(yàn)試樣在標(biāo)距長(zhǎng)度以外發(fā)生斷裂。為了避免發(fā)生這種狀況，推薦增加了新的試樣，其形狀和MIM的差不多，但是在頂端沒有孔。

歐洲MIM產(chǎn)業(yè)致力于按照有限元分析（FEA）與其他設(shè)計(jì)軟件提供給設(shè)計(jì)工程師以全面的材料性能數(shù)據(jù)。

這些特性的測(cè)定，特別是疲勞性能的測(cè)定，是非常昂貴而且費(fèi)時(shí)間的。

因此，至今沒有幾個(gè)數(shù)據(jù)可用，但是，這也表明，熱處理MIM鋼件的疲勞性能潛力是很大的。

2004年，EPMA和MPIF與JPMA一起創(chuàng)辦了網(wǎng)站：http://www.pmdatabase.com，提供給樂于了解自己設(shè)計(jì)項(xiàng)目的粉末冶金材料性能的設(shè)計(jì)工程師以標(biāo)準(zhǔn)參考資料。這個(gè)數(shù)據(jù)庫匯集了2007年以后MIM材料性能，對(duì)于注冊(cè)者可免費(fèi)試用。

高負(fù)載應(yīng)用的MIM材料

選擇了兩種鋼作為可熱處理的高強(qiáng)度材料的代表：沉淀硬化MIM-17-4PH不銹鋼與低合金鋼MIM-4340鋼。后者是常用的淬火與回火熱處理的代表。

已經(jīng)證明了用MIM工藝生產(chǎn)的這些鋼的高強(qiáng)度潛力，并且，可將其結(jié)果作為開發(fā)高負(fù)載應(yīng)用的基礎(chǔ)。

1.熱處理

為了在高強(qiáng)度與硬度和足夠高的韌性和延展性之間能達(dá)到平衡，選擇了MIM-17-4PH與MIM-4340進(jìn)行熱處理。

MIM-17-4PH：固溶處理，1050℃。1H，在真空中；時(shí)效處理，480℃，4H，在空氣中。

MIM-4340：正火，870℃，20min，在真空中；油淬火、回火，425℃，2H，在空氣中。

2.疲勞強(qiáng)度

為了使數(shù)據(jù)具有代表性，研究了由幾個(gè)MIM零件制造廠提供的實(shí)驗(yàn)試樣。

在頻率20Hz下，用戶R=0負(fù)載模式（拉-拉實(shí)驗(yàn)），進(jìn)行了軸向疲勞試驗(yàn)。按照ISO2740，采用成型狀態(tài)下的拉伸試樣（即對(duì)試驗(yàn)試樣標(biāo)距長(zhǎng)度的表面不進(jìn)行切削加工、磨加工或拋光）。

在2x105周下測(cè)定了疲勞極限。

MIM-17-4PH得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示。曲線表明一些生產(chǎn)廠家的試樣的疲勞壽命比另一些廠家的長(zhǎng)。預(yù)料通過使制造、表面質(zhì)量及熱處理最佳化，可改進(jìn)疲勞壽命。測(cè)定的疲勞強(qiáng)度的下線為280MPa。

MIM-17-4PH軸向疲勞試驗(yàn)曲線（R=0）

（不同標(biāo)記符號(hào)表示不同廠家）

MIM-4340材料試樣的表面質(zhì)量高，雖然總孔隙度為4%，但表面或表面下的空隙都很小。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，對(duì)于鍛壓的SAE4340材料，用同樣熱處理方法后用平面彎曲進(jìn)行試驗(yàn)，于106周下的疲勞強(qiáng)度約為660MPa。用MIM-4340材料的到的結(jié)果是，疲勞極限約為500MPa（如下圖）。

MIM-4340軸向疲勞試驗(yàn)曲線（R=0）

這些結(jié)果都證明，倘若在MIM零件制造中特別小心的話，MIM材料的疲勞強(qiáng)度是可以達(dá)到期望值的。為了達(dá)到適當(dāng)?shù)钠谛阅?，要特別注意模具處理，例如，模具的分型線（因?yàn)榻^大多數(shù)失效都是沿著這條線發(fā)生的）與高得表面質(zhì)量。

焊接方法分熔焊、壓焊和釬焊三類，釬焊以其外形美觀、高效率和可實(shí)現(xiàn)異種金屬等特殊材料之間的連接等優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛的應(yīng)用[6]。釬焊是采用熔點(diǎn)低于母材的釬料，在低于母材固相線、高于釬料液相線的操作溫度下，通過熔化的釬料將母材連接在一起的焊接技術(shù)[7]。相比熔化焊，釬焊接頭的強(qiáng)度較低，耐熱、耐腐蝕性能及疲勞性能較差，不適用于一般鋼結(jié)構(gòu)和重載、動(dòng)載機(jī)件的焊接[8]。萬能材料試驗(yàn)機(jī)所用試樣尺寸較大，具有動(dòng)態(tài)載荷大、加載精度低等問題。為此，微小型原位材料拉伸試驗(yàn)機(jī)得到快速發(fā)展[9-12]，其具有非常高的測(cè)量精度，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)低速率、低幅值施加載荷，還可借助顯微成像設(shè)備對(duì)試樣進(jìn)行原位觀察，從而更加準(zhǔn) 確地測(cè)試評(píng)價(jià)焊接件的疲勞性能與疲勞壽命。本研究開發(fā)了一種可用于疲勞試驗(yàn)研究的原 位拉伸實(shí)驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)而以典型釬焊結(jié)構(gòu)件為示范開展 了拉壓疲勞試驗(yàn)研究。另外，對(duì)比分析了焊接件試 樣在26 ℃、40 ℃和80 ℃環(huán)境中貯存后的拉壓疲勞 壽命，以及循環(huán)載荷對(duì)焊接件疲勞壽命的影響，最 終確定了焊接件疲勞試驗(yàn)后斷口的顯微形貌與斷 裂特征。