拉伸试验疲劳试验测试

拉伸强度是金属注射成型材料的主要力学性能。

鉴于MIM零件形状设计的特殊规则（近净成形），很明显，制造的拉伸试样不需要进行切削加工。

这在节省费用与技术两方面都有明显好处。

因为MIM通常是一种最终形或近终形制造工艺，其技术的优势是试验试样的表面状态和MIM零件实际出来的表面状态一样。

这就是为什么MIM产业在初期阶段就开发出了自己的拉伸试验试样的几何形状。这些MIM试样，都是有美国金属注射成型协会最早提出与设计的，并为ISO2740标准（关于此标准，见文末备注信息，我们的网站会上传此标准的文档，请关注）所采用，规定为粉末冶金的拉伸试验试样。

欧洲的MIM零件生产厂家发现，倘若模具充填不均匀，在为了便于夹紧而在试验试样顶端开的孔处会形成焊接线或裂纹，这可能导致试验试样在标距长度以外发生断裂。为了避免发生这种状况，推荐增加了新的试样，其形状和MIM的差不多，但是在顶端没有孔。

欧洲MIM产业致力于按照有限元分析（FEA）与其他设计软件提供给设计工程师以全面的材料性能数据。

这些特性的测定，特别是疲劳性能的测定，是非常昂贵而且费时间的。

因此，至今没有几个数据可用，但是，这也表明，热处理MIM钢件的疲劳性能潜力是很大的。

2004年，EPMA和MPIF与JPMA一起创办了网站：http://www.pmdatabase.com，提供给乐于了解自己设计项目的粉末冶金材料性能的设计工程师以标准参考资料。这个数据库汇集了2007年以后MIM材料性能，对于注册者可免费试用。

高负载应用的MIM材料

选择了两种钢作为可热处理的高强度材料的代表：沉淀硬化MIM-17-4PH不锈钢与低合金钢MIM-4340钢。后者是常用的淬火与回火热处理的代表。

已经证明了用MIM工艺生产的这些钢的高强度潜力，并且，可将其结果作为开发高负载应用的基础。

1.热处理

为了在高强度与硬度和足够高的韧性和延展性之间能达到平衡，选择了MIM-17-4PH与MIM-4340进行热处理。

MIM-17-4PH：固溶处理，1050℃。1H，在真空中；时效处理，480℃，4H，在空气中。

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

2.疲劳强度

为了使数据具有代表性，研究了由几个MIM零件制造厂提供的实验试样。

在频率20Hz下，用户R=0负载模式（拉-拉实验），进行了轴向疲劳试验。按照ISO2740，采用成型状态下的拉伸试样（即对试验试样标距长度的表面不进行切削加工、磨加工或抛光）。

在2x105周下测定了疲劳极限。

MIM-17-4PH得到的实验结果如下图所示。曲线表明一些生产厂家的试样的疲劳寿命比另一些厂家的长。预料通过使制造、表面质量及热处理最佳化，可改进疲劳寿命。测定的疲劳强度的下线为280MPa。

MIM-17-4PH轴向疲劳试验曲线（R=0）

（不同标记符号表示不同厂家）

MIM-4340材料试样的表面质量高，虽然总孔隙度为4%，但表面或表面下的空隙都很小。根据文献报道，对于锻压的SAE4340材料，用同样热处理方法后用平面弯曲进行试验，于106周下的疲劳强度约为660MPa。用MIM-4340材料的到的结果是，疲劳极限约为500MPa（如下图）。

MIM-4340轴向疲劳试验曲线（R=0）

这些结果都证明，倘若在MIM零件制造中特别小心的话，MIM材料的疲劳强度是可以达到期望值的。为了达到适当的疲劳性能，要特别注意模具处理，例如，模具的分型线（因为绝大多数失效都是沿着这条线发生的）与高得表面质量。

焊接方法分熔焊、压焊和钎焊三类，钎焊以其外形美观、高效率和可实现异种金属等特殊材料之间的连接等优势，得到了广泛的应用[6]。钎焊是采用熔点低于母材的钎料，在低于母材固相线、高于钎料液相线的操作温度下，通过熔化的钎料将母材连接在一起的焊接技术[7]。相比熔化焊，钎焊接头的强度较低，耐热、耐腐蚀性能及疲劳性能较差，不适用于一般钢结构和重载、动载机件的焊接[8]。万能材料试验机所用试样尺寸较大，具有动态载荷大、加载精度低等问题。为此，微小型原位材料拉伸试验机得到快速发展[9-12]，其具有非常高的测量精度，不仅能够实现低速率、低幅值施加载荷，还可借助显微成像设备对试样进行原位观察，从而更加准 确地测试评价焊接件的疲劳性能与疲劳寿命。本研究开发了一种可用于疲劳试验研究的原 位拉伸实验台，进而以典型钎焊结构件为示范开展 了拉压疲劳试验研究。另外，对比分析了焊接件试 样在26 ℃、40 ℃和80 ℃环境中贮存后的拉压疲劳 寿命，以及循环载荷对焊接件疲劳寿命的影响，最 终确定了焊接件疲劳试验后断口的显微形貌与断 裂特征。