添加MnS等第二相顆粒是提高粉末冶金制品機(jī)械加工性能的一種常用手段，一些研究甚至認(rèn)為向預(yù)合金粉中加入MnS粉是提高粉末冶金零件機(jī)械加工性能的最好方法。
解釋添加MnS改善材料機(jī)械加工性能的理論主要有兩個(gè)：目前被普遍接受的MnS提高材料機(jī)械加工性能的解釋是MnS提高了材料的易切削性能，認(rèn)為MnS在切削工具和碎屑之間起到了潤(rùn)滑作用；而另一種理論認(rèn)為：損失在切削工具與碎屑表面的能量?jī)H占切削過(guò)程總能量消耗的約20，大部分能量損失在切削工具尖端的主要切變區(qū)。
為了調(diào)和這兩種對(duì)立的理論，本次實(shí)驗(yàn)以透射電子顯微鏡觀(guān)察碎屑的形成過(guò)程和切削過(guò)程中MnS顆粒的作用。
試驗(yàn)方法：向FC-0205合金粉中添加質(zhì)量百分比為0.5%的MnS粉配成預(yù)合金粉，將預(yù)合金粉壓制成密度為6.8g/cm3直徑為38.1mm、高為 50.8mm的圓柱形試樣，然后將壓坯試樣在體積百分比為10%的氫氣與90%的氮?dú)饣旌蠚怏w中燒結(jié)，燒結(jié)溫度是1120 ，燒結(jié)保溫時(shí)間是25min，將燒結(jié)后的樣品放在車(chē)床上切削，切削后的碎屑用透射電子顯微鏡觀(guān)察，采用聚焦離子束的方法制備透射電子顯微鏡觀(guān)察用試樣，將試樣制成厚度為50mm至 80mm的薄膜。以透射電子顯微鏡觀(guān)察薄膜樣品，發(fā)現(xiàn)其上有兩種MnS顆粒，第一種顆粒的外形近似球形，這種顆粒通常是由MnS和(MnSiO3)兩相的混合物組成，第二種顆粒的形狀為棒狀，由MnS單相構(gòu)成。
討論：(MnSiO3)較MnS硬，MnS和(MnSiO3)兩相的混合物較MnS單相更有利于產(chǎn)生應(yīng)力集中，MnS和(MnSi)3)兩相混合物的存在降低了MnS的塑性，有利于形成微裂紋和碎屑。雖然純MnS相產(chǎn)生應(yīng)力集中的效果并不如MnS和(MnSiq)兩相的混合物，但MnS相可起到熱彈性切變帶的作用，在第二切變區(qū)有利于提高其機(jī)械加工性能。碎屑形成時(shí)材料內(nèi)部產(chǎn)生的形變是不均勻的，雖然大多數(shù)形變發(fā)生在主要切變區(qū)，在第二切變區(qū)也產(chǎn)生了相當(dāng)大的形變，MnS和(MnSiq)兩相的混合物在第二切變區(qū)產(chǎn)生的作用不如其在主要切變區(qū)大，因?yàn)镸nS和(MnSiq)兩相的混合物對(duì)應(yīng)力集中的貢獻(xiàn)主要產(chǎn)生于其從主要切變區(qū)向第二切變區(qū)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，同時(shí)切削工具的移動(dòng)也會(huì)改變材料中的應(yīng)力分布。而MnS相在第二切變區(qū)產(chǎn)生的作用更大，MnS相能減少應(yīng)變區(qū)的寬度，減少應(yīng)變區(qū)的寬度可減少切削工具運(yùn)動(dòng)的阻力，提高刀具切削的速度，因此切削時(shí)MnS對(duì)刀具與碎屑的潤(rùn)滑作用可能并不如原設(shè)想的重要。
結(jié)論：在切削工具尖端的主要切變區(qū)對(duì)應(yīng)力集中貢獻(xiàn)大的是由MnS和(MnSiq)兩相組成的混合物，而不是單相MnS，在第二切變區(qū)MnS對(duì)減少流變區(qū)和切削工具與碎屑的摩擦方面發(fā)揮了重要作用，MnS在切削過(guò)程中潤(rùn)滑的作用可能并沒(méi)有原來(lái)想象的那么重要。
注：本文獲2003年美國(guó)金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會(huì)粉末冶金金相論文競(jìng)賽研究和開(kāi)發(fā)類(lèi)并列第一名。
解釋添加MnS改善材料機(jī)械加工性能的理論主要有兩個(gè)：目前被普遍接受的MnS提高材料機(jī)械加工性能的解釋是MnS提高了材料的易切削性能，認(rèn)為MnS在切削工具和碎屑之間起到了潤(rùn)滑作用；而另一種理論認(rèn)為：損失在切削工具與碎屑表面的能量?jī)H占切削過(guò)程總能量消耗的約20，大部分能量損失在切削工具尖端的主要切變區(qū)。
為了調(diào)和這兩種對(duì)立的理論，本次實(shí)驗(yàn)以透射電子顯微鏡觀(guān)察碎屑的形成過(guò)程和切削過(guò)程中MnS顆粒的作用。
試驗(yàn)方法：向FC-0205合金粉中添加質(zhì)量百分比為0.5%的MnS粉配成預(yù)合金粉，將預(yù)合金粉壓制成密度為6.8g/cm3直徑為38.1mm、高為 50.8mm的圓柱形試樣，然后將壓坯試樣在體積百分比為10%的氫氣與90%的氮?dú)饣旌蠚怏w中燒結(jié)，燒結(jié)溫度是1120 ，燒結(jié)保溫時(shí)間是25min，將燒結(jié)后的樣品放在車(chē)床上切削，切削后的碎屑用透射電子顯微鏡觀(guān)察，采用聚焦離子束的方法制備透射電子顯微鏡觀(guān)察用試樣，將試樣制成厚度為50mm至 80mm的薄膜。以透射電子顯微鏡觀(guān)察薄膜樣品，發(fā)現(xiàn)其上有兩種MnS顆粒，第一種顆粒的外形近似球形，這種顆粒通常是由MnS和(MnSiO3)兩相的混合物組成，第二種顆粒的形狀為棒狀，由MnS單相構(gòu)成。
討論：(MnSiO3)較MnS硬，MnS和(MnSiO3)兩相的混合物較MnS單相更有利于產(chǎn)生應(yīng)力集中，MnS和(MnSi)3)兩相混合物的存在降低了MnS的塑性，有利于形成微裂紋和碎屑。雖然純MnS相產(chǎn)生應(yīng)力集中的效果并不如MnS和(MnSiq)兩相的混合物，但MnS相可起到熱彈性切變帶的作用，在第二切變區(qū)有利于提高其機(jī)械加工性能。碎屑形成時(shí)材料內(nèi)部產(chǎn)生的形變是不均勻的，雖然大多數(shù)形變發(fā)生在主要切變區(qū)，在第二切變區(qū)也產(chǎn)生了相當(dāng)大的形變，MnS和(MnSiq)兩相的混合物在第二切變區(qū)產(chǎn)生的作用不如其在主要切變區(qū)大，因?yàn)镸nS和(MnSiq)兩相的混合物對(duì)應(yīng)力集中的貢獻(xiàn)主要產(chǎn)生于其從主要切變區(qū)向第二切變區(qū)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，同時(shí)切削工具的移動(dòng)也會(huì)改變材料中的應(yīng)力分布。而MnS相在第二切變區(qū)產(chǎn)生的作用更大，MnS相能減少應(yīng)變區(qū)的寬度，減少應(yīng)變區(qū)的寬度可減少切削工具運(yùn)動(dòng)的阻力，提高刀具切削的速度，因此切削時(shí)MnS對(duì)刀具與碎屑的潤(rùn)滑作用可能并不如原設(shè)想的重要。
結(jié)論：在切削工具尖端的主要切變區(qū)對(duì)應(yīng)力集中貢獻(xiàn)大的是由MnS和(MnSiq)兩相組成的混合物，而不是單相MnS，在第二切變區(qū)MnS對(duì)減少流變區(qū)和切削工具與碎屑的摩擦方面發(fā)揮了重要作用，MnS在切削過(guò)程中潤(rùn)滑的作用可能并沒(méi)有原來(lái)想象的那么重要。
注：本文獲2003年美國(guó)金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會(huì)粉末冶金金相論文競(jìng)賽研究和開(kāi)發(fā)類(lèi)并列第一名。
