铁基粉末冶金件热处理及烧结硬化工艺研究

摘要

烧结硬化粉末冶金材料在烧结后不需进行专门热处理就可获得满意的力学性能,具有省时、节能、清洁等特点,满足了当今降低成本、节约能源、保护环境的要求,具有广阔的发展前景。在欧美烧结硬化正逐渐成为一种低成本生产高强度和高硬度铁基结构零件的方法,但国内现有的关于烧结硬化工艺的研究报道极少。因此,对烧结硬化的研究就显得十分迫切和有意义。
　　 本文采用工艺简单、成本低廉的元素混合法制备烧结硬化粉,通过行星式球磨机将合金元素粉末、石墨粉、润滑剂按一定比例与铁粉均匀混合得到原料粉末。混合粉末经球磨混料、压制和烧结等传统粉末冶金工序后,再采用控制冷却速度的热处理工艺模拟实际烧结硬化的冷却过程,从而研究制备工艺及合金元素对材料组织和性能的影响规律。
　　 本文以合金Fe-1.4Ni-1.2Mo-2.0Cu-0.8C为基础成分进行了研究,探讨了粉末的球磨加工工艺以及试样的烧结与热处理工艺等过程对其组织与性能的影响规律。结果表明:随球磨转速增大,合金粉末经压制烧结后的材料密度提高、性能改善;而球磨时间延长,试样烧结后性能变差。因此,混合粉在转速350n/min下球磨4小时时,所获得的粉末制备性能最优。
　　 对烧结温度研究表明,随着烧结温度的提高,在相同保温时间下元素扩散得更为均匀,试样烧结后的性能也有大幅提高。而烧结时间的延长对试样性能会产生不利影响。综合考虑,烧结温度1200℃下保温30分钟的烧结工艺参数较为合适。
　　 对控制冷却研究表明,随着冷却速度的增大,合金组织中马氏体含量增加,试样的硬度大幅上升;但冷却速度升高,试样的抗拉强度降低,冲击韧性先增大后减小。
　　 本文在合金Fe-1.4Ni-1.2Mo-2.0Cu-0.8C的基础上,改变碳(C)、铜(Cu)、镍(Ni)、钼(Mo)四种元素含量,研究了材料在热处理后性能的变化规律。结果表明:随着C、Cu、Mo元素含量的增加,试样烧结后的尺寸收缩率和密度均下降;而随着Ni元素含量的增加,试样烧结后的尺寸收缩率和密度增大。
　　 试样热处理后得到珠光体、贝氏体和马氏体的混合组织。随着C、Cu、Mo、Ni含量的增加,试样的淬透性提高,试样组织中马氏体含量增加,试样的硬度升高。
　　 本文研究结果表明:三种合金Fe-1.4Ni-1.2Mo-2.0Cu-0.8C、Fe-3.0Ni-1.2Mo-2.0Cu-0.8C和Fe-1.4Ni-1.9Mo-2.0Cu-0.8C都能满足烧结硬化要求,具有较优的综合性能,组织组成主要为马氏体,硬度达到26HRC～32HRC。
　　 虽然本论文由于实验条件的限制,未能在实际的生产设备或实验装置上对试验合金进行烧结硬化试验,但本文的结果对于烧结硬化合金的成分和工艺设计具有很好的参考作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 粉末冶金发展概述

1．1．1 粉末冶金的基本概念

1．1．2 粉末冶金的发展

1．1．3 铁基粉末冶金零部件的应用

1．2 烧结硬化铁基粉末冶金材料

1．2．1 概述

1．2．2 烧结硬化原理

1．2．3 烧结硬化工艺

1．3 烧结硬化材料的研究现状及新技术

1．3．1 研究现状

1．3．2 新技术的开发

1．4 本课题的研究背景、目的和研究内容

1．4．1 课题的选题背景及研究目的

1．4．2 本课题研究内容

参考文献

第二章 试验过程及研究方法

2．1 试验方法

2．2 原材料性质

2．3 工艺设备及参数

2．3．1 粉末的混合

2．3．2 生坯压制

2．3．3 烧结

2．3．4 热处理

2．4 性能测试

2．4．1 尺寸变化率

2．4．2 密度测试

2．4．3 力学性能测试

2．4．4 显微组织研究

2．4．5 碳(C)含量测试

第三章 工艺参数对粉末冶金钢烧结态性能的影响

3．1 合金成分设计与碳的增配

3．2 球磨工艺的影响

3．2．1 球磨机转速对材料组织和性能的影响

3．2．2 球磨时间的影响

3．2．3 分析与讨论

3．3 压制压力的影响

3．3．1 压制压力对于材料组织的影响

3．3．2 压制压力对于材料致密化和力学性能的影响

3．3．3 压制压力对于材料冲击断口的影响

3．3．4 分析与讨论

3．4 烧结温度和时间的影响

3．4．1 烧结温度的影响

3．4．2 烧结时间的影响

3．5 冷却速度的影响

3．5．1 四种不同的冷却速度

3．5．2 冷却速度对于材料微观组织的影响

3．5．3 冷却速度对于材料力学性能的影响

3．6 本章结论

参考文献

第四章 合金元素对粉末冶金钢烧结硬化性能的影响

4．1 C元素对粉末冶金钢性能的影响

4．1．1 碳含量改变对烧结态密度与尺寸收缩率的影响

4．1．2 两种冷却速度下C含量改变对组织的影响

4．1．3 两种冷却速度下C含量改变对力学性能的影响

4．1．4 分析与讨论

4．2 Cu含量对材料组织与性能的影响

4．2．1 铜含量改变对烧结态密度与尺寸收缩率的影响

4．2．2 两种冷却速度下铜含量改变对组织的影响

4．2．3 两种冷却速度下铜含量改变对力学性能的影响

4．2．4 分析与讨论

4．3 Ni含量对材料组织与性能的影响

4．3．1 烧结态密度与尺寸收缩率

4．3．2 两种冷却速度下Ni含量改变对组织的影响

4．3．3 两种冷却速度下Ni含量改变对力学性能的影响

4．3．4 分析与讨论

4．4 Mo含量对材料组织与性能的影响

4．4．1 烧结态密度与尺寸收缩率

4．4．2 两种冷却速度下Mo含量改变对组织的影响

4．4．3 两种冷却速度下Mo含量改变对力学性能的影响

4．4．4 分析与讨论

4．5 分析与讨论

4．5．1 钢中的各组织转变特点

4．5．2 钢中各组织的强化机理

4．5．3 C、Cu、Ni、Mo对烧结硬化的相对影响

4．6 本章结论

参考文献

第五章 主要结论

作者在学期间发表的论文

致谢