MIM技术制备的新型Stellite合金性能及应用研究

发布时间：2020-03-18 08:39

【摘要】：Stellite合金具备良好的高温及室温机械性能、优良的耐化学腐蚀性以及生物相容性,而被广泛应用于航空航天、医学、汽车等行业。本研究采用金属粉末注射成型技术(MIM)技术工艺制备了不同成分的Stellite合金,分别研究了其化学成分、微观组织、宏观力学性能以及它们之间的关系。并设计出一种可以应用在锯片行业的新型Stellite合金,探究了这种工件合适的粉末注射成型工艺,制备出了刀头工件。主要取得了以下成果:利用类似于响应曲面设计的方法设计了不同钼、钨、碳含量的Stellite合金。首先对其进行宏观力学性能分析,发现了混用钼和钨会导致Stellite合金的拉伸强度下降50%以上。在碳含量相同时,铬钴钼的Stellite合金的硬度高于铬钴钨的Stellite合金,但是高钨高碳的Stellite合金是个例外。宏观力学性能分析确定最终的成分变量为钼和碳,铬钴钼的Stellite合金的微观结构和物相分析的结果显示,钼碳含量的增加会促进M_7C_3型碳化物转化为M_(23)C_6型碳化物,同时会略微提高碳化物的含量,碳含量的增加会使得M_7C_3型碳化物和M_(23)C_6型碳化物的含量增多。使用图像分割技术对微观组织进行定量化表征,得到铬钴钼Stellite合金各个相和孔的面积分数。建立化学成分、微观结构及硬度三者之间的回归方程,并验证模型的可靠性,指出第三相M_(23)C_6只有满足钼碳比不低于2.11且碳含量不得低于0.152 wt.%才会出现。预测M_(23)C_6碳化物的硬度为70.88 HRC,M_7C_3碳化物的硬度为73.23 HRC,基体的硬度为35.66 HRC,预测结果和文献报道的硬度基本吻合。同时给出了一种硬度约为50 HRC的新型Stellite合金成分。根据所设计的Stellite合金的成分制备预合金粉末,生产刀头工件,并研究其MIM技术的工艺。在研究其注射工艺时,采用ID3算法生成决策树,给注射成型中的4个参数考虑的顺序提供参考,并给出一系列可行的注射工艺,最后制得的工件其拉伸强度为674 MPa,硬度为50.4 HRC,已经在尝试进行中试。
【图文】：

微观组织,自蔓延高温合成技术,合金

图 1-1 不同工艺制备的 Stellite20 的微观组织图[16]a）铸造工艺；b）粉末冶金工艺1.2.2.3 自蔓延高温合成技术自蔓延高温合成技术（SHS）又名燃烧合成技术，是利用化学反应之间产生的反应热来自加热、自传导，从而合成材料的一种技术，当反应物一旦被引燃，便会自动传播到未反应区域，直到反应完全。此方法工艺简便，合成速度快，生产效率高，耗能少，因而得到快速发展，但是此方法有杂质产生，产品成型性较差，因而也限制了其应用。徐仰涛[17]等，利用钨粉、铝粉、四氧化三钴粉、碳粉来制备 Stellite 6 合金，并表征其微观组织测试其化学腐蚀性，由于 Stellite 6 合金的密度远大于合成产生的杂质三氧化二铝的密度，因而能够很好的分离，所制得的 Stellite 合金纯度高。然而研究发现合金并非均匀过饱和固溶体，，碳化物不能充分均匀析出。对其进行进耐化学腐蚀性能的测试，发现燃烧合成的耐中性 NaCl 溶液中腐蚀要优于真空感应熔炼方法制备 Stellite 6 合金。

示意图,堆焊,示意图,基体

哈尔滨工业大学工程学位论文，形成一层兼具基体和熔覆材料二者优势的特殊结合层术，在不耐磨材料的便面镀上耐磨材料，即节约了钴资的能源消耗，同时也提高了零部件的工作环境和使用寿镀层技术中，除了激光熔覆技术外，另一种应用得比较移弧堆焊。其原理为利用工作电极在基体上方以一定的的某些部位间隙很小时，脉冲电源会与基体之间产生放（通常为 10-6～10-5秒）释放能量，使得工作电极与基体。在高温的作用下使两者之间的部分材料熔化、气化或者极材料会源源不断的过渡到基体材料之上，从而在基体积层。其原理图如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.16

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