酰胺类润滑剂及预扩散Cr对Fe基粉末冶金材料组织与性能的影响

发布时间：2020-04-27 11:21

【摘要】：在粉末冶金应用领域中,Fe基粉末冶金材料是目前应用最为广泛的一类材料,广泛应用于汽车等工业中。随着汽车行业的迅猛发展,带动了粉末冶金零件产业的高速增长,汽车性能的不断提高,也对Fe基粉末冶金材料的性能提出了更高的要求。粉末冶金材料中固有孔隙的存在以及显微组织不均匀等问题是影响粉末冶金材料力学性能的两个重要因素,因此降低粉末冶金材料的孔隙度和提高显微组织均匀性对提高Fe基粉末冶金材料的力学性能具有重要意义。本论文以Fe-Ni-Mo-Cu-C系粉末冶金材料为研究对象,采用霍尔流速计、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和力学性能测试等分析和测试手段,研究了添加细石墨粉的乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)和芥酸酰胺复合润滑剂对Fe基粉末及其压坯性能的影响,以及预扩散温度和预扩散时间对含Cr铁基粉末冶金材料组织与性能的影响规律。与不添加细石墨粉的复合润滑剂相比,随着细石墨粉添加量的增加,EBS和芥酸酰胺复合润滑剂分散性显著提高,润滑剂颗粒尺寸减小。加入0.4wt.%复合润滑剂后,Fe基粉末压坯试样生坯密度提高,但Fe基粉末流速、松装密度和压坯试样生坯强度降低;与酰胺类复合润滑剂中不添加细石墨粉的Fe基粉末相比,随着EBS和芥酸酰胺复合润滑剂中细石墨粉添加量的增加,Fe基粉末的流速、松装密度、压坯试样生坯密度和生坯强度提高,但当细石墨粉添加量大于3 wt.%时,细石墨粉添加量的影响降低。加入润滑剂后,生坯脱模力降低,生坯最大脱模力从不添加润滑剂时的5.6kN降为添加采用3wt.%细石墨粉粘附的60wt.%EBS+40wt.%芥酸酰胺复合润滑剂时最低的3.9kN;添加细石墨粉的酰胺类复合润滑剂在Fe基粉末表面分布更为均匀,生坯断口Fe基粉末颗粒间啮合更为紧密。与未预扩散Fe基粉末相比,在750℃、780℃、810℃和840℃温度条件下,预扩散40min的Fe基粉末中Cr元素分布均匀性提高,并且预扩散温度越高,Cr元素在预扩散Fe基粉末中分布越均匀。与未预扩散Fe基粉末烧结试样相比,随预扩散温度的升高,预扩散Fe基粉末烧结试样组织细化均匀、显微硬度提高、细小孔隙数量增加,断口韧窝数量增多、塑性变形特征明显。随预扩散温度的升高,预扩散Fe基粉末冶金试样生坯密度和烧结密度降低,在840℃时出现大幅度降低;表观硬度和抗弯强度先升高后降低,在810℃时达到最大值,分别达到81.4HRB和647.3MPa。在810℃下进行预扩散20min、40min、60min和80min,随预扩散时间的延长,Cr元素在预扩散Fe基粉末中分布均匀性提高。与未预扩散Fe基粉末烧结试样相比,随着预扩散时间的延长,预扩散Fe基粉末烧结试样组织细化均匀、显微硬度提高、细小孔隙数量增加,断口韧窝数量增多、塑性变形特征明显。随预扩散时间的延长,预扩散Fe基粉末冶金烧结试样的生坯密度和烧结密度出现降低;Fe基粉末冶金烧结试样的表观硬度和抗弯强度先升高后降低,在预扩散40min时达到最大值,分别为83.5HRB和645.3MPa。
【图文】：

图 1.1 粉末冶金零件举例(a) 汽车用齿轮; (b) 电动工具齿轮; (c) 轴承; (d) 涡轮盘随着汽车等行业的飞速发展，汽车的性能也不断地提高，这就对汽车上使用的 Fe 基粉末冶金零部件的尺寸精度和机械性能等方面提出了更高的要求，采用传统工艺生产的 Fe 基粉末冶金零部件难以满足迅速发展地汽车行业的需求[2, 8]。我国的粉末冶金产业起步比较晚，技术水平与北美、欧洲、日本等先进国家和地区相比仍有较大的差距，而且生产产能主要是集中在技术水平不高的中小企业，其中具有较强技术水平的大型粉末冶金企业比较少，，难以满足高性能粉末冶金零部件的生产需求[8, 13, 19]。因此，研究和开发高性能粉末冶金材料生产工艺，提高我国粉末冶金产业的整体技术水平和产业规模，拓宽粉末冶金材料的应用领域，在技术上赶超欧美、日本等发达国家和地区，是当代我国粉末冶金领域科研工作者们共同的努力方向。1.2 Fe 基粉末冶金用润滑剂的研究与应用粉末冶金材料压坯的致密化机理主要包括粉末颗粒重排、塑性变形和断裂机制（脆性材料），压制过程中，金属粉末颗粒随机填充、颗粒重排和局部塑性变形同时发生。虽然在早期阶段颗粒重排占据主导，但随着压坯密度的提高，塑性变形使颗粒的表面变平并抑制方面颗粒的运动。

南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文其它成分粉末按照一定成分配比在球磨机、V 型混粉器等混粉设备中进行混合，得到的混合粉末是各成分简单机械混合的产物。纯 Fe 粉硬度较低、压制性能好，预混合粉末中的纯 Fe 粉保留其原有的高压缩性，因此预混合粉末具有良好的压制性，可以获得高密度的压坯。但是，预混合法生产的粉末也有其缺点：一方面，加入的合金元素在 Fe 基粉末中分布不均匀，不能够得到成分均一的混合粉末；另一方面，一般来说加入的合金粉末粒度较细，合金元素粉末颗粒填充在 Fe 粉颗粒缝隙中，在长时间储存和运输过程中，填充在 Fe 粉颗粒缝隙中的合金元素粉末颗粒容易出现成分偏析现象，这些都将会引起最后成形烧结后生产出的粉末冶金材料显微组织不均匀，造成零件力学性能变差。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF125.1

【参考文献】

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本文编号：2642203