模壁润滑与预扩散对高速压制Fe基粉末冶金材料的影响

发布时间：2020-04-28 05:29

【摘要】：目前研究发展高密度高力学性能Fe基粉末冶金材料已经成为粉末冶金领域重点方向,高速压制工艺可以制造出高密度压坯,在烧结后获得氋密度、高性能的粉末冶金材料,是实现高密度高力学性能的一个重要途径。但目前高速压制成形装置价格昂贵的问题限制了高速压制工艺的发展;而且在高速压制过程中,由于冲锤质量较大,冲击速度快,因此会产生巨大的冲击力,当冲锤冲击模具时,会对模具造成损伤,降低模具的寿命,不利于高速压制工艺在工业领域的发展。改善粉末特性可以使粉末经高速压制和烧结后获得较好的力学性能。本文研究内容主要包括:自主设计制造了一种重力蓄能式高速压制装置,并进行高速压制实验;研究了模壁润滑对Fe基粉末高速压制成形及烧结性能的影响;研究了预扩散及退火对Fe基粉末高速压制成形及烧结性能的影响。得出结论如下:综合分析现有高速压制装置的成形特点,自主设计制造了一种重力蓄能式高速压制装置,进行高速压制后,压坯密度达到7.5 g/cm~3,压制速度、压制能量等参数达到高速压制要求。与传统压制相比,高速压制得到的压坯密度要明显提高,使得烧结试样的力学性能明显提升,同时高速压制过程中形成大量的冷焊,在烧结过程中促进合金元素扩散,但高速压制后的脱模力却明显提升。模壁润滑在高速压制过程中能有效提升压坯密度,有模壁润滑的压坯密度比无模壁润滑的要高0.07-0.12 g/cm~3。模壁润滑在高速压制情况下能有效降低内润滑剂含量,当内润滑剂硬酯酸锌含量为0.1%时,压坯密度达到最佳值。随着压坯密度的提升,压坯孔隙减少,冷焊数量增加,在烧结过程中促进合金元素扩散,使显微组织更加均匀,同时提升力学性能。模壁润滑在高速压制情况下能有效提升最大冲击力,同时显著减小脱模力,使压力损失百分比降低。相较于退火处理后Fe粉,预扩散处理后的Fe粉中Ni和Mo元素分布更加均匀。粉末的显微硬度随着退火温度的升高而降低,退火温度从600℃升至900℃时,粉末的显微硬度从90HV降至82 HV。经预扩散处理,800℃以下时,粉末的显微硬度变化不大,900℃时显微硬度明显升高。退火处理后的压坯密度要高于预扩散处理后的压坯密度。预扩散处理烧结试样中金相组织中珠光体组织的含量更高,分布更加均匀,而且晶粒明显细化。退火和预扩散处理都能提升烧结试样的力学性能。在800℃以下进行退火和预扩散处理,预扩散处理后的烧结试样的力学性能要好于退火处理后的烧结试样。未经退火和预扩散处理的烧结试样,表观硬度和抗弯强度分布为55.3 HRB和786.8 MPa,预扩散温度为800℃时,表观硬度和抗弯强度分别升高至72.3 HRB和1326.6 MPa。
【图文】：

烧结钢,理论密度,力学性能,粉末冶金材料

图 1. 1 烧结钢力学性能与理论密度的关系加合金元素进行合金化来提高 Fe 基粉末冶金零件的力学性能。合金化能够明显提升粉末冶金材料的力学性能，通过添加适当适结钢的硬度、强度以及韧性[17-20]。然而，当合金含量较高时，合末显微硬度显著升高，使粉末在压制过程中不易发生塑性变形前，Fe 基粉末冶金材料中使用最广泛的合金元素是 Cu、Ni、M大量应用于生产。参考传统冶金钢铁材料，近期又有学者研究微合金元素 V、Ti、Nb 在传统冶金钢铁材料应用广泛，部分学粉末冶金中的应用[23-26]。面处理改善烧结钢的表面组织、通过热处理改善烧结钢的显微与传统冶金钢铁材料相似，通过碳氮共渗提升表面硬度和强度材料的微观组织[27-30]。将提升密度、合金化、热处理及表面处来，共同作用以获得高力学性能的 Fe 基粉末冶金材料。在粉末冶金中的研究与应用

压制工艺,成形原理,压坯

南京航空航天大学硕士学位论文加工难度，高速压制工艺生产的压坯强度较高，可以在烧结前对压坯进行一定程度的机加在压坯阶段对粉末冶金零件进行机加工，可以避免或者减少烧结后加工困难的问题，因幅降低了生产成本；（2）压坯密度高且分布均匀，由于高速压制过程中，冲锤冲击速度冲击能量大，在压制粉末时产生压力要远大于传统压制，所以压制出的压坯密度要高于压制。在高速压制过程中，压坯是在应力波的反复作用下进行致密化的，，因此获得的压度分布较传统压制要更加均匀；（3）弹性后效低，高速压制的压坯在烧结后尺寸变化比压制小得多，有利于获得高精度的粉末冶金零件。图 1.2.1 所示的是高速压制工艺成形原
【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】：2019
【分类号】：TF125

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