【摘要】：粉末冶金铁基合金是粉末冶金工业的主导产品,广泛应用于汽车和机械零部件产业中。Cr具有良好的淬硬性,能够提升材料的强度且对粉末压缩性影响不显著。Cr元素相对于Ni、Mo等元素成本低、资源丰富,开发高性能低成本的含Cr铁基粉末冶金材料一直是粉末冶金工作者的奋斗目标和粉末冶金发展的方向之一。本文在部分扩散预合金粉末Fe-1.75Ni-1.5Cu-0.5Mo-0.6C的基础上添加不同的含Cr合金粉末,优化添加方式与添加的Cr含量,并研究烧结工艺对材料性能的影响,探讨了Fe-1.75Ni-1.5Cu-1Cr-0.5Mo-0.6C的超声疲劳性能和行为。本文的研究为含Cr铁基烧结材料的工业化应用提供技术依据,具有重要的学术意义与应用指导价值。主要研究成果如下:Cr的添加方式显著影响铁基烧结材料的力学性能。采用六种不同的添加方式添加Cr元素时,添加430L不锈钢粉时Fe-1.75Ni-1.5Cu-1Cr-0.5Mo-0.6C烧结材料的力学性能最好,添加球磨高碳微细Cr Fe粉性能次之,添加未球磨的纯Cr粉时性能最差。不同的Cr含量对Fe-1.75Ni-1.5Cu-x Cr-0.5Mo-0.6C(x=0,0.5,1.0,1.5)组织性能有重要影响。添加430L不锈钢粉时,随着铬含量增加抗拉强度先增加然后下降,当铬含量为1.0%时抗拉强度最大为924MPa;硬度随着铬含量增加而增加,当铬含量为1.5%时硬度最大为32HRC;延伸率随着铬含量增加而降低,当不含Cr时延伸率最大为2.5%。添加未球磨高碳Cr Fe粉时,随着铬含量的增加抗拉强度先增加然后快速的下降,当铬含量为0.5%时抗拉强度最大为817MPa;硬度随铬含量先增加后下降,当铬含量为1.0%时硬度最大为31HRC;延伸率随着铬的含量增加而降低,当铬含量为1.5%时延伸率只有1.3%。不同Cr含量材料的主要组织均为珠光体、贝氏体、马氏体的混合组织。材料的断裂方式为韧-脆混合型断裂,随着铬含量的增加韧窝逐渐减少而解理面逐渐增多。添加430L不锈钢粉制备Fe-1.75Ni-1.5Cu-1Cr-0.5Mo-0.6C,烧结温度对材料组织性能有重要的影响。研究发现在1120℃烧结时材料的性能最低,抗拉强度只有505MPa,烧结时材料的主要组织是珠光体组织;在1200℃与1250℃烧结时抗拉强度分别是872MPa和924MPa,烧结后材料的主要组织中包括珠光体、贝氏体与马氏体。采用1250℃高温烧结,还研究了冷却速度对烧结材料性能与组织的影响。结果显示缓慢冷却、中速冷却、快速冷却对应的抗拉强度分别是884MPa、924MPa、958MPa。随着冷却速度加快烧结延伸率逐渐下降而硬度逐渐的上升。缓慢冷却的组织主要是细片状珠光体与贝氏体;中速冷却时的组织是珠光体、贝氏体与马氏体;快速冷却回火后时其组织包括为珠光体、贝氏体与回火马氏体,还出现大量的残余奥氏体组织,而且马氏体的含量明显的增多。Fe-1.75Ni-1.5Cu-1Cr-0.6Mo-0.6C烧结材料的超声对称弯曲疲劳寿命S-N曲线均为连续下降的曲线。快速冷却烧结硬化试样在105,106,107,108循环周次条件疲劳极限分别为691MPa,490MPa,347MPa和246MPa。缓慢冷却常规烧结态试样在105,106,107,108循环周次下的条件疲劳极限分别为576MPa,452MPa,356MPa和280MPa。高循环应力作用下,快速冷却烧结硬化态试样的疲劳强度较高,而低循环应力作用下缓慢冷却常规烧结态的疲劳强度稍高。循环应力的大小对材料的裂纹源萌生区域有一定的影响,在高应力低周循环作用下疲劳源主要在表面棱角应力集中的地方或亚表面夹杂处;在大于107周次超高周循环低应力作用下,疲劳源主要分布在亚表面空洞集中处或内部夹杂处。疲劳稳定扩展阶段可以观察到明显的疲劳辉纹,在高应力作用下疲劳辉纹间区较宽,随应力减小辉纹间距不断的减小;瞬断区域可以看见明显的解理断面与韧窝的形貌,高应力下韧窝的面积较大。观察裂纹沿试样表面的扩展趋势发现,在快速冷却烧结硬化和缓慢冷却常规烧结的两种不同烧结态的Fe-1.75Ni-1.5Cu-1Cr-0.6Mo-0.6C材料中,裂纹均以穿晶扩展为主,以沿晶开裂为辅。快速冷却烧结硬化的材料,在不同循环应力作用下,裂纹主要沿残余奥氏体周围的回火马氏体与贝氏体组织扩展。对于缓慢冷却常规烧结的材料,在不同循环应力作用下,裂纹扩展没有明显的择相,看以看出裂纹沿不同的组织开裂。同时发现裂纹在珠光体组织中比较平直,在贝氏体组织中有一定的弯曲。
【图文】：
图 1-1 共析钢连续冷却转变曲线(CCT)[32]Fig.1-1 CCT-curve of eutectoid steel[32]料冷却速率的因素包括马氏体相变起始温度、料中常加入 0.25%-1.0%Mn，，以增加普通铁基
烧结工艺如图2-2 所示的三条工艺曲线，只是在 900℃-950℃保温半小时后推入水冷套的冷却速率不同，其它工艺不变。缓慢冷却的实现是通过在试样上覆盖较厚的氧化铝粉末，然后以比较慢的速度推入冷水套中，称为慢速冷却工艺，冷却速率为 0.3℃/s-0.5℃/s.；快速冷却烧结硬化过程中，试样表面不覆盖氧化铝粉末而是在烧结皿上加薄的氧化铝板盖，由于
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF125
【参考文献】
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本文编号：
2693731
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