M42高速钢粉末球磨工艺优化及其SPS烧结

利用高能球磨法制备了不同粒度的M42高速钢粉末,并对其进行了放电等离子烧结(SPS)。测试了粉末粒度分布,观察了粉末及其烧结试样的形貌,探讨了高能球磨M42高速钢粉体的球磨行为特征及烧结试样的显微组织与性能。结果表明:在球料比7∶1下,随球磨时间增加,粉末细化速率先快后慢,48h后趋于平缓,且粉末的团聚不断加剧;球磨48h的粉末经在温度970℃、压力70MPa下保持10min SPS烧结的M42粉末高速钢相对密度为98.99%,热处理硬度为67.4HRC;随粉末粒度的减小,其碳化物更加细小、均匀,由于粉末的团聚化,其相对密度不断降低,而粒度对硬度的影响不大。     

TiC含量对TiCp/M2高速钢复合材料性能的影响

采用高能球磨法制备了TiCp/M2高速钢复合粉末,并利用放电等离子烧结(SPS)技术制备出不同TiC含量的颗粒增强M2粉末冶金高速钢复合材料(TiCp/M2)。测试了粉末粒度分布,观察了粉末形貌及其烧结试样的显微组织,检测了烧结试样的密度、硬度、抗弯强度及摩擦磨损性能,并探讨了复合材料的磨损机理。结果表明:球磨20h后,粉末形态由近似椭球形转变为不规则形状;放电等离子烧结后复合材料的显微组织均匀细小,晶粒平均尺寸小于2μm,M6C型碳化物平均尺寸小于1μm;致密度、抗弯强度随TiC含量的提高而有所降低,硬度在TiC含量为10%时达到最大值59HRC;TiCp/M2试样的磨损量随着TiC含量的增加呈现先下降后上升的趋势,当TiC含量为10%时复合材料具有最佳的耐磨性能,其磨损量约为基体材料的1/3。     

放电等离子烧结制备TiC_p/M2高速钢复合材料

采用高能球磨法制备TiCp/M2高速钢复合粉末,并通过放电等离子烧结(SPS)制备TiC颗粒增强M2高速钢复合材料(TiCp/M2)。研究SPS工艺参数对复合材料的致密化规律、显微组织和力学性能的影响。结果表明:SPS可以实现TiCp/M2高速钢复合粉末的低温快速致密化;复合材料的相对密度、硬度和抗弯强度随烧结温度的提高均呈现先增大后减小的趋势。在1040℃烧结时,增大压力或延长保温时间,TiCp/M2复合材料的相对密度、硬度和抗弯强度均有所提高,在50MPa压力下保温10min所制备的TiCp/M2高速钢复合材料具有最佳综合性能,其M6C型复合碳化物的平均粒度为0.8μm,相对密度、硬度和抗弯强度分别为98.9%、HRC57和1685MPa。     

包套热挤压M32粉末冶金高速钢的组织性能研究

提出了一种解决粉末冶金高速钢制备工艺繁琐、性价比低等问题的包套热挤压工艺,采用该工艺制备了M32粉末冶金高速钢,研究了不同挤压温度和热处理对M32粉末高速钢的显微组织与性能的影响。结果表明:未热处理时,随挤压温度的升高,试样相对密度及硬度变化趋势一致,均是先升高后降低,在挤压温度为1 240℃时达到峰值,分别为98.04%和45.6HRC;在淬火温度1 180℃以及回火温度560℃热处理后,M32高速钢的晶粒及碳化物颗粒尺寸较小且分布均匀,力学性能最佳,其抗弯强度及硬度分别为3 721.8 MPa和66.7HRC。     

M3与T15高速钢的SPS烧结与热处理

为了开发新的工艺并提高粉末高速钢的综合性能,对真空熔炼氮气雾化制备的M3与T15高速钢粉末进行了放电等离子烧结(SPS)与热处理,探讨了SPS与热处理的工艺参数对材料性能的影响规律,测定了烧结粉末高速钢的密度、抗弯强度与硬度等力学性能,观察了材料的显微组织与断口形貌。结果表明,M3高速钢最佳SPS参数为930℃、40MPa、10min,最佳热处理工艺参数为860℃×2h-750℃×4h退火、830℃×1h-1210℃×0.5h油淬、540℃×1h四次回火,力学性能为抗弯强度5368MPa、硬度63.70HRC;T15高速钢的SPS工艺参数为930℃、40MPa、5min,与M3采用相同热处理工艺后最高抗弯强度3342MPa、硬度65.1HRC,均获得了优于普通粉末冶金高速钢的良好性能。     

烧结温度对刀具用WNiCoFe合金粉末力学和摩擦性能的影响

为了提高刀具用WNiCoFe合金的耐磨性能,采用电解法制备WNiCoFe合金粉末,并研究了烧结温度对其物理力学及摩擦性能的影响。研究结果表明:电解法制备WNiCoFe合金粉末内除了存在单质Fe以外,还形成了Co3Fe7、Fe19Ni对应的衍射峰。WNiCoFe合金粉末形成具有球形特征的团聚晶粒,平均粒径为16.1μm。随着烧结温度的提高,合金粉末组织致密性与硬度先增大后减小,在800℃获得最大硬度,为108.6HRB;试样致密度在850℃达到最大值,为95.4%。随着烧结温度提高,合金粉末抗弯强度先增大后减小,在800℃获得最大抗弯强度,为1 658 MPa。提高烧结温度后,磨损质量不断减小,说明耐磨性获得了提升。烧结温度提高到800℃时,试样组织致密度较小,形成了很多微孔,引起沿晶脆性断裂。     

纳米WC颗粒增强高铬铁基粉末冶金材料的制备

通过高能球磨结合热压烧结技术制备由纳米WC颗粒增强的高性能粉末冶金高铬铁基复合材料。采用XRD、DSC、SEM等测试方法分析球磨粉末颗粒的成分及形貌,研究不同热压烧结温度对高铬铁基复合材料的密度、显微组织和硬度的影响。结果表明:经40 h球磨后的粉末颗粒大小均匀且呈近等轴状,直径约为5μm;当热压烧结温度高于1 000℃时,可以原位合成得到M7C3型碳化物;烧结样品的密度和硬度随烧结温度的升高呈先增后减的变化趋势;球磨40 h的粉末在50 MPa的压力下、1 000℃烧结30 min后,致密度达到99.6%,硬度和抗弯强度则分别达47.7 HRC和1952 MPa。     

球磨时间及预氧化方式对粉末冶金M3:2高速钢组织及力学性能的影响

采用球磨混合和预氧化活化烧结法制备新型粉末冶金M3:2高速钢,重点研究球磨时间和预氧化方式对其致密度、微观组织和力学性能的影响。利用FEI Quanta 250 FEG型扫描电镜对高速钢组织进行显微分析,同时测试样品硬度、抗弯强度和断裂韧性等力学性能。结果表明,球磨72 h且负压干燥时,M3:2高速钢具有最优的碳含量、致密度和力学性能组合。烧结后的抗弯强度最高为3 092 MPa,热处理后的弯曲强度为4 786 MPa。经过干燥增氧之后,负压干燥粉末具有较低的氧含量,烧结后的氧含量最低可降到17×10-6,表现出更好的致密度和力学性能。     

热处理温度对W6Mo5Cr4V8In高钒高速钢组织与性能的影响

采用不同温度对用于数控机床的W6Mo5Cr4V8In新型高钒高速钢进行热处理,并进行显微组织、冲击性能和耐磨损性能的测试与分析。结果表明,随热处理温度从1 050℃提高至1 150℃,高钒高速钢的晶粒先细化后粗化,冲击性能和耐磨损性能均先提高后下降。热处理温度升高至1 080~1 150℃时,M2C型碳化物发生分解。热处理温度优选为1 080℃。与1 150℃热处理相比,热处理温度为1 080℃时高钒高速钢的冲击吸收功增大46%、磨损体积减小48%。     

不同原料凝胶注模制备莫来石陶瓷的结构与性能

分别以溶胶-凝胶法制备的莫来石粉末和分析纯级氧化铝/氧化硅混合粉末为原料,经过凝胶注模成形后,在1 400~1 600℃温度下无压烧结,制备莫来石陶瓷,研究原料种类及烧结温度对莫来石陶瓷的显微结构、力学性能和抗热震性能的影响。结果表明:以溶胶-凝胶法制得的莫来石粉末为原料时,随烧结温度升高,陶瓷的密度和抗弯强度都是先升高后降低,烧结温度为1 500℃时,材料的密度和抗弯强度最高,分别为3.13 g/cm~3和155.85MPa,经过5次1 400℃?100℃沸水间热震后抗弯强度保留率达54.99%。以氧化铝/氧化硅混合粉末为原料时,起始烧结温度降低,1 400℃下烧结的陶瓷即具有较高的密度和抗弯强度,分别为3.01 g/cm~3和106.40 MPa,热震后的抗弯强度保留率为77.80%。抗弯强度随烧结温度升高而下降,烧结温度为1 600℃时抗弯强度下降至74.21MPa。     

烧结温度与混粉比例对双尺度钛合金组织与性能的影响

采用高能球磨-放电等离子烧结技术制备具有双尺度显微组织的Ti-6Al-4V合金,并研究烧结温度和加入未球磨粉末的比例对烧结试样显微组织及力学性能的影响。实验结果表明:当球磨时间为6 h时,由于球磨粉末内部的应变量不均匀,球磨粉末烧结试样的显微组织均由粗晶网篮组织和细晶等轴组织组成。随烧结温度升高,烧结试样的密度逐渐提高,细晶区的晶粒尺寸逐渐增大,材料强度呈先上升后下降的趋势。在球磨粉末中加入一定比例的未球磨粉末可显著提高烧结材料的塑性,并且保持较高的强度。当球磨粉末与未球磨粉末按质量比4:1混合、SPS烧结温度为850℃、保温时间为4min时,烧结材料相对密度达到99.0%,细晶区晶粒尺寸为1~2μm,烧结试样获得最佳强度-塑性组合,其拉伸屈服强度为1012 MPa,断裂强度为1056 MPa,伸长率为10%。     

淬火温度对M4粉末高速钢组织和性能的影响

为了研究淬火温度对M4粉末高速钢组织和性能的影响, 利用光学显微镜观察高速钢试样的金相组织, 对淬火组织的晶粒度进行评级, 并对回火组织中碳化物的组成和分布进行统计; 采用洛氏硬度计和材料万能试验机测试试样的硬度和抗弯强度。结果表明: 随淬火温度的升高, M4粉末高速钢淬火后硬度先上升后下降, 在1200 ℃时出现最大值HRC62.9;淬火态试样的晶粒度随淬火温度的升高而降低。经三次回火后M4粉末高速钢硬度值较淬火态均有提高, 且随淬火温度的升高, 先增高后下降, 在淬火温度为1190 ℃时达到最大值HRC66.4。随淬火温度的升高, 回火态试样的抗弯强度逐渐下降, 碳化物聚集长大倾向明显, 尺寸均匀性下降。M4粉末高速钢的最优淬火温度区间为1180~1190 ℃。     

B4C对M3:2粉末冶金高速钢组织与力学性能的影响

本文以水雾化M3:2高速钢预合金粉末为原料,添加适量碳化硼(B4C)粉末颗粒,球磨混合均匀后,经700 MPa单向压制,1190℃和1230℃真空烧结,制备出了综合性能优良的粉末冶金高速钢(powder metallurgy high-speed steel,PM HSS)材料。通过示差扫描量热分析仪(differential scanning calorimeter,DSC)、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、电子探针显微分析仪(electro-probe microanalyzer,EPMA)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和万能材料试验机等对烧结粉末冶金高速钢进行物相分析、显微结构观察和力学性能测试。结果表明,当添加体积分数为0.3%B4C时,M3:2粉末冶金高速钢的最佳烧结温度可降低约40℃;1190℃烧结温度下,添加体积分数为0.3%B4C的粉末冶金高速钢硬度为HRC 54.1,抗弯强度3074.09 MPa,与达到致密化时未添加B4C的粉末冶金高速钢相比,硬度提升3.6%,抗弯强度提升10.5%。加入的B4C粉末颗粒除了发挥烧结助剂的作用和降低烧结温度外,还会参与合金化,增强材料力学性能。     

不同配比铁基预合金粉的胎体性能研究

对湿法冶金工艺制备的两种铁基预合金粉(Fe_(43)Co_(24)Cu_(33)和Fe_(56)Co_(14)Cu_(30),以下简称A和B)进行了性能研究,对其粉末颗粒的形貌和氧含量进行了对比分析,并经过750、800、850、900、950℃五种烧结温度制备热压烧结试样。通过阿基米德排水法测定烧结试样密度,利用HR-150A型洛氏硬度计测量烧结试样的显微硬度,利用三点弯曲法测定烧结试样的抗弯强度,使用扫描电子显微镜观察烧结试样的断口形貌。结果表明:随着烧结温度的提高,两种烧结试样的密度都呈增加趋势,当温度超过850℃后,密度变化逐渐趋于平缓;烧结试样的硬度都随着温度的升高先增加后降低,烧结试样B硬度在850℃以前要高于烧结试样A,且在800℃时达到最大值,当温度高于850℃时烧结试样A的硬度要高于烧结试样B;两烧结试样的抗弯强度都随温度的升高而增大;预合金粉A的烧结试样对温度敏感性较小,当温度达到850℃以后,晶粒几乎不在长大,预合金粉B的烧结试样对温度敏感性比较大,随着温度的升高,晶粒不断地长大。     

TiC_p/M2粉末高速钢的显微组织与性能

将水雾化M2高速钢粉末高能球磨破碎后,添加6%Mo2C及3%～12%(均为质量分数)的Ti C增强颗粒,模压成形,在1 030～1 240℃温度下真空烧结,得到TiC颗粒增强M2粉末高速钢(TiCP/M2)。采用X射线衍射仪、扫描电镜及万能材料试验机等对烧结态高速钢进行物相组成、显微形貌及烧结性能的分析和测试。结果表明,Ti CP/M2混合粉末的烧结活性较高,1 220℃以下即能实现烧结致密化。Ti C的加入会阻碍M2高速钢的烧结致密化进程,12%TiCP/M2的烧结温度比3%TiCP/M2的提高约40 K。TiC能促进MC碳化物的形成,随烧结温度升高,Ti C的体积分数下降,而MC碳化物的尺寸与体积分数增加。TiCP/M2高速钢的硬度随TiC含量增加而增加,最佳烧结温度下,随TiC添加量从3%增加到12%,硬度(HRC)从58.3提高至62.1。高速钢的抗弯强度随TiC含量增加先增加后减小,9%TiC/M2的抗弯强度最高,为2 358 MPa。TiC的添加可在一定程度上拓宽M2高速钢的烧结温度区间。     

真空烧结温度对WC-TiC-TaC-Co硬质合金组织和性能的影响

采用高能球磨、真空烧结工艺制备WC-13(TiC+TaC)-8Co-1(VC+Cr3C2)硬质合金,研究了不同烧结温度对WC-TiC-TaC-Co硬质合金微观组织、力学性能和磁性能的影响。结果表明,提高烧结温度有利于提高合金的致密度,但是过高的烧结温度会导致晶粒长大,使合金致密度下降;合金的硬度、抗弯强度和矫顽力随着真空烧结温度的提高先增大后减小;相对磁饱和强度随着烧结温度的升高呈现下降的趋势;1 400℃烧结的合金综合性能较好,合金的相对密度99.6%、抗弯强度1 992 MPa,硬度92.3 HRA,矫顽力34.3 k A/m,相对磁饱和强度为76.5%。     

CuSn10青铜粉末热压烧结行为及性能的研究

对混合、部分合金化、雾化三种不同工艺生产的CuSn10粉末,在不同温度下进行了真空热压烧结.主要研究了烧结温度对其热压烧结制品密度、硬度的影响,并通过金相测试对样品显微组织进行了分析.试验结果表明,对于真空热压烧结,在确定的烧结温度下,雾化CuSn10粉末烧结样品的密度和硬度明显高于用其他两种工艺生产的CuSn10粉末;随着烧结温度的升高,三种CuSn10粉末烧结样品的密度及硬度呈现先增加后减小的现象,当烧结温度为750℃左右时,三种CuSn10粉末烧结样品的性能最好.     

M2/FeV机械合金化及烧结过程中的碳化物形态转变

对水雾化M2高速钢粉和FeV合金粉末进行混合高能球磨,制备V含量(质量分数,下同)为8%的M2高速钢/Fe V合金化粉末,研究机械合金化过程中粉末形貌的变化与显微组织结构演化,并在球磨48 h的粉末配碳至目标碳含量(质量分数)2.2%,研究真空烧结过程中的碳化物形态转变。结果表明,随球磨时间延长,粉末颗粒细化速率逐渐降低,球磨28 h后粉末粒度趋于稳定,D_(50)为15μm左右。球磨过程中Fe V颗粒先嵌入到M2的基体相α-Fe中,然后固溶进入基体,V元素逐步均匀分散于基体相α-Fe和M_6C型碳化物中;M_6C发生细化并呈流线形分布,含量逐渐减少,MC颗粒有一定的细化但仍维持粒状形态,含量基本不变。烧结过程中合金元素先脱溶,析出大量粒状M_6C与MC型碳化物,随烧结温度升高,M_6C颗粒长大的同时含量减少,温度过高时M_6C呈针片状;1 180℃之前MC颗粒长大不明显,1 210℃时MC颗粒异常粗大并呈芯环结构。1 180℃下烧结可获得优良组织,其孔隙度为0.8%,M_6C与MC的平均尺寸分别约为1μm和0.3μm。     

TiH2粉末注射成形坯烧结工艺研究

本文以低成本的TiH2粉末为原料,采用粉末注射成形技术(MIM)制备纯Ti材料,研究了烧结温度、烧结时间和烧结气氛对样品的致密度、显微组织的影响;探究了烧结气氛对烧结试样中碳、氧含量的影响,并测定了真空烧结试样的力学性能。结果表明:TiH2粉末通过MIM工艺可以获得接近全致密的烧结Ti制品;随烧结温度提高和烧结时间延长,制品孔隙度减小,致密度提高;在1 150℃烧结3h,致密度为93.88%,烧结温度提高到1 300℃,致密度可达98.52%;在1 300℃的烧结温度下,烧结时间从2h延长到3h,致密度可从96.69%增加到98.52%;在其它工艺相同的条件下,烧结气氛对制品的性能有显著影响,真空条件下致密度最高,晶粒尺寸最大,碳、氧含量最低;在真空度为5×10-3 Pa下,于1 300℃烧结3h制品的显微硬度为388HV,抗拉强度为325MPa,延伸率为4.43%。     

阵列式陶瓷微流道的粉末微注射成形及力学性能

采用粉末微注射成形技术制得ZrO2阵列式微流道,研究粉末粒径和注射成形工艺对微流道性能的影响规律。结果表明:通过优化注射工艺参数可以有效避免注射坯中缺陷的产生;不同粉末粒径的试样烧结后,致密度和力学性能均随烧结温度的升高先增大后减小;中位粒径为200 nm粉末粒径的试样最佳烧结温度为1 500℃,致密度为99.5%;中位粒径为100 nm粉末粒径的试样最佳烧结温度为1 250℃,致密度为98.4%,均近完全致密。纳米级粉末的使用可有效降低烧结温度、提高力学性能;粉末粒径从200 nm下降到100 nm时,粗糙度值从1.92下降到1.32。烧结后的阵列式微流道的直径为(450±5)μm,具有很好的圆度,尺寸误差1.5%。