粉末注射成形TiAl超固相线液相烧结工艺研究

以Ti-47.5%Al-2.5%V-1.0%Cr(原子数分数)气雾化预合金粉末为原料,采用粉末注射成形工艺制备了TiAI合金材料,重点研究了该TiAI合金超固相线液相烧结温度区间和保温时间以及烧结体显微组织、密度和压缩性能的变化规律.结果表明:烧结温度在1410～1450℃,保温时间在1h以内,烧结体可以致密化;在1 450℃保温30min,烧结体相对密度可以达到95%,烧结体的抗压强度为2 105MPa,压缩率达到30.9%,接近铸态合金力学性能;随烧结温度升高,烧结体近片层组织中的7等轴晶逐渐减少,片层团逐渐增加.     

高密度W-Ni-Fe合金的烧结新技术

高密度钨合金具有良好的综合力学性能,是军民两用合金材料。由于钨熔点很高,一般只能通过液相烧结才能制备接近全致密的合金。为满足科技发展对高性能钨合金的需求,采用新方法、新工艺,设法降低液相烧结温度和缩短保温时间,制备具有高强度、高韧性的细晶、超细晶或纳米晶钨合金材料是发展趋势。采用新的烧结技术,如:固相烧结、两步烧结、微波烧结、放电等离子烧结等制备高密度钨合金成为近年该领域的研究热点,对这些新工艺的最新研究进展情况进行了介绍。     

93W-4.9Ni-2.1Fe合金的力学性能及断裂行为研究

以93W-4.9Ni-2.1Fe高比重钨合金为研究对象,系统研究了不同粒度钨粉制备的93W-4.9Ni-2.1Fe合金在1 415～1 550℃温度下烧结后的力学性能,并分析了热处理工艺对钨合金力学性能的影响及钨合金的断裂行为。结果表明：随着烧结温度的升高,烧结态钨合金的力学性能均表现为先增大后减小再增大的规律,在1500～1 510℃烧结时钨合金的力学性能出现突然下降;6.0μm粗钨粉制备的钨合金的力学性能整体比相同烧结温度下细钨粉制备的钨合金高;93W-4.9Ni-2.1Fe合金在氢气气氛中高温烧结后再在氮气气氛下进行固溶+淬火热处理可以显著提高力学性能;钨合金的力学性能与其断裂行为有关,断口形貌为钨晶粒高度的穿晶解理断裂和粘结相延性断裂时合金表现为高强韧性。     

粉末注射成形钛铝烧结工艺研究

利用Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr(%)气雾化预合金粉末为原料, 采用注射成形工艺制备了TiAl合金材料, 研究了TiAl合金烧结工艺以及烧结工艺对烧结体显微组织、密度和性能的影响. 结果表明: 烧结体在超固相线液相区烧结得到密度最高. 在1450 ℃保温30 min, 烧结体的相对密度达到95%, 抗压强度为2105 Mpa, 压缩率达到30.9%, 接近铸态合金力学性能. 烧结体在α γ相区和α相区保温1 h, 相对密度分别为73%和85%. 在1300～1400 ℃, 随着片层团的增加, 烧结体组织由双态组织逐渐变为全片层组织. 在超固相液相区, 随着γ相的减少, 烧结体组织由近片层组织逐渐转变为全片层组织.     

二步烧结法对钨基高密度合金组织及性能的影响

采用直接液相烧结法和二步烧结法(固相烧结+液相烧结)制备了93W-4.55Ni-1.95Fe-0.5Co钨基高密度合金,研究了其性能和显微组织。结果表明,二步烧结法可以控制合金的烧结变形,且有利于钨颗粒与粘结相的均匀分布,合金的力学性能尤其是塑韧性大大提高。     

高综合性能亚共晶高铬铸铁的烧结制备

以气雾化粉末为原料,采用液相烧结(LPS)制备亚共晶高铬铸铁(HCCIs),系统研究烧结工艺参数对致密化行为、显微组织演变和力学性能的影响规律。研究结果表明,采用LPS可以获得相对致密度达99%以上的制品,但合适的烧结温度范围很窄;XRD分析表明烧结亚共晶高铬铸铁由M7C3型碳化物、马氏体和奥氏体构成;金相分析显示烧结样晶粒细小,碳化物为一次晶杆状,且分布均匀。随烧结温度升高和保温时间延长,晶粒和碳化物均逐步粗化,其中温度的影响更加显著;而强度和冲击韧性则呈现先升高后降低的变化规律。优化的烧结工艺下高铬铸铁的力学性能为：硬度HRC65,抗弯强度1199 MPa,冲击韧性4.6 J/cm2。并提出了一个烧结高铬铸铁中碳化物形态演变的生长模型。     

磷含量对铸铁短纤维烧结体组织和性能的影响

研究了合金元素磷对铸铁短纤维烧结体显微组织和性能的影响，结果表明，磷可显著提高铸铁短纤维烧结体的密度、致密化系数，压溃强度和硬变，烧结机理随磷，铜含量的增加逐渐由固相烧结＋瞬态液相烧结转变为液相烧结。     

纳米晶钨合金粉末常压烧结的致密化和晶粒长大

高比重合金由于具有密度和强度高、延性好等一系列优异的性能,在军工上被用作动能穿甲弹材料.纳米材料被认为是21世纪应用前景最为广阔的新型材料.采用纳米粉末可望大大细化钨合金晶粒,显著提高合金的强度、延性和硬度等力学性能,因而是制备新型高强韧、高比重钨合金的一个很重要的研究方向.作者采用机械合金化(MA)工艺制备了纳米晶钨合金复合粉末,研究了纳米晶钨合金粉末在常压氢气气氛中的烧结致密化和在烧结过程中的钨晶粒长大行为.研究结果表明,MA纳米晶粉末促进了致密化,使致密化温度降低约100～200℃.在一般固相烧结温度时可以得到晶粒尺寸为3～5μm的细晶高强度合金.同时,指出了在液相烧结时存在的问题,即钨晶粒加速重排、产生晶粒聚集与合并,迅速发生钨晶粒长大,在较短时间内液相烧结时,钨晶粒尺寸又长大到接近传统高比重合金水平.     

TiCP颗粒增强高铬铸铁复合材料的显微组织和力学性能

采用粉末冶金法（powder metallurgy,PM）和超固相线液相烧结技术（super solid phase line liquid phase sintering,SLPS）制备出TiC颗粒增强（TiC_P）+含质量分数20%Cr的烧结高铬铸铁（high chromium cast iron,HCCI）复合材料。利用光学显微镜、扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）和X射线衍射仪（X-ray diffraction,XRD）研究了TiC颗粒增强相含量（质量分数）对TiC_P/HCCI复合材料物相组成、显微组织和力学性能的影响,并开展了后续热处理研究。结果表明:超固相线液相烧结技术制备出的TiC_P/HCCI复合材料相对密度均达97%以上,其物相组成为马氏体、奥氏体、M₇C₃碳化物和TiC。TiC颗粒主要沿着高铬铸铁中金属基体/碳化物界面分布,随着TiC含量增加,复合材料的硬度显著增加,达到HRC 67.2,但冲击韧性却逐步降低,合金断裂机制也由准解理性断裂向沿晶完全解理性断裂转变。经淬火处理后,该类TiC_P/HCCI复合材料的硬度可进一步提升至HRC 69.3,有望成为硬度介于高铬铸铁和硬质合金之间的优秀耐磨材料。     

高能球磨对WNiFe合金力学性能影响的初步探讨

研究了高能球磨粉烧结93WNiFe合金的力学性能并与机械混料烧结的合金进行了对比,高能球磨粉可以实现在1400℃下固相烧结,密度达到98%以上,经过液相烧结后,高能球磨粉烧结合金的钨颗粒细小,但力学性能没有机械混合粉性能高。对导致球磨粉烧结合金力学性能差的原因进行了分析。     

热等静压烧结温度对Mo–Na合金性能影响

采用热等静压烧结法制备Mo–Na合金，研究了热等静压烧结温度对Mo–Na合金显微组织、硬度、密度及Na质量分数的影响，分析了Mo–Na合金热等静压烧结的致密化过程。结果表明:采用热等静压烧结法制备的Mo–Na合金显微组织细小均匀，平均晶粒尺寸在10 μm以下。随着热等静压烧结温度的升高，相对密度及硬度随之升高，在1100 ℃时达到最大，分别为99.58%和HRA 54.50，热等静压过程中液相的形成对Mo–Na合金的致密化起到了重要作用。热等静压过程很好地避免了低熔点Na金属高温烧结过程中的挥发，在1100 ℃烧结后Na质量分数基本无变化。     

烧结温度对Fe-Cu-Mo-C合金组织和性能的影响

采用机械球磨混粉和真空烧结相结合的方法制备了Fe-Cu-Mo-C合金,研究了不同烧结温度对粉末冶金Fe-Cu-Mo-C合金材料的显微组织、密度、抗拉强度和摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着烧结温度由1 000℃升高到1 100℃,Fe-Cu-Mo-C合金烧结体组织孔隙数量减少、孔隙尺寸明显降低;当烧结温度提高到1 150℃时,烧结体组织中孔隙尺寸增大。随着烧结温度升高,烧结体的密度、硬度、抗拉强度和伸长率先增大后减小,磨损量先降低后升高。最佳烧结温度为1 100℃,此时烧结体的密度为6.90 g/cm3,抗拉强度为319 MPa,洛氏硬度为34.7 HRC,磨损量为0.087 g。     

TiC基高锰钢结硬质合金的制备技术升级

将脱脂烧结一体化烧结炉应用于TiC基高锰钢结硬质合金的工业生产中,通过技术革新实现了成形剂干净脱除、高温Mn挥发有效控制与收集和合金烧结性能的改善。结果表明,相对于利用传统设备和技术制备的合金,烧结制品的密度提高1.7%～1.8%,TiC颗粒烧结粗化长大和杂质脏化有效减少。在硬度基本不变的情况下,利用升级技术制备的TM60合金和TM52合金的抗弯强度提高30%以上,冲击韧性可实现成倍提升。该项技术有利于扩大TiC基高锰钢结硬质合金的应用范围,充分发挥出钢结硬质合金优异的抗冲击磨粒磨损性能。     

发动机用石墨烯增强TC11合金放电等离子烧结制备参数优化及力学性能研究

通过添加石墨烯提高了放电等离子烧结（spark plasma sintering, SPS）制备发动机用耐高温TC11合金的力学性能,研究了不同烧结参数下TC11合金的密度,并观察了合金显微组织,分析了合金力学性能的影响因素。研究结果表明:随着烧结温度增加,试样密度先增加后平稳;提高烧结压力后,试样密度发生了略微上升。随着烧结温度的上升,更多α相转变成了高温β相,形成了相对稳定的β相比例。随着烧结时间的增加,合金室温压缩强度表现为升高的趋势。提高烧结压力后,TC11合金获得了更高的室温与高温力学强度。通过实验最终确定烧结时间5 min、温度900 ℃与压力50 MPa时制备的TC11合金具有最优力学性能。     

热轧中锰马氏体耐磨钢的冲击磨损行为

 利用MLD-10型动载磨料磨损试验机,系统研究了热轧中锰马氏体耐磨钢在1、2.5和5 J冲击能量作用下的冲击磨料磨损行为,并与Hardox450钢进行了比较。借助光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和布氏硬度计等设备分析了试验钢的组织、力学性能及磨损表层、亚表层,并探讨了其磨损机制。研究结果表明,试验钢的显微组织为板条马氏体,与Hardox450钢相比,其布氏硬度更高,-40 ℃下的冲击吸收能量更低,分别为503HB和15.3 J。相同工况条件下,试验钢的磨损失重明显小于Hardox450钢,且基于有效磨损时间修正后的磨损率均随着冲击能量的升高,呈现出先增大后减小的趋势。当冲击能量为2.5 J时,磨损率最大,磨损失重量最多。原因在于,冲击能量较低时,试验钢的磨损主要以犁沟为主,并伴随着少量的磨粒嵌入,磨损失重较少;当冲击能量为2.5 J时,磨损表面的切削加剧,且塑性变形造成大量磨粒嵌入基体,导致应力集中,并在反复冲击过程中产生疲劳裂纹,随后扩展至试验钢表面,形成疲劳剥落,磨损亚表层出现明显剥落坑,失重显著增加;当冲击能量为5 J时,磨损表面塑性变形增加,加工硬化显著,疲劳磨损占据主导,磨损表面硬度较高,犁沟和磨粒嵌入较少,磨损亚表层更为平整均匀,失重反而减少,磨损率下降。     

固相烧结制备半导体用Mn–Si粉末多孔合金的性能表征

以高纯Si粉和Mn粉为原料, 利用固相烧结技术制备得到Mn-Si粉末多孔合金, 对其组织结构及性能进行表征, 分析烧结过程中孔隙形成机理。结果表明: 600℃烧结温度可得到MnSi粉末, 烧结温度升高到1000℃后, 原有的Si与MnSi衍射峰已全部消失, 烧结体中只剩下Mn₅Si₃物相成分; 烧结体膨胀率和孔隙率都随烧结温度的增加表现出先增加后减小的变化规律, 在烧结温度800℃时取得最大值, 分别为8.86%和54.26%;在Mn颗粒和MnSi相之间存在明显空隙, 随着Si与Mn元素之间扩散的继续, 空隙持续增大进而连通形成层状, 随着烧结温度增加到1000℃, Mn、Si、MnSi被消耗殆尽, 合金中形成Mn₅Si₃结构。     

超细钼铜复合粉体及细晶钼铜合金的制备

采用“缺碳预还原+氢气深脱氧”方法制备了不同Cu含量（5%、20%、40%,质量分数）的超细Mo–Cu复合粉末。通过高温煅烧钼酸铵和硝酸铜混合物制备了MoO₃和CuO复合氧化物,再利用炭黑预还原脱除煅烧产物（CuMoO₄–MoO₃）中绝大部分氧的方法制备了含有少量MoO₂的超细预还原Mo–Cu复合粉体;少量MoO₂的存在可以极大降低预还原产物中碳的残留;最后,经氢还原脱除残留的氧制备得到超细、高纯度Mo–Cu复合粉体,粉体粒度约为200 nm。以Mo–Cu复合粉体为原料,经过压坯和烧结制备得到细晶Mo–Cu合金。结果表明,经过1200 ℃烧结后,随着Cu质量分数由5%增加到20%,合金相对密度由96.3%增加到98.5%,且Mo、Cu两相分布均匀。Mo–Cu合金硬度随Cu含量的增加而先增加后降低,这是由合金相对密度和铜含量对硬度的影响不同所导致的。随着Cu质量分数由5%增加到40%,Mo–Cu合金的热导率由48.5 W·m?1·K?1增加到187.2 W·m?1·K?1,电导率由18.79% IACS增加到49.48% IACS。     

WC-6Co硬质合金SPS烧结工艺

以平均粒径约为30 μm,空心球壁厚约1.8 μm的空心球结构WC-6Co复合粉为原料,利用放电等离子烧结（SPS）技术制得不同烧结温度、保温时间、烧结压力工艺下的WC-6Co硬质合金.采用扫描电镜、钴磁仪等检测手段对合金的组织与性能进行表征分析.结果表明:随着烧结温度的升高,合金的致密度和硬度升高;在实验范围内合金密度与硬度随着保温时间的延长而增加,再趋于稳定;烧结压力对合金密度、硬度等性能影响不大.综合考虑合金性能,较好烧结工艺为:温度1 250 ℃、保温时间5 min、烧结压力50 MPa.该烧结工艺制得的合金的密度达14.69 g/cm3、断裂韧性达12.23 MPa·m1/2,其组织也很细很均匀.      

热压温度对真空热压法制备Cu–30Ni–5Nb合金组织及性能的影响

采用真空热压法制备了Cu–30Ni–5Nb合金,研究了热压温度对合金组织、相对密度、熔点及热导率的影响。结果表明,在800～950 ℃热压温度范围内,Cu–30Ni–5Nb合金的熔点先降低后升高,900 ℃时铜合金的熔点最低（1178.92 ℃）;Cu–30Ni–5Nb合金的热导率先增大后减小,900 ℃时铜合金的热导率最大（30.65 W·m?1·K?1）。热压温度为875 ℃时,Cu–30Ni–5Nb合金具有较好的综合性能,相对密度为98.66%,熔点为1180.86 ℃,热导率为29.54 W·m?1·K?1,且合金屈服强度达到355.74 MPa,符合冷却水套的性能要求。