Fe-Cu-Mn-C合金的性能与烧结行为

以FeMn合金粉末的形式在铁基合金粉末中添加Mn元素,退火后得到Fe-Cu-Mn部分预合金粉末,采用模壁润滑温压工艺制备Fe-Cu-Mn-C合金,通过对合金密度与硬度的测定以及形貌观察,研究Fe-Cu-Mn-C粉末的压制与烧结行为,以及Mn含量对合金密度和力学性能的影响。结果表明,通过退火处理实现部分预合金扩散而得到的Fe-Cu-Mn粉末具有很好的压制性能,Fe-2Cu-0.5Mn-0.9C压坯密度达到7.37 g/cm3,烧结密度为7.33 g/cm3;添加适量Mn能有效提升铁基合金的力学性能,其中Fe-2Cu-0.5Mn-0.9C合金的性能最佳,抗拉强度达到715 MPa;随Mn含量增加,合金的孔隙增多、密度下降,导致强度和硬度下降。合金的局部氧化对性能产生一定的负面影响。Mn含量对合金组织影响不大,Fe-2Cu-Mn-0.9C合金呈现混合显微组织,由铁素体、珠光体和少量贝氏体构成。Mn的蒸发与凝聚是Fe-Cu-Mn-C的烧结机制。     

Fe-Cu-Ni-Mo-C材料烧结硬化性能研究

本文研究了模壁润滑温压部分扩散预合金Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C材料的烧结硬化性能,讨论了冷却速度对材料力学性能和显微组织的影响.部分扩散预合金Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C粉末采用模壁润滑温压压制,1150℃氢气氛保护下烧结60min,在900℃～600℃温度冷却区间以4.6℃/s,2.9℃/s,1.5℃/s三种速度快速冷却.试验结果显示:材料的抗拉强度和表观硬度随冷却速度的增大而升高,延伸率却随冷却速度增大而降低.在4.6℃/s的冷却速度下,Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C材料的抗拉强度为872 MPa,表观硬度为257 HB,明显高于2.9℃/s和1.5℃/s冷却条件下的性能.烧结硬化后材料尺寸有轻微收缩,但呈现出良好的尺寸稳定性.材料的烧结密度稍有降低.烧结硬化材料的显微组织为马氏体、贝氏体、珠光体和富镍残余奥氏体共存.马氏体含量随冷却速度增大而增加,低速冷却下组织主要为珠光体、残余奥氏体.     

Fe-1.0Cu-2.0Ni-0.55Mo扩散型合金钢粉的研制

本文针对莱粉公司生产的Fe-1.0Cu-2.0Ni-0.55Mo扩散型合金钢粉的生产工艺、粉末性能及其烧结件性能进行了研究。结果表明,采用本工艺生产的扩散型合金钢粉基本保持了基体粉末压缩性高、流动性好的特点,可获得高的压坯密度和烧结体密度;合金粉末损失少且分布均匀,制件尺寸精度高、机械性能稳定;扩散合金化效果好,制件具有较高的硬度和抗拉强度。同时,该生产工艺减少了合金粉末(细粉)的损失和飞扬,生产环境得以很大改善。     

含油轴承用FeCu预合金粉末制备及烧结性能研究

利用扩散法制备了Fe-20Cu-1.2C预合金粉末,与相同成分的混合粉及国外进口粉进行对比,采用X射线衍射(XRD)测定扩散粉及国外粉的物相组成,采用扫描电镜(SEM)观察合金粉末的微观形貌,采用能谱仪(EDS)观察Cu元素分布情况,并制备含油轴承标准试样,研究3种原料制备的含油轴承的显微组织与烧结性能。结果表明:相较于混合粉及国外粉,扩散粉综合性能较好,流动性为35.03 s·(50 g)~(-1),氧含量为0.31%;3种粉末中,扩散粉Cu元素分布相对均匀;相较于混合粉及国外粉,利用扩散粉制备的含油轴承显微组织中Cu分布更加均匀,相同成型密度条件下,扩散粉的烧结尺寸变化率小,径向烧结尺寸变化率为-0.057%,轴向烧结尺寸变化率为-0.191%,硬度为HRB 35.6,压溃强度为324.7 MPa,与国外粉性能相当。     

低温温压工艺

较系统地研究了低温温压工艺,考察了粉末温度、模具温度、润滑剂含量和压制压力对温压 密度的影响。实验结果表明:低温温压中最佳的模具温度、粉末温度分别为120℃和100℃;粉末 中最佳的润滑剂含量为0.65％;当压力为686 MPa时,Fe-1.5Cu-0.5C和Fe-1.5Ni-0.5Mo-0.5Cu- 0.5C(均为质量分数,％)材质体系的粉末压坯密度分别达到了7.42和7.41 g／cm3;2种粉末的温 压坯件经烧结后都发生了收缩,进一步提高了密度,合金Ni,Mo元素等具有优良的烧结强化效 果;采用低温温压工艺可以生产出烧结密度为7.34 g／cm3,烧结硬度为HRC 28,热处理后表观硬 度为HRC 54的高性能P／M齿轮。     

碳含量对Fe-Cu-C扩散预合金粉末烧结性能的影响

扩散预合金化铁基粉末由于具有高的压缩性和成分均匀性而在粉末冶金零件中得到广泛应用。本文以扩散预合金化Fe-2%Cu(质量分数,下同)粉末为主要原料,研究了添加不同含量(0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)的石墨粉后烧结Fe-Cu-C合金的显微组织、力学性能和尺寸变化率,并与相同成分的混合粉烧结坯进行对比。结果表明,随着碳含量的增加,Fe-Cu-C合金的烧结密度降低、硬度增加、尺寸变化率减小。扩散预合金粉末烧结后的组织更加均匀,硬度比混合粉烧结坯高5～6HRB,尺寸膨胀率仅为0.10%～0.20%,且尺寸稳定性优于混合粉烧结坯。     

不同方法制备的温压粉末形貌及工艺性能

温压粉末质量是温压工艺成败的关键，应据成品件的用途和成本要求选择不同的制粉方法。针对高密度高性能温压零件要求，研究和分析不同制粉方法对Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C（质量分数，％）温压粉末形貌及流动性和松装密度的影响之后，发现：用不同方法制备的粉末在形貌上有很大差异，在室温与130℃均有良好的松装密度与流动性，且多次循环加热对其流动性和松装密度都没有不良影响，而部分扩散预合金粉末的综合特性最佳。     

Cu_3P对复压复烧Fe-2Ni-1Cu-0.6C合金组织与性能的影响

采用复压复烧法制备粉末冶金Fe-2Ni-1Cu-0.6C合金。考察Cu3P添加剂对合金组织和性能的影响,并通过调节预烧温度进行预烧工艺优化。结果表明:由于Cu3P对Fe-2Ni-1Cu-0.6C复压复烧合金具有促进烧结,使珠光体组织均匀化,产生较强的固溶强化等几个方面的作用,少量Cu3P的加入可提高合金的抗弯强度和硬度;预烧温度的优化能有效控制Cu3P添加导致的合金复压复烧密度和冲击韧性的降低,从而使含Cu3P合金的性能得到进一步提高。其中,720℃预烧-复压复烧的Fe-2Ni-0.5Cu-0.58Cu3P-0.6C合金的抗弯强度和硬度达到最大值,分别为1 354 MPa和85.5 HRB,其冲击韧度为8.61J·cm-2。     

WC/TiC增强Fe基复合材料制备与性能

在Fe基复合材料Fe-1.5Cu-1.8Ni-0.5Mo-1C和Fe-1.5Cu-0.7C中分别添加TiC和WC/TiC颗粒,采用常规混粉与网带烧结工艺制备颗粒增强复合材料,观察和测试材料的显微孔隙形貌、密度、硬度与抗弯强度等性能.结果表明,TiC与Fe-1.5Cu-1.8Ni-0.5Mo-1C和Fe-1.5Cu-0....     

用作温压基粉原料的Fe-Ni-Mo合金钢粉温压与烧结行为研究

与通常采用纯雾化铁粉和部分合金化铁粉作为温压基粉不同,作者对水雾化Fe-Ni-Mo合金钢粉作基粉的Fe-1.5Ni-0.5Mo-1.0Cu-xC(x=0.6,0.8,1.0)粉末进行了温压与烧结行为的研究.结果表明,通过设计新型聚合物润滑剂,高硬度的合金钢粉仍适用于温压工艺.当粉末和模具的加热温度分别为125和145℃时,Fe-1.5Ni-0.5Mo-1.0Cu-0.8C的温压密度较高,在735MPa的压力下进行压制,压坯密度达到7.35g/cm~3,比室温压制提高了0.19g/cm~3左右.并且,温压压坯的弹性后效比室温压制降低了40％,在1120℃烧结1h后的烧结密度为7.32g/cm~3.     

不同烧结条件下Fe-Cu-Ni-Mo-C合金的弯曲疲劳性能及断口分析

以部分扩散预合金Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C粉末为原料,利用模壁润滑温压技术与3种烧结工艺制备合金材料,研究不同烧结工艺下合金的疲劳性能。结果表明:3组不同烧结工艺制备的试样在104~109循环周次下的应力幅值-循环周次(S-N)曲线均为一条连续下降的曲线,不存在传统疲劳概念上的疲劳极限,只存在条件疲劳极限;在107循环周次下,3组试样的条件疲劳极限分别为280、264和239 MPa。断口分析发现,3组试样的疲劳裂纹均萌生在试样表面的棱角处,且均表现为多源萌生;疲劳裂纹扩展以穿晶断裂为主,不同的组织对裂纹的扩展有明显的影响;扩展区存在典型的解理和疲劳辉纹形貌;断裂区有塑性韧窝出现。     

陶瓷颗粒增强粉末冶金Fe-2Cu-0.6C复合材料的微观结构和力学性能

采用传统粉末冶金压制/烧结技术,经600 MPa压制、1140℃烧结制备了陶瓷颗粒增强（SiC、TiC及TiB₂陶瓷颗粒,质量分数0~1.6%）Fe-2Cu-0.6C低合金钢复合材料,对三种复合材料的微观结构和力学性能进行了研究。结果表明:在烧结过程中,SiC与TiB₂颗粒与基体发生反应,故而与基体界面结合良好;当添加质量分数为1.6%的SiC颗粒时,复合材料烧结后的布氏硬度与抗拉强度分别比基体提高了35.9%、69.4%;添加质量分数为1.2%的TiB₂颗粒时,复合材料相对密度比基体提高了5.3%,其烧结硬度、抗拉强度与基体相比分别提高了77.9%、72.6%;由于烧结过程中TiC颗粒不与基体发生反应,故而添加TiC颗粒对复合材料的布氏硬度、抗拉强度影响不大。     

Mn含量对粉末冶金铁铜碳低合金钢组织与力学性能的影响

采用铜粉、石墨粉和铁粉为原料,以Fe-74.8Mn-6.9C中间合金粉的形式加入Mn元素,制备粉末冶金Fe-x Mn-(2-x)Cu-0.3C(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1。质量分数,%)低合金钢,研究Mn含量对该合金组织与力学性能的影响。结果表明,合金组织由铁素体和珠光体构成。加入含Mn中间合金粉对混合原料粉末的压制性能没有明显影响。随Mn含量增加,合金中孔隙的数量增多,尺寸变大;合金密度先升高后降低,Mn含量为0.4%时合金密度最大,达到7.24 g/cm~3;合金硬度先升高后降低,Mn含量为0.6%时硬度最大;合金抗弯强度下降,冲击韧性升高,Mn含量超过0.4%时二者变化均较小。因此Fe-0.6Mn-1.4Cu-0.3C合金具有较好的综合性能,硬度(HRB)和冲击韧性分别达到57.4和8.80 J/cm~2,比Fe-2Cu-0.3C合金分别提高5.3和0.82 J/cm~2,材料呈部分韧性断裂特征。     

Effect of Additive Cu10Sn Alloy on Sintering Behavior of Elemental Powders in Composition of 465 Stainless Steel

 The addition of Cu 10Sn alloy for developing the high strength 465 maraging stainless steel from elemental powders was studied. The sintering parameters investigated include the sintering temperature, the sintering time, and the mass percent of Cu 10Sn. For vacuum sintering, effective sintering occurs at temperature between 1 250 ℃ and 1 300 ℃. The maximum sintered density was achieved at 1 300 ℃ for 60 min with 3% (in mass percent) Cu 10Sn alloy. More than 3% (in mass percent) Cu 10Sn content and temperature above 1 300 ℃ caused slumping of the samples. A maximum density of 74 g/cm3 was achieved with 3% (in mass percent) Cu 10Sn content at a sintering temperature of 1 300 ℃ for 60 min. A maximum ultimate tensile strength (UTS) of 517 MPa was achieved with 3% (in mass percent) Cu 10Sn content. With content higher than 2% (in mass percent) Cu 10Sn, a maximum increase in the density was observed. The fracture morphologies of the sintered samples are also reported.     

电场活化烧结制备Cu-10Cr-0.5Al_2O_3复合材料

对Cu-10Cr-0.5Al2O3(质量分数,%)混合粉末及球磨复合粉末,采用电场活化烧结技术制备高强高导电铜基块体材料,并研究脉冲峰值电流和通电烧结时间对烧结材料组织和性能的影响。结果表明,随着脉冲峰值电流增大,烧结材料的相对密度和导电率均提高,相对密度最高可达99%,硬度和抗弯强度则先上升后下降。当脉冲电流峰值为2.94 kA时,烧结材料具有较好的综合性能,相对密度、硬度、抗弯强度和电导率分别为97.5%、285HV、911MPa和50IACS%;随着通电烧结时间延长,烧结材料的密度、硬度、抗弯强度和导电率均逐渐上升,但烧结时间过长会引起硬度轻微下降;对Cu-10Cr-0.5Al2O3混合粉末进行球磨虽导致烧结材料的电导率下降,但可显著提高材料的硬度和抗弯强度。     

锰源粉末对Fe-Mn-C烧结钢组织和力学性能的影响

以电解锰粉和Fe-76% Mn粉末（质量分数）为原料,在600℃和70% N₂+30% H₂混合气体（体积分数）管式炉中氮化得到三种抗氧化含氮锰源粉末（Mn-3% N、Mn-5% N和FeMn-3% N,质量分数）,研究锰含量以及锰源粉末种类对压制烧结Fe-Mn-C烧结钢组织和力学性能的影响。研究表明:使用氮化锰源粉末制备的Fe-Mn-C烧结钢的力学性能明显优于采用电解锰粉为原料制备的同类材料,随着锰源粉末中N含量的升高,烧结钢烧结膨胀率减小,对合金的强化作用增加。以Mn-5% N作为锰源制备的Fe-2Mn-0.5C烧结钢,其拉伸强度为576 MPa,断后延伸率为3.8%,与电解锰粉为锰源相比,烧结钢的拉伸强度和断后延伸率分别提升了29%和123%。使用氮化锰粉作为锰源的烧结钢内孔隙数量减小,珠光体增多,片层间距降低。     

Effect of molybdenum additives on the mechanical properties of iron-copper pseudoalloys

The effect of molybdenum additives (10%) on mechanical properties and the microstructure of iron-copper (Fe-30% Cu) pseudoalloys is investigated. The tensile strength, hardness, and electrical resistivity are determined, and the microstructure of specimens is analyzed quantitatively. It is established that during both solid-and liquid-phase sintering, no solid-phase solutions are formed, and a stable heterophase microstructure develops as the components undergo mutual diffusion. The heterophase nature of structure hinders grain growth of the refractory phase. The grain size of the sintered specimens does not exceed 1–5 µm. The plasticity of Fe-30% Cu-10% Mo pseudoalloys obtained during solid-phase sintering is increased significantly as compared with Fe-Cu alloys, and the elongation is 13.8% at a porosity of about 1%. Specimens produced by liquid-phase sintering experience greater elongation, but during prolonged liquid-phase sintering (more than 10 min), grain growth is restored, and the plasticity of the Fe-Cu-Mo specimens is reduced.     

放电等离子烧结制备的细晶铁基材料及其力学性能

采用高能球磨和放电等离子烧结,制备细晶Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C块体材料,在不同温度下对烧结试样进行回火处理,研究烧结温度和回火温度对该合金组织、硬度和横向断裂强度的影响。结果表明:烧结温度对合金密度和硬度影响不大,经650～800℃烧结可得到近乎全致密的铁基合金,相对密度达98%～99%,组织为马氏体、贝氏体、珠光体和残余奥氏体的混合组织,硬度为59～61 HRC。在650℃下烧结时横向断裂强度为2 260 MPa;烧结试样在400～600℃回火4 h,随着回火温度升高,初始烧结组织逐渐向球状珠光体转变,使得合金的硬度逐渐降低,横向断裂强度逐渐升高。经650℃放电等离子烧结和500℃回火热处理后的铁基合金的横向断裂强度最高达3 325 MPa,硬度大于51 HRC。     

高能球磨对新型TiC钢结硬质合金组织和性能影响的研究

采用行星式球磨机对Fe-3.0Cr-3.0Mo-0.5Cu-0.5C-33TiC新型钢结硬质合金混合粉末进行高能球磨,对不同球磨时间粉末的形貌和粒度进行观察,测定了烧结后合金的密度、硬度和抗弯强度,并对其组织结构进行了分析.结果表明：球磨初期,粉末粒度迅速减小,粉末出现片状形貌,随着球磨时间增加,粉末粒度减小速度变缓,最后趋于稳定,片状形貌逐渐消失,不规则球形形貌增多.球磨过程中,Fe与其它添加元素（C、Mo、Cu）发生合金化反应.在一定时间内,随着球磨时间的增加,混合粉末成分均匀性增加,合金的密度、硬度和抗弯强度也明显提高.     

Iron based partially pre-alloyed powders as matrix materials for diamond tools

Abstract

The hardness and bend strength of diamond tool matrix materials prepared from partially pre-alloyed Fe–Cu powders and from elemental powder mixes of equivalent composition has been compared. After sintering at 890^oC, the hardness of the partially pre-alloyed powder matrix was 81.72?HRB, 9.3% higher than that of the mixed powders matrix; sintering at 870^oC gave the highest bend strength (634.85 MPa), 11.6% higher than that of the mixed powders matrix. The improved homogeneity of alloy elements distribution achieved in the matrix by pre-alloying was shown generally to increase the hardness and strength. The cutting performance of diamond tool segments prepared with the pre-alloyed matrix material met standard requirements; overall, the pre-alloyed material is felt to offer significant manufacturing and performance benefits.