粉末冶金Fe-2Cu-0.5C材料的显微结构对疲劳性能的影响

鉴于粉末冶金零件材料向较高密度与高使用性能发展的趋向,弄清楚合金化添加剂与生产工艺对粉末冶金材料力学性能与疲劳性能的影响就日益重要.本文介绍了在粉末冶金零件生产中用量最广泛的Fe-2Cu-0.5C,即MPIF标准35的FC-0205材料的显微结构形成和其对疲劳性能的影响.     

摩擦组元对粉末冶金摩擦材料摩擦性能的影响

实验研究了不同种类摩擦组元对粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响。结果表明摩擦组元的显微硬度对摩擦因数和摩擦因数稳定度影响显著。随着摩擦组元显微硬度的提高，摩擦材料的耐磨性提高，而对偶材料的磨损量增大；摩擦材料的表观硬度主要取决于基体组元，摩擦组元的显微硬度对其影响不人。单独依靠一种摩擦组元不能使摩擦材料取得较佳的摩擦性能，综合使用几种摩擦组元，才能得到满意的效果。     

不同种类石墨及碳纤维对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

研究了天然石墨、致密石墨及其两者混合0.1%(质量分数)碳纤维后分别对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦性能的影响。结果表明:石墨能在摩擦表面形成一层润滑石墨膜,且天然石墨产生的石墨膜更加完整稳定。低速摩擦条件下致密石墨与碳纤维混合使用可使摩擦因数提高8.5%,材料的散热效果有所提高。天然石墨与致密石墨相比摩擦因数基本持平,摩擦温升降低1～3℃。     

石墨类型对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金方法制备了分别以鳞片石墨、球形石墨、焦炭、人造石墨和隐晶石墨为润滑组元的铜基摩擦材料,使用MM3000摩擦磨损试验机测试了摩擦磨损和制动性能。结果表明：在3 000～7 000 r/min的转速下,含人造石墨铜基摩擦材料的平均摩擦因数最高,但磨损量大;含焦炭铜基摩擦材料的摩擦因数次之,但磨损量最小,优于含鳞片石墨铜基摩擦材料。在7 000 r/min转速制动条件下,含人造石墨铜基摩擦材料的瞬时摩擦因数最高,制动时间最短,但摩擦材料表面温升最大;含焦炭铜基摩擦材料的瞬时摩擦因数和制动时间次之,但摩擦材料表面温升最小,且整体性能优于常用的含鳞片石墨铜基摩擦材料。因此,相比而言,以焦炭作为润滑组元的铜基摩擦材料具有最佳的摩擦磨损和制动性能。     

SiO_2粒度对铜基粉末冶金摩擦材料性能影响

摩擦剂是粉末冶金航空刹车材料制造的关键组元之一。通过粉末冶金方法制备铜基粉末冶金摩擦材料,研究不同粒度规格的SiO2(38~48μm、48~75μm、61~106μm、75~150μm、106~212μm)对材料性能的影响。结果表明,SiO2粒度的变化对摩擦材料压坯密度、烧结后密度及硬度影响不显著;在相同速度及比压条件下,随着SiO2粒度的增大,摩擦因数及磨损量降低,力矩曲线走势逐渐平稳,波动减小。     

添加球磨铁碳粉对Fe-2Cu-0.8C材料性能的影响

本文采用不同工艺制备球磨铁碳粉,并以球磨铁碳粉替代石墨粉与铁粉、铜粉混合,配制Fe-2Cu-0.8C材料,研究添加球磨粉的球磨时间和球磨粉成分对材料性能的影响,并与元素粉配料的Fe-2Cu-0.8C材料进行对比。结果表明,与添加其他球磨时间粉末的材料相比,添加球磨12 h粉末配制的材料,粉末的流动性好,试样的密度、强度和硬度相对较高。添加不同碳含量球磨粉末的材料,粉末的流动性和试样的密度与添加的球磨粉碳含量关系不大,试样的强度和硬度随碳含量增加有所降低。与元素粉配料的材料相比,添加球磨12 h粉末配制的材料强度和硬度提高近30%。     

粉末冶金Fe-2Cu-0.8C合金零件尺寸变化的分析与控制

Fe-Cu-C合金,特别是Fe-2Cu-0.8C合金,是粉末冶金零件生产中应用最广的一类合金材料.这种材料的力学性能与烧结性优异,成本具有竞争性,但是,用于生产尺寸精密与形状复杂的零件时,尺寸变化不易控制.本文分析了影响这种合金材料尺寸变化的因素,特别是烧结时的尺寸变化.介绍了一些添加铜的方式对烧结Fe-2Cu-0.8...     

模拟空间状态下的粉末冶金摩擦材料性能

研究了用粉末冶金方法生产的非金属含量较高的摩擦材料在模拟空间状态下的摩擦磨损性能。重点探讨了材料中非金属组元(特别是摩擦组元、润滑组元)对材料的摩擦性能及稳定度的影响。结果表明在模拟空间状态下, 无论是铁基还是铜基, 或是Fe/Cu基的摩擦材料仍然遵循在大气状态下的规律。研究结果表明除宇宙射线粒子的影响未考虑外, 模拟空间状态下摩擦性能最稳定的是具有一定润滑性能, 且非金属成分的体积分数比较高的铜基粉末冶金摩擦材料。     

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。     

粉末冶金制备碳纤维增强铁-铜基摩擦材料的组织与性能

以铁-铜为主组元,以石墨和MoS2为润滑组元,以Al2O3、SiC、锆英砂为摩擦组元,并添加不同质量分数的碳纤维,将原料混合均匀后经600 MPa冷压成形,然后在氢气气氛下热压烧结2 h(980℃,2~3 MPa),制备得到碳纤维增强铁-铜基摩擦材料,并对其硬度、相对密度、显微组织、摩擦磨损性能进行研究。结果表明:铁-铜基体上均匀分布着耐磨的陶瓷相及润滑组元,铁-铜基体有部分固溶,碳纤维掩埋在基体和摩擦组元间。当碳纤维质量分数为2%~4%时,所制备的摩擦材料硬度为HV 102.2~118.6,相对密度为90.4%~92.6%,摩擦系数为0.56~0.60,磨损失重量最小。该摩擦材料的磨损主要为磨粒磨损,伴随少量粘着磨损。碳纤维可以强化基体,钉扎摩擦组元,在摩擦磨损过程中隔断犁沟,降低材料磨损。     

石墨对铜基粉末冶金闸片材料性能的影响

采用粒度>550μm的天然鳞片石墨和人造石墨配合制备了铜基粉末冶金高速列车制动闸片材料,系统研究了鳞片石墨粒度对材料力学性能、摩擦磨损性能和摩擦膜形成的影响。结果表明:采用粒度>550μm的天然鳞片石墨作润滑组元,所制备摩擦材料的抗压强度显著高于采用小粒度石墨所制材料,达到145.30MPa;随鳞片石墨粒度的增大,材料的摩擦系数降低,磨损率降低幅度可达50%以上,摩擦表面趋于形成完整的摩擦膜;采用鳞片石墨和人造石墨配合使用,能够显著提高材料强度。     

粉末冶金Fe-2Cu-0.6C齿轮表面滚压致密的有限元模拟与实验研究

采用Deform-3D软件对相对密度为90%的Fe-2Cu-0.6C粉末冶金齿轮表面滚压过程进行有限元模拟,研究滚压过程中齿轮应力应变和相对密度的分布及变化规律,并利用标准渐开线齿形的工具轮进行齿轮坯料滚压实验来验证有限元模拟结果。模拟结果表明,轮齿两侧面的等效应变分布存在差异,进入滚压面的最大等效应变出现在分度圆附近,退出滚压面的最大等效应变出现在齿顶。齿面上的等效应力随滚压圈数增加而快速增大,并逐渐趋于稳定。齿面表层相对密度的提高可分为3个阶段,分别为孔隙快速压实阶段、密度缓慢增长阶段与密度稳定阶段。工具轮完成0.6 mm的进给后,轮齿表面到心部的相对密度呈梯度分布,表面形成大约0.3~0.5 mm厚度的致密层(相对密度≥98%)。实验结果与模拟结果具有较好的一致性,验证了有限元模型的可靠性。     

粉末冶金飞机摩擦材料的显微结构

本研究对Fe基和Fe－CU基两种飞机摩擦材料的显微结构及其受摩擦制动过程（摩擦热）的影响进行了金相观察和分析。研究结果表明，受摩擦制动过程的影响，Fe基摩擦材料的显微结构发生了较大的变化，组织中细片层珠光体明显增多，而FE-CU基摩擦材料的显微结构较稳定，未受摩擦热明显影响。金相观察还发现，Fe-cu基摩擦材料靠摩擦表面形成了薄的摩擦工作层，并且在表层和近表层还发生了再结晶过程，使晶粒明显细化。     

刹车速度对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

以粉末冶金法制备铜基粉末冶金摩擦材料, 采用洛氏硬度计和夏比冲击试验机对摩擦材料的力学性能进行表征, 利用MM-3000型摩擦磨损性能试验台研究了刹车速度对材料摩擦磨损性能的影响, 并借助电子扫描显微镜(scanning electron microscope, SEM)观察了摩擦材料的微观形貌。研究表明:铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损性能与刹车速度密切相关, 随着刹车速度的增大, 摩擦吸收功率近似线性增长, 而摩擦系数呈先增大后减小的趋势; 在高速刹车条件下, 铜基体自身发生软化会破坏摩擦材料表面形成的氧化膜, 降低了分子键的抗剪切强度, 从而增大了磨损量。     

铁粉粒度对粉末冶金材料制动摩擦性能的影响

采用粉末冶金工艺制备含4种粒度(20μm、30μm、50μm、70μm)铁粉增强的铜基摩擦材料,研究铁粉粒度对材料力学性能和制动摩擦性能的影响。采用TM-1型惯性试验台测试材料的制动摩擦性能,试验初速度为50~380 km/h。结果表明:铁粉粒度从20μm增加到70μm时,材料硬度从55.67 HRB降低到31.83HRB,剪切强度从12.56 MPa下降到10.27 MPa。这种硬度和强度的下降使大粒度样品表现出反常的摩擦特性:随着制动速度的提高,铁粉粒度为70μm的F70样品的摩擦因数不降低反而升高,当制动速度从120 km/h上升到380 km/h时,摩擦因数从0.338持续升高到0.356,并且从350 km/h后摩擦因数稳定不变。这种高而稳定的摩擦因数是保证列车在高速下紧急制动、平稳停驶所必需的。     

SiC粒度对铁基粉末冶金摩擦材料性能的影响

本文采用冷压、加压烧结的方法制备了含Si C颗粒的铁基粉末冶金摩擦材料。研究了不同粒度规格(485μm~、250~830μm、180~380μm、150~180μm、75~150μm、~120μm)的Si C对某铁基粉末冶金摩擦材料密度、硬度、摩擦磨损性能等的影响。结果表明:Si C粒度的变化对铁基粉末冶金摩擦材料压坯密度、烧结后硬度及结合性影响较小;随着Si C粒径的减小,铁基粉末冶金摩擦材料的硬度、最大摩擦系数、最小摩擦系数和平均摩擦系数均逐渐减小,磨损量逐渐增大,力矩曲线波动逐渐变大;Si C粒度在180~830μm(-20+80目)时,铁基粉末冶金摩擦材料表现出较优异的摩擦磨损性能。     

成型压力对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

研究成型压力对铜基摩擦材料显微组织和性能的影响。结果表明,铜基摩擦材料的密度随成型压力的增加基本保持不变;随着成型压力的增加,孔隙率明显降低,致密度提高。当成型压力从60t增加到100t时,铜基摩擦材料的硬度明显提高,当成型压力继续增加时,硬度出现下降趋势;铜基摩擦材料的摩擦系数随着成型压力的增加呈先降低后增加的趋势。在成型压力为100t时,铜基粉末冶金摩擦材料的综合性能最佳。     

烧结气氛对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

本文分别在N2、H2和N2+H2:混合气三种气氛下,采用热压烧结法制备了合金强化铜基粉末冶金摩擦材料,并观察了微观形貌,测试了物理力学性能和摩擦磨损性能.结果表明:不同烧结气氛下制备的材料的显微组织相似,但抗压强度和摩擦磨损性能有显著区别:H2气氛烧结的材料挤压强度最低,摩擦系数随转速和制动压力的增加波动较大,且磨损严...     

粉末锻造Fe-2Cu-0.5C-0.11S材料的超声疲劳

采用粉末锻造工艺制备Fe-2Cu-0.5C-0.11S材料,对该材料进行超声疲劳试验,研究材料的超声疲劳行为,并对疲劳断口形貌进行观察与分析。结果表明,Fe-2Cu-0.5C-0.11S材料不存在无限疲劳寿命,只存在条件疲劳强度,在10~5,10~6,10~7,10~8周次下材料的疲劳强度分别为543.6,437.7,351.1和281.7 MPa,疲劳断口由裂纹源区、裂纹稳定扩展区和瞬断区组成。裂纹源区内存在扇形分布的疲劳台阶和短小撕裂棱,在疲劳应力较大时主裂纹源位于材料表面,应力较小时主裂纹源位于材料内部;裂纹稳定扩展区内存在大量方向不规则的疲劳辉纹,疲劳辉纹的间隔随疲劳应力减小而减小;瞬断区整体较粗糙且不平整,内部存在大量韧窝。