颗粒配比对Fe-Cu-C烧结件组织和性能影响的研究

摘要

近几年，汽车市场的快速发展为粉末冶金零件提供了一个具有广泛发展前景的消费市场，对其需求量不断增加；同时对齿轮零件的性能提出了更高的要求。对于粉末冶金零件而言，压制密度和烧结密度对材料的性能有着至关重要的作用，在很大程度上决定了材料的使用寿命和力学性能。对于企业而言，如何在低成本的条件下来提高粉末冶金件的密度，从而使性能得到提高，为企业带来更大的利润是一个值得考虑的问题，因此对开发低成本、高密度、高性能铁基粉末冶金材料具有重要的社会意义和经济效益。
　　本实验通过将不同配比的400目、800目、3000目雾化铁粉和1000目气雾化铜粉添加到200目铁粉基粉中，经均匀混合、压制成形后进行烧结，研究了不同颗粒度配比、不同压制力和不同烧结温度下对试样组织和性能的影响，通过对烧结后的试样做金相显微组织测试、密度、硬度、X射线衍射分析以及SEM和TEM分析后，得到以下结论：
　　1、实验研究表明添加3％的1000目气雾化铜粉和4%800目雾化铁粉时，试样经压制成形烧结后的性能优于其他颗粒配比的烧结试样。
　　2、通过对试样的显微组织观察分析，可以得出试样在添加3%气雾化铜粉和4%800目雾化铁粉时的组织较好，而且当压制力为600MPa，烧结温度为1150℃时，颗粒间的结合程度较高，晶界间的角度呈120°，对于材料的结构稳定性有重要影响；在该条件下的组织孔隙球化程度较高，在晶界的连接处分布较多。
　　3、不同颗粒度不同压制力的实验中，密度与硬度表现出相似的变化规律，当试样中1000目气雾化铜粉的添加量为3%，800目雾化铁粉的添加量为4%时，密度与硬度均达到最大；不同压制力实验表明，在600MPa时的上述烧结试样表现出良好的密度与硬度；在不同温度的烧结实验中，1150℃下烧结，密度达到7.2g/cm3,但是硬度表现出了与密度不相似的变化趋势，在1090℃烧结前，硬度值先增大后减小，随后温度升高硬度增大，在1150℃时达到最大值，此时的硬度增量最小。
　　4、通过X射线衍射实验和透射实验表明，1000目微米铜粉在铁基粉体粗颗粒界面或界隅处已完全熔解，形成Fe4Cu3，此界面层的厚度比较均匀，实现了铁粉颗粒的有效连接。
　　5、SEM面扫描测试结果显示，试样烧结后铜在铁基体中呈网状分布，表明铜熔化后对铁基体颗粒间形成界面和孔隙进行了较好的填充；断口结果分析则表明添加气雾化铜粉的试样是韧性断裂和脆性穿晶断裂兼有的混合断裂。

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第一章 绪 论

1.1 粉末冶金材料及其应用

1.2 铁基粉末冶金材料的研究进展及现状

1.3 粉末压制成形技术和高致密化技术研究进展

1.4 铁基粉末冶金制品的烧结与物质迁移理论

1.5 课题研究的内容

第二章 实验材料及内容

2.1 实验工艺方案

2.2 实验材料及方法

2.3 试样的组织和性能的测试方法

第三章 颗粒配比对Fe-Cu-C材料组织和性能的影响

引言

3.1 颗粒配比对Fe-Cu-C试样密度的影响

3.2 Fe-Cu-C材料金相组织分析

3.3 颗粒配比对Fe-Cu-C烧结试样硬度的影响

3.4 Fe-Cu-C材料烧结后XRD相分析

3.5 1000目铜粉和铁粉对Fe-Cu-C材料烧结后致密化的作用

3.6 本章小结

第四章 压制力对最佳颗粒配比试样组织和性能的影响

引言

4.1 不同压制力对Fe-Cu-C试样微观组织的影响

4.2 不同压制力对Fe-Cu-C试样密度的影响

4.3 不同压制力对Fe-Cu-C烧结试样硬度的影响

4.4 XRD物相分析

4.5 本章小结

第五章 烧结温度对最佳颗粒配比试样组织和性能的影响

引言

5.1 烧结温度对Fe-Cu-C材料微观组织的影响

5.2 烧结温度对Fe-Cu-C材料密度的影响

5.3 烧结温度对Fe-Cu-C材料硬度的影响

5.4 XRD物相分析

5.5 断口分析

5.6 本章小结

第六章 结 论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果