水雾化铁粉工艺性能研究

摘要

粉末冶金技术具有显著的节材和节能效果，铁粉是铁基粉末冶金材料和制品的主要原料，是粉末冶金工业中用量最大的一类粉末。随着国民经济的飞速发展，汽车、工程机械等行业的大力发展给我国铁粉带来了广阔的发展前景。目前，铁基粉末冶金材料朝着高密度、高强度、形状复杂方向发展，对其原料铁粉的工艺性能提出了越来越高的要求。但是，我国铁粉的基础较薄弱，高端市场被国外企业所垄断。为了提升我国铁粉的整体性能，很有必要对铁粉工艺性能进行系统研究。
　　 本研究以莱钢集团粉末冶金有限公司生产的LAP100.29水雾化铁粉为基本原料，通过不同的处理方法研究了铁粉的化学成分、粒度、粒度搭配、纳米铁粉添加及晶粒大小对铁粉工艺性能的影响。主要研究结果如下:
　　 (1)通过线性拟合分析了铁粉中C、Si、Mn、P、S、氢损等主要杂质元素对铁粉压缩性的影响关系。采用单元线性拟合时，拟合结果的相关系数很低，其结果不可靠;采用多元线性拟合，通过自编程序的方法对杂质含量与粉末压缩性之间的关系进行分析，结果显示其相关系数均大于0.97，可靠性大大提高。拟合的结果表明影响水雾化铁粉压缩性的主要因素是粉末中杂质元素P、C等含量;次要因素是粉末中杂质元素Si、Mn含量。
　　 (2)随着颗粒粒径减小，铁粉的流动性降低、松装密度增大。使用艾西压制方程对铁粉压制密度进行拟合分析，表明不同粒度的铁粉都能很好的符合艾西压制方程，颗粒粒径大的粉末其压缩系数大，压缩性好。在总孔隙度相当的情况下，粉末粒径小的压坯其孔隙尺寸较小、孔隙数量较多、孔隙的分布较均匀。
　　 (3)将-80+100目和-325目两种粒径的水雾化纯铁粉以不同比例搭配，通过控制粒度搭配，铁粉松装密度在2.84～3.42g·cm-3、铁粉流动性在20～31 s/50g范围变化;当压制压力低于300MPa时，压坯致密化主要由颗粒的滑移、重排决定，当压制压力高于300MPa时压坯致密化主要以粉末的塑性变形为主。
　　 (4)在500～800℃对水雾化铁粉热处理，粉末晶粒尺寸从58.8nm长大到108.4nm，晶粒大小对粉末流动性和松装密度影响不大;随着晶粒尺寸增加，粉末压制密度增加，通过Ln(1/(1-D))=Kp1/22+B方程考察了粉末屈服强度的变化，分析得出粉末压制性能改善的主要原因是粉末晶粒尺寸变大，粉末屈服强度降低。在粉末颗粒未断裂前，相同压制压力下，晶粒尺寸大的粉末变形量大，其压制性能更好。
　　 (5)纳米铁粉的添加使水雾化铁粉压制性能降低、脱模力增加、颗粒间摩擦系数增加;添加0.5～6wt％纳米铁粉后，粉末的流动性的变化范围为25～30s/50g，松装密度为3.20～3.49g·cm-3，摩擦系数为0.138～0.157。纳米Fe添加量为2％时，铁粉压制性能最低。当纳米铁粉的添加量小于2％时能均匀分布在基体中，当纳米铁粉添加量大于2％时则形成轻微团聚体。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 粉末冶金与钢铁粉末发展概况

1．1．1 粉末冶金的发展概述

1．1．2 钢铁粉末的发展概述

1．2 铁粉的制备方法

1．2．1 还原法制粉

1．2．2 雾化法制粉

1．2．3 羟基法制粉

1．2．4 复合粉末

1．3 铁粉压缩性及其影响因素

1．3．1 铁粉压缩性

1．3．2 影响压缩性的因素

1．4 本研究的意义与内容

1．4．1 本研究的意义

1．4．2 本研究的目的及内容

第二章 实验过程

2．1 实验工艺过程

2．2 基本分析方法及手段

2．2．1 C／O含量分析

2．2．2 化学成分分析

2．2．3 粒度分析

2．2．4 晶粒大小分析

2．2．5 显微硬度的测量

2．2．6 扫描电子显微镜观察

2．2．7 流动性及松装密度的测定

2．2．8 密度测定

第三章 化学成分对水雾化粉末压缩性的影响

3．1 实验方法

3．2 单一杂质元素含量对压缩性影响的分析

3．3 多元线性拟合法分析杂质元素对压缩性的影响

3．4 本章小结

第四章 粒度、粒度搭配及粉末晶粒大小对水雾化铁粉工艺性能的影响

4．1 粒径对水雾化铁粉工艺性能的影响

4．1．1 实验方法

4．1．2 水雾化铁粉粒径对流动性和松装密度的影响

4．1．3 水雾化铁粉粒径对压制密度的影响

4．1．4 水雾化铁粉粒径对压坯孔隙度的影响

4．2 粒度搭配对水雾化铁粉工艺性能的影响

4．2．1 实验方法

4．2．2 粒度搭配对松装密度的影响

4．2．3 粒度搭配对压坯密度的影响

4．3 粉末晶粒大小对水雾化铁粉工艺性能的影响

4．3．1 实验方法

4．3．2 晶粒大小对松装密度和流动性的影响

4．3．3 晶粒大小对压坯密度的影响

4．4 本章小结

第五章 纳米铁粉添加对水雾化铁粉工艺性能的影响

5．1 实验方法

5．2 纳米粉末添加对铁粉松装密度的影响

5．3 纳米铁粉添加对压坯密度的影响

5．4 本章小结

第六章 结论

创新点说明

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果