双层铁基粉末冶金材料组织与性能研究

摘要

大多零件在实际使用过程中，仅有部分区域或部位需要高的使用性能。因此，可用双层或多层材料，对于性能要求高的区域或部位用高含量的合金元素以满足使用性能，性能要求不高的区域或部位不用或少用合金元素，作为基体起承载作用，从而实现节约化、绿色化制造。
　　 本文用粉末冶金压制烧结法制各双层铁基粉末冶金材料，其基体层为Fe-1.2C-5Cu，合金层中单独或复合添加Cr、Mo、Ni、Co元素;研究了双层铁基粉末冶金材料试样在烧结态、熔渗态、热处理态下的组织、径向压溃强度及摩擦系数。
　　 采用是湿混法，可以提高混料的均匀性。两次装粉两次压制法压制的试样，烧结后合金层和基体层结合良好，无开裂。随着压制压力的增大，压坯的密度及烧结后试样的硬度和径向压溃强度一开始会大幅上升，但是压制压力增大到650MPa之后，其增长幅度将会降低。
　　 烧结态下，添加Cr、Mo、Ni元素，合金层中除了珠光体和铁素体组织，还有部分贝氏体。单一添加Cr元素时，组织中有未化合石墨。添加Mo元素获得的贝氏体组织最多。单独添加Ni元素得到珠光体组织片层最细。单一添加Co元素只获得珠光体组织。同时加入Mo、Ni元素时，烧结态试样中的贝氏体组织最多。Cr、Mo元素在烧结试样中会富集，形成碳化物和合金渗碳体。Ni、Co元素在试样中的分布较为均匀。
　　 熔渗处理后，合金元素扩散更为充分，添加Cr、Mo、Ni元素，合金层中出现大量的贝氏体组织，Cr、Mo元素的富集区碳含量增大，以及大量网状的游离铜组织。热处理后，组织为回火马氏体和残余奥氏体，组织中容易出现网状结构，同时添加NiCo元素的热处理试样在晶界处出现三次渗碳体。
　　 烧结态下，添加Mo元素的试样径向压渍强度最高，达到850MPa。添加Cr、Co元素试样的径向压溃强度低。熔渗处理后，试样的径向压溃强度均得到提高，添加Mo元素的试样径向压溃强度升高为1227MPa。同时添加CrMo元素的熔渗态试样径向压溃强度达1016MPa。热处理后，复合添加合金元素的试样径向压溃强度值变化不是很大。
　　 Mo元素可以使烧结态试样的摩擦系数降低。单独添加Mo元素的试样平均摩擦系数为0.116，同时加入MoCo元素的试样平均摩擦系数为0.137。烧结试样熔渗处理后，密度提高，摩擦系数升高。热处理后，添加Cr元素试样的平均摩擦系数降低，添加Mo元素的试样的平均摩擦系数升高。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 铁基粉末冶金材料应用

1．2 高合金铁基粉末冶金材料

1．2．1 高合金铁基粉末冶金材料分类

1．2．2 常用合金元素对材料组织及性能的影响

1．3 粉末冶金概述

1．3．1 铁粉的制取

1．3．2 粉末混合

1．3．3 成形工艺

1．3．4 烧结工艺

1．3．5 热处理与熔渗法

1．4 本课题的研究意义与主要内容

2 实验

2．1 实验材料与设备

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验设备

2．2 实验流程

2．2．1 混料

2．2．2 压制

2．2．3 烧结

2．2．4 熔渗

2．2．5 热处理

2．2．6 实验流程

2．3 测试方法

2．3．1 金相观察

2．3．2 硬度测试

2．3．3 径向压溃强度测试

2．3．4 摩擦磨损测试

3 工艺参数对双层烧结试样的影响

3．1 混料方式的影响

3．2 压制方式的影响

3．3 压制压力的影响

3．4 双层试样的烧结扩散

3．5 本章小结

4 双层铁基粉末冶金材料合金层的组织

4．1 烧结态试样合金层组织

4．2 熔渗态试样合金层组织

4．3 热处理态试样合金层组织

4．4 合金元素对台金层组织的影响

4．4 本章小结

5 双层铁基粉末冶金材料的力学性能

5．1 双层铁基粉末冶金材料的径向压溃强度

5．1．1 烧结态试样的径向压溃强度

5．1．2 熔渗态试样的径向压溃强度

5．1．3 热处理态试样的径向压溃强度

5．2 双层铁基粉末冶金材料的摩擦磨损性能

5．2．1 烧结态试样的摩擦磨损性能

5．2．2 熔渗态试样的摩擦磨损性能

5．2．3 热处理态试样的摩擦磨损性能

5．3 本章小结

6 结论

致谢

参考文献