超纯铁粉制备粉末冶金铁基结构材料及其渗碳处理性能研究

摘要

本次实验主要针对JHY100.27超纯铁粉为原材料制备粉末冶金结构材料进行研究，实验中分别从添加合金元素和渗碳处理两条途径出发，来改善铁基烧结材料的性能，扩大超纯铁粉的应用，研制出新产品所需材料。通过试验获得符合性能要求的合金成分并对粉末冶金材料的力学性能及微观组织进行了分析，为超纯铁粉制备铁基合金材料制备提供必要的参考数据。
　　 实验采用粉末冶金传统工艺通过设计成分配比，成型，烧结。提高烧结体致密化程度是改善材料力学性能的基础，结合实验条件，采用800MPa、900MPa压制压力。压制压力900MPa得到超纯铁粉制品的密度可以达到7.010g/cm3。在超纯铁粉中通过逐步添加C、Cu、FY—1合金元素来提高材料的综合性能。实验结果表明：随着C含量从0.6％增加到0.9％，烧结合金的硬度及强度呈升高趋势；添加2％Cu进行瞬时液相烧结提高致密度，强化铁并可以提高后续合金添加时的扩散能力，使材料的组织均匀化，从而使强度提高0.5倍，最高达到469.84MPa，此外硬度、密度也有明显提高。实验中合金元素MnCrMo主要采用预合金化法加入，FY—1母合金2％时综合力学性能较好，压制压力800MPa时，冲击韧性为18.47J/cm2，拉伸强度为574.84MPa，硬度值为HRC28.33，密度为7.096 g/cm3；900MPa时冲击韧性为20.06.J/cm2，拉伸强度为597.63MPa，硬度值为HRC36.7，密度为7.099g/cm3。同不添加合金元素相比硬度提高了1.3倍，拉伸强度提高30％。
　　 另外，实验在1010℃对仅含碳的超纯铁粉制品进行固体渗碳处理，通过不同时间得到不同的渗层深度，6小时就可以达到2mm左右，其表面硬度值也可达到添加合金元素的效果为以后进一步热处理打下良好基础。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 粉末冶金概述

1.2 铁粉生产的发展简况

1.2.1 国外铁粉生产发展简况

1.2.2 国内铁粉生产发展简况

1.2.3 还原铁粉发展简况

1.3 铁基粉末冶金结构零件发展及市场现状

1.4 铁基粉末的合金化

1.4.1 粘结化处理预混合法

1.4.2 部分合金化法

1.4.3 完全预合金化法

1.4.4 复合混合法

1.5 固相烧结

1.6 液相烧结

1.7 合金元素的成分设计

1.8 加入2％铜烧结过程

1.9 渗碳原理

1.10 渗碳工艺的研究进展

1.11 固体渗碳

1.11.1固体渗碳温度与渗碳时间的确定

1.11.2固体渗碳剂的选择

1.11.3固体渗碳烧结机制

1.12 研究目的

1.13 研究意义

第2章 实验方法与机理

2.1 实验器材

2.2 实验原材料

2.3 实验过程

2.3.1 材料配比

2.3.2 工艺流程

2.3.3 混料

2.3.4 压制成型

2.3.5 烧结工艺

2.3.6 固体渗碳

2.4 性能测试

2.4.1 密度测试

2.4.2 硬度的测定

2.4.3 延伸率

2.4.4 断面收缩率

2.4.5 拉伸强度测量

2.4.6 冲击韧性测量

2.4.7 金相组织观察

第3章 实验结果与分析

3.1 压制压力对JHF100.27材料性能影响

3.1.1 压制压力对JHF100.27材料密度的影响

3.1.2 压制压力对JHF100.27材料拉伸强度的影响

3.1.3 压制压力对JHF100.27材料冲击韧性的影响

3.1.4 压制压力对JHF100.27材料硬度的影响

3.1.5 压制压力对JHF100.27材料延伸率的影响

3.1.6 小结

3.2 碳含量对不同压制压力下JHF100.27材料性能的影响

3.2.1 碳含量对JHF100.27材料密度的影响

3.2.2 碳含量对JHF100.27材料拉伸强度的影响

3.2.3 碳含量对JHF100.27材料冲击韧性的影响

3.2.4 碳含量对JHF100.27材料硬度的影响

3.2.5 Fe-C材料金相分析

3.2.6 小结

3.3 2％铜含量对JHF100.27材料性能的影响

3.3.1 Cu对不同压制压力及碳含量材料密度的影响

3.3.2 Cu对不同压制压力及碳含量材料拉伸强度的影响

3.3.3 Cu对不同压制压力及碳含量材料冲击韧性的影响

3.3.4 Cu对不同压制压力及碳含量材料硬度值的影响

3.3.5 Cu-Fe-C烧结材料金相分析

3.3.6 小结

3.4 FY-1合金含量对JHF100.27材料性能的影响

3.4.1 FY-1合金含量对材料密度值的影响

3.4.2 FY-1合金含量对材料拉伸强度的影响

3.4.3 FY-l合金含量对材料冲击韧性的影响

3.4.4 FY-1合金含量对材料硬度的影响

3.4.5 FY-1合金-Cu-Fe-C材料金相分析

3.4.6 小结

第4章 固体渗碳处理

4.1 渗碳时间对不同含碳量下Fe-C材料硬度的影响

4.2 渗碳时间对不同含碳量下Fe-C材料冲击韧性的影响

4.3 1010℃渗碳后0.7％含碳量渗层分析

4.4 碳含量0.7％于1010℃渗碳8h金相照片分析

4.5 本章结论

第5章 结论

参考文献

致谢