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本文利用广东省阳江市刀剪行业生产过程中产生的大量废弃水磨泥资源,研究了利用水磨泥不锈钢粉制备Cr13型粉末冶金不锈钢的工艺。对基于水磨泥不锈钢粉的Cr13型粉末的压制过程和烧结工艺进行了系统的实验研究,分析了压制力和合金成分对Cr13型粉末冶金不锈钢压坯密度的影响,探讨了烧结温度对烧结坯相对密度、组织和性能的影响,制备出无宏观微孔洞的Cr13型粉末冶金不锈钢。完成了基于Pro/E软件的粉术压制成形模具设计及粉末冶金模具标准件库的建立。
实验及分析结果表明,基于水磨泥不锈钢粉的Cr13型粉末可以进行压制成形,粉末在压制成形过程中压坯密度随着压力的增大而增大,当压力在1400MPa时,压坯密度可达6.3g/cm3,当压力继续增大时,压坯密度变化趋于平缓。添加铜粉可以明显增加在相同压力下Cr13型不锈钢粉末的压坯密度,即增加铜粉提高了粉末冶金Cr13型不锈钢粉末的可压制性。
烧结过程中,随着烧结温度提高,烧结坯的相对密度增大,1200℃以下烧结时,相对密度增加迅速;烧结温度高于1200℃后,相对密度增加趋于平缓,烧结温度为1360℃时,相对密度达到94%。随着烧结温度提高,烧结坯的线收缩率增大,烧结温度高于1200℃后,相对密度增加缓慢,烧结温度为1360℃时,线收缩率达到11.2%。粉末压坯经烧结后,形成金属基体和孔隙的复合体。烧结坯的金相组织由珠光体、碳化物和微观孔洞组成。烧结样品的扫描电镜形貌中可见明显的孔隙区和韧窝区。
烧结坯的硬度随着烧结温度的提高而增大,且高温烧结时间越长,越有利于提高材料的力学性能,这主要与烧结时间有助于增强粉末结合,孔隙球化和合金元素的扩散均匀化有关。基于水磨泥不锈钢粉的Cr13型粉末生坯的参考烧结工艺为:1000℃、3h+1400℃、2h,经此工艺制备的Cr13型烧结不锈钢坯,组织均匀,表面无宏观缺陷,经淬火后的硬度可达86HRB。
基于PRO/E的二次开发工具和Microsoft Visual Studio编程软件建立的粉末冶金标准件库和粉末冶金模具模架库,易操作、可视化好,能显著提高粉末冶金企业的产品及其模具的设计制造效率。