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汽车、家电产业的快速发展对铁基粉末冶金材料的性能提出了更高的要求。本论文以扩散合金化粉末Fe-1.75Ni-0.5Mo-1.5Cu、高碳铬铁粉、高碳锰铁粉、二氧化铈粉、石墨粉以及硬脂酸锌为原材料,经成分选择和工艺优化,成功制备出低成本、高强度、高韧性、高硬度的铁基粉末冶金合金。研究了Cr、Mn、C及CeO2对扩散合金化粉末Fe-1.75Ni-0.5Mo-1.5Cu的组织和性能影响,以及烧结温度,回火工艺,生坯密度等工艺参数的作用。
Cr、Mn最佳添加量分别为1.5%、1.0%,此时材料综合性能最优,明显增加了材料的强度与硬度,且对韧性的削弱较小。添加Cr、Mn后材料发生了烧结硬化,促进马氏体、下贝氏体的形成,导致材料强度与硬度提升。高碳铬铁、高碳锰铁在烧结时会出现瞬时液相,虽然引起了材料的反致密化,但促进了合金元素的扩散。
CeO2与C的最佳量分别为0.2%和0.4%。碳含量影响瞬时液相过程,从而影响孔隙及显微组织。适量的CeO2能细化奥氏体晶粒,促进了合金元素的扩散,使大孔隙圆整度提高、下贝氏体含量增多;它还能变质S、Si等有害夹杂。然而过量的CeO2对材料强韧性不利。
提高烧结温度不仅促进了合金元素在固相中的扩散,更重要的是,它促进了瞬时液相过程,提高了材料的性能。适当的提高生坯密度,减少了材料中的孔隙,促进了颗粒的结合,因此材料性能有较大的提升。
综合利用上述技术,本文获得的最佳材料成分为Fe-1.75Ni-0.5Mo-1.5Cu-1.5Cr-1.0Mn-0.2CeO2-0.4C,最佳工艺为生坯密度7.15g/cm3、烧结温度1230℃、不经回火处理。它的屈服强度为570MPa、抗拉强度达到950MPa、硬度为96HRB、冲击韧性为30.3J/cm2,与基础材料Fe-1.75Ni-0.5Mo-1.5Cu-0.5C相比,性能全面提升。