部分扩散预合金温压粉末制备技术及其性能的研究

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温压技术是以低成本制造高密度、高性能粉末冶金材料的一种新方法。本文首先探讨了部分扩散预合金温压粉末的制备工艺及其优化,分析并比较了部分扩散预合金粉和常规混合粉、预粘结粉的各项性能参数。然后,研究了部分扩散预合金粉和常规混合粉的压坯在不同烧结条件的物理、力学性能,分析了部分扩散预合金粉在不同热处理工艺下的力学性能。最后,设计并改进了温压连杆及其模具结构,进行了温压连杆的试压制。 温压粉末的制备是温压工艺的关键技术。根据零件的用途和成本不同,温压粉末的制备主要有元素混合粉、粘结剂处理预混合粉和部分预合金粉三种。本文以高密度高性能的温压零件为研究对象,研究和讨论了不同制粉方法对Fe-2Cu-2Ni-lMo-1C(质量分数,%)温压粉末形貌、粉末流动性和松装密度及其压缩性的影响。结果表明,用不同方法制备的粉末在形貌上有很大差异,部分扩散预合金温压粉的合金化明显,生坯中粉末颗粒结合紧密,孔隙少而小;130℃,部分扩散预合金粉的流动性为26.3s,松装密度为3.06g/cm<3>,松装密度与流动性性能良好:且在5次循环加热的情况下,松装密度始终稳定在3.05~3.07g/cm<3>之间,流动性稳定在26.4~26.7s/50g之间,流动性和松装密度的稳定性很好。总之,部分扩散预合金温压粉末的综合特性最佳。 对部分扩散预合金粉末成形与烧结性能的研究表明:首先,温压的生坯密度随压制压力的提高而上升;HW润滑剂的压制性优于HG润滑剂的。常规润滑的温压生坯密度为7.20g/cm<3>,模壁润滑的温压生坯密度为7.37g/cm<3>,有模壁润滑的温压生坯密度高于常规温压。部分扩散预合金粉末的温压性能优于元素混合粉。其次,烧结气氛对试样烧结后的力学性能有重要的影响:对抗拉强度影响较大,但对烧结密度和延伸率的影响更显著。其中,氢气氛烧结条件下部分扩散预合金温压粉末的烧结性能最好:烧结密度7.35g/cm<3>,烧结尺寸变化率0.11%,抗拉强度835MPa,延伸率4.4%,表观硬度302HB;断口有大量的韧窝形貌特征,显微组织中有少量弥散分布的索氏体、铁素体和大量的细片状珠光体。第三,热处理能大幅度提高零件的强度和表观硬度,但是会降低其延伸率。880℃淬火+250℃时,其抗拉强度αb为1086MPa,延伸率δ为2.7%,硬度为HB329,但脆性增加明显,除孔隙外,显微组织为回火马氏体和残余奥氏体;880℃淬火+350℃时综合性能最好,抗拉强度αb为1086MPa,延伸率δ为3.7%,硬度为HB295,除孔隙外,显微组织为回火屈氏体,残余奥氏体和少量马氏体;880℃+600℃回火时,抗拉强度下降较大,抗拉强度σb为877MPa,延伸率δ为3.8%,硬度为HB290,除孔隙外,显微组织为回火索氏体、残余奥氏体和铁素体。其中,淬火后600℃回火1h的热处理零件,其综合力学性能基本接近氢气还原烧结零件的。对温压连杆结构的正确改进,可以促进连杆密度分布的均匀及提高连杆的整体密度。本实验温压连杆结构及其模具进行优化设计后,在100吨压力(单位压力为60MPa)下温压连杆压坯的最大密度达到7.17g/cm<3>,最小为6.73g/cm<3>。初步结果证明了温压摩托车连杆生产的可行性。
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