（材料科學(xué)與工程專業(yè)論文）燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究.pdf

碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 摘要 馨 2 船君s 以f e c c u 合金為基粉 添加合金元素n i m o w 制備燒結(jié)鋼 并 對(duì)試樣進(jìn)行了微觀組織和耐磨性分析 系統(tǒng)地研究了熱處理工藝及合金元 素鎳 鋁 鎢的復(fù)合添加對(duì)燒結(jié)鋼組織和耐磨性的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 本文中幾種燒結(jié)鋼的磨損機(jī)制均是由磨粒磨損 粘著 磨損 和疲勞磨損共同作用的 且以磨粒磨損為主 在燒結(jié)態(tài)下 復(fù)合添 加合金元素鎳 鉬的燒結(jié)鋼的耐磨性能最好 這是因?yàn)樯闪舜罅康挠操|(zhì) 相貝氏體 而淬火 低溫回火態(tài)下 則復(fù)合添加鋁 鎢的燒結(jié)鋼的耐磨性 能最好 這是因?yàn)闊崽幚響B(tài)下添加鉬 鎢的燒結(jié)鋼的硬度最高 關(guān)鍵字 粉末冶金燒結(jié)鋼合金元素耐磨性 j 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 a b s t r a c t m i x i n ga l l o ye l e m e n t so f n i m o w i nf e c c ua l l o y t h es i n t e r e ds t e e l w a sp r e p a r e dt h em i c r o s t r u c t u r ea n dw e a rr e s i s t a n c e p r o p e r t i e s o ft h e s i n t e r e ds t e e lh a db e e ns t u d i e dt h ei n f l u e n c eo fh e a t t r e a t e dt e c h n o l o g ya n d t h ea l l o ye l e m e n t so nt h em i c r o s t r u c t u r ea n dt h ew e a rr e s i s t a n c eh a db e e n s t u d i e da n d a n a l y z e d r e s u l t so ft h e e x p e r i m e n t s s h o w e dt h a tt h ew e a rm e c h a n i s m so ft h e s i n t e r e ds t e e li n c l u d e da b r a s i v ew e a r a d h e s i v ew e a ra n df a t i g u ew e a r a n di t w a st h ea b r a s i v ew e a rm o s ti m p o r t a n t i tw a st h es i n t e r e ds t e e lm i x e db y n i m ot h a tw a st h eb e s to nt h ew e a rr e s i s t a n c e b e c a u s eo ft h eg r e a tl o to f b a i n i t e t h es i n t e r e ds t e e lq u e n c h e da n dl o wt e m p e r a t u r et e m p e r e dm i x e db y m o wt h a tw a st h eb e s to nt h ew e a rr e s i s t a n c e b e c a u s eo ft h er i g i d i t yo ft h e s t e e lw a st h eh i g h e s t k e yw o r d sp o w d e rm e t a l l u r g y s i n t e r e ds t e e l a l l o ye l e m e n t w e a rr e s i s t a n c e 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 第一章前言 1 1 粉末冶金技術(shù)概述 粉末冶金是一門研究制造符種金屬粉末和以粉末為原料通過壓制成形 燒結(jié)和必要 的后續(xù)處理制取金屬材料和制品的科學(xué)技術(shù) 是提高金屬材料性能和發(fā)展新材料的有效 手段 對(duì)推動(dòng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用 粉末冶金是一門古老的冶金技術(shù) 我國(guó)早在春秋末期 也就是2 5 0 0 多年以前 就 已用塊煉鐵 即海綿鐵 鍛造法制造鐵器了 這項(xiàng)技術(shù)后來由于煉鐵技術(shù)的興起而從歷 史舞臺(tái)上消失 進(jìn)入1 8 世紀(jì)后 為制取金屬鉑 粉末冶金重新煥發(fā)了青春 從而使粉 末冶金這門古老的冶金技術(shù)開始進(jìn)入現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的行列 繼金屬鉑后 在1 9 世紀(jì)后期 至2 0 世紀(jì)初 用粉末冶金方法制取了具有劃時(shí)代意 義的金屬鎢 之后 又用粉末冶金方法制取了鋁 鈮 鉭等難熔金屬 從而為現(xiàn)代電子 與電光源工業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ) 2 0 世紀(jì)初 繼難熔金屬之后 用粉末冶金技術(shù)陸續(xù)研制成功了硬質(zhì)合金 多孔性 金屬含油軸承 鎢 銅與錚銅 鎳復(fù)合材料等 2 0 世紀(jì)4 0 年代 歐洲開始工業(yè)生產(chǎn)鐵粉 第二次世界大戰(zhàn)時(shí) 最引人注目的粉末冶金技術(shù)是鐵基制品的發(fā)展 二次世界大戰(zhàn)結(jié)束 后 鐵基粉末冶金零件生產(chǎn)引起了廣泛重視 現(xiàn)在 粉末冶金工業(yè)已形成獨(dú)立的工業(yè)體系 粉末冶金材料和制品已廣泛用于各工 業(yè)部門 粉末冶金工藝能夠生產(chǎn)許多用其它方法所不能生產(chǎn)的材料和制品 如許多難熔材 料 至今還只能用粉末冶金方法來生產(chǎn) 還有一些特殊性能的材料 如由互不溶解的金 屬或金屬與非金屬組成的假合金 銅一鎢 銀 鎢 銅 石墨 這種假合金具有高的導(dǎo)電 性能和高的抗電蝕穩(wěn)定性 是制造電器觸頭制品不可缺少的材料 再如 粉末冶金多孔 材料 能夠通過控制其孔隙度 i l 徑大小獲得優(yōu)良的使用特性等等 粉末冶金同其它的加工方法相比 它除了工藝簡(jiǎn)單 在省力 節(jié)能方而比較有效之 外 生產(chǎn)率也很高 而且能降低成本 另外 粉末冶金獨(dú)特的性質(zhì)是能達(dá)到輕量化 i 粉末7 f 金在高合金系統(tǒng)材料的制造方而j 下變得1 1 益重要 因?yàn)樗股毯辖鸩牧显诮M 織 構(gòu)與使用性能方面都有重夫的改進(jìn) 從而大大改善了材料的可機(jī)加t 性和使川性 能 h 時(shí) 為控制質(zhì)翳凝供 r 較好的超聲穿透性 這在制造宇航零件t 是一個(gè)很重要的 l 女l 素 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 粉末冶金在高科技領(lǐng)域占有重要地位 粉末冶金方法能制造具有特殊性能的結(jié)構(gòu)材 料和功能材料 應(yīng)用于高科技領(lǐng)域 同時(shí) 粉末冶金作為高科技之一的新材料技術(shù) 是 研制各種新材料的重要途徑 因而在閩外被稱為高級(jí)冶金 a d v a n c e dm e 叫l(wèi) u 嗡r 1 2 鐵基粉末冶金結(jié)構(gòu)零件的發(fā)展 燒結(jié)鐵基粉末冶金結(jié)構(gòu)零件是粉末冶金工業(yè)中產(chǎn)量最大 應(yīng)用面最廣的一類產(chǎn)t 這類零件在二 次世界大戰(zhàn)時(shí)才嶄露頭角 在六十年代以后得到了飛速的發(fā)展 鐵基粉末冶金結(jié)構(gòu)零件起源于含油軸承 并在汽車工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用 隨即 推廣到其它工業(yè)部門 碳是鐵基材料中使用最多的合金元素 燒結(jié)f e c 合金又稱為燒 結(jié)鋼 燒結(jié)鋼的性能是由其成分和組織所決定的 由于碳含量的變化 會(huì)使f e c 合金 呈現(xiàn)不同的組織狀況 因而使材料獲得不同的機(jī)械性能 鐵基粉末冶金材料的發(fā)展大致經(jīng)過了四個(gè)階段 第二次世界大戰(zhàn)前 鐵基粉末冶金 材料的機(jī)械性能相當(dāng)于普通鑄鐵 抗拉強(qiáng)度只有1 5 0 2 0 0 n i t l n l 2 而且零件形狀簡(jiǎn)單i a 5 0 年代左右 銅 鎳等合金元素應(yīng)用于粉末冶金材料 由于銅具有固溶強(qiáng)化和自潤(rùn)滑 作用 可以提高材料的強(qiáng)度 硬度和耐磨性 鎳以羰基粉的形式加入到f e c 和f e c c u 系列當(dāng)中 燒結(jié)鋼的機(jī)械性能達(dá)到了可鍛鑄鐵的水平 抗拉強(qiáng)度達(dá)到4 0 0n m m 2 6 0 年代中期 由于鐵粉質(zhì)量顯著提高 n i c u m o 三元預(yù)擴(kuò)散合金鐵粉出現(xiàn) 合金元素m o 既可進(jìn)一步增高強(qiáng)度 又可以提高燒結(jié)合金的淬透性 使抗拉強(qiáng)度達(dá)到6 0 0n m m 2 熱 處理后可達(dá)1 0 0 0 11 0 0n a n m 2 7 0 年代末期 c r m n v 等合金元素在燒結(jié)鋼生產(chǎn)中 應(yīng)用 經(jīng)二次壓制二次燒結(jié)并熱處理后 抗拉強(qiáng)度達(dá)到1 4 0 0n m m 2 燒結(jié)并經(jīng)鍛造熱 處理后 抗拉強(qiáng)度可達(dá)1 8 0 0 一1 9 0 0 n m m 2 相當(dāng)于優(yōu)質(zhì)合金鋼 隨著燒結(jié)結(jié)構(gòu)零件制造技術(shù)的發(fā)展和密度的增高 為滿足各項(xiàng)性能的要求 逐步采 用了合金元素n i m o c r m n p s i 等 例如 氣門導(dǎo)管通常是用普通灰鑄鐵或含 硼或其它元素的特殊鑄鐵制造的 由于對(duì)性能好 價(jià)格低廉的氣門導(dǎo)管的需求在增長(zhǎng) 為此發(fā)展了燒結(jié)氣門導(dǎo)管 其材料組成為f e 45 c u o 5 s n 0 2 5 p 2 0 燒結(jié)密度 65 晝 鋤3 硬度7 5 h r b 抗拉強(qiáng)度4 0 k 舯n 燒結(jié)氣門導(dǎo)管由于可進(jìn)行固體潤(rùn)滑和 含油潤(rùn)滑 耐磨性顯著增高 產(chǎn)品質(zhì)量非常穩(wěn)定 由于成品率提高 生產(chǎn)成本約降低2 5 近年來 人們對(duì)燒結(jié)鐵基結(jié)構(gòu)零件的性能要求越來越高 例如 隨著高性能汽車發(fā) 動(dòng)機(jī)的發(fā)展 對(duì)進(jìn) 排氣門座 凸輪軸等重要零件的耐熱 耐麼等性能提 了更商的要 求p l 于足需要開發(fā)和研制高含金粉末冶金鋼 1 3 國(guó)內(nèi)外對(duì)材料耐磨性研究簡(jiǎn)史和現(xiàn)狀 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 摩擦和磨損是自然界中最普遍的現(xiàn)象 摩擦 磨損及潤(rùn)滑技術(shù)是隨著人類禮會(huì)的發(fā) 展而發(fā)展的 磨損的應(yīng)j h 和抗磨損措施的進(jìn)步對(duì)生產(chǎn)力的發(fā)展起r 重要的作用 閃而又 推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步 原始人把石頭磨銳作獵取動(dòng)物的武器和勞動(dòng)工具是磨損的早期應(yīng) j 1 金屬兵器的出現(xiàn)與生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步 各類t 具 刀具的發(fā)展 以及日剛品的生產(chǎn) j 發(fā)展 都離不開磨損的應(yīng)用和磨損技術(shù)水平的提高 隨著近代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展 特別是航空 宇航和國(guó)防工 i k 的發(fā)展 對(duì)各利 復(fù)雜 的電子設(shè)備 機(jī)械產(chǎn)品及典型的基礎(chǔ)零件 如滾動(dòng)軸承等 的可靠性要求越來越高 而 磨損是影響機(jī)器使用可靠性的重要因素 磨損是普遍存在的現(xiàn)象 是造成材料與能源消耗的重要原因 磨損問題的重要性是 十分突出的 它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有舉足輕重的地位 國(guó)內(nèi)外技術(shù)人員十分重視磨損 基本理論研究 最終目的是防止和減少磨損 磨損是材料三種主要失效形式之 由于在生產(chǎn)生活中存在的廣泛性 給國(guó)民經(jīng)濟(jì) 帶來的損失極其巨大 如美國(guó)1 9 8 1 年公布的數(shù)字 每年由于磨損而造成的損失高達(dá)1 0 0 0 億美元 其中材料消耗約為2 0 0 億美元 相當(dāng)于材料年產(chǎn)量的7 前蘇聯(lián)由于磨損造 成的損失 每年約為1 2 0 1 4 0 億盧耐 前聯(lián)邦德國(guó)技術(shù)科學(xué)部估測(cè) 磨損造成的損失每 年達(dá)1 0 0 億馬克 據(jù)估計(jì) 僅磨粒磨損每年就使工業(yè)國(guó)家損失國(guó)民生產(chǎn)總值的1 4 磨粒磨損在整個(gè)磨損中占5 0 那么粗略的估計(jì) 磨損給工業(yè)國(guó)帶來的損失可達(dá)國(guó)民 生產(chǎn)總值的2 8 在我國(guó) 磨損也造成巨大的損失 據(jù)1 9 8 1 年對(duì)五個(gè)工業(yè)部門的估算 磨損件造成 的鋼鐵消耗即達(dá)9 5 萬(wàn)噸 其中冶金礦山4 5 萬(wàn)噸 采煤1 3 萬(wàn)噸 發(fā)電站1 3 萬(wàn)噸 建材 丁 k 1 2 萬(wàn)噸 農(nóng)業(yè)機(jī)械1 2 萬(wàn)噸 6 1 在設(shè)計(jì)和制造設(shè)備與機(jī)械零件時(shí) 能否將零件的表面硬度作為機(jī)械設(shè)備可靠性和機(jī) 械零件使用壽命的判據(jù)呢 4 0 年代 蘇聯(lián)m m xpy 1 1 1e b 用x 4 b 磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)幾 十種材料的耐磨性進(jìn)行了研究 他所提出的金屬材料原始硬度與耐磨性的關(guān)系 磨料硬 度和材料硬度比值與材料耐磨性的關(guān)系 證明了硬度高的材料其耐磨性能好 他的試驗(yàn) 裝置 實(shí)驗(yàn)技術(shù)和結(jié)果直到今天還是從事磨損研究人員的理論與實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ) 5 0 年代美國(guó)的h s a v e y 6 0 年代英國(guó)的r c d r i c h a r d s o n 和美國(guó)的j l a s s e n b a r s s 也都進(jìn)行了這方面的研究 而且注意到零件表面的磨后硬度對(duì)材料耐磨性的影響 美圍 e r a b i n o w i c z 提出了磨損的簡(jiǎn)化模型和數(shù)學(xué)表達(dá)式 他們都認(rèn)為材料的硬度或磨后硬度 足判斷材料耐磨性最重要的參數(shù) 材料硬 j f j 韌性差 存某種程度t 提高了零件耐縻r 上 似不能確保機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn) 行 7 0 年代 聯(lián)邦德1 1 日z u m g a h r 根抓斷裂力學(xué)模恥汁賃 丁臨界載荷與磨損表而硬度 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 磨粒尺寸 摩擦系數(shù) 材料斷裂韌性及有利于裂紋擴(kuò)展的組織參數(shù) 平均自由程等參 數(shù)的關(guān)系 美國(guó)c l i m a x 鉬公司也進(jìn)行了這方面的研究 他們測(cè)定t j l t 種鑄鐵材料的 k 值 發(fā)現(xiàn)鑄鐵這類脆性材料要根據(jù)零件服役和丁況條件來定 所以到目前為止還只 能定性的說 在保證零件玎i 斷裂的條件下 提高零件材料的硬度能在一定程度l 二提高 耐磨性州 西德大眾汽車公司s a n t a n a 汽車和日本日立粉末冶金 株 汽車閥座材料小 添加有c r m o c o n i v w 等合金元素 并在基體中彌散分布著金屬化合物作為 硬質(zhì)相 經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 硬質(zhì)點(diǎn)的含量越高 耐磨性越好 l 目前我國(guó)尚缺乏全面統(tǒng)計(jì)的數(shù)字 但各方而的報(bào)導(dǎo)表明 由于我國(guó)技術(shù)水平的限制 材料耐磨性較差 我國(guó)大景基礎(chǔ)零件的磨損壽命普遍大幅度低于國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的水i h 多數(shù)機(jī)械零件壽命 甚至許多整機(jī)壽命 比國(guó)外同類產(chǎn)品使用壽命低一倍 有的竟低十 倍 因磨損使精度下降 報(bào)廢的設(shè)備數(shù)量也很驚人 因此直接間接的經(jīng)濟(jì)損失也是十分 驚人的 對(duì)于材料耐磨性 我國(guó)也進(jìn)行了大量的研究 文獻(xiàn) 9 便研究了粉末冶金材料的耐磨 性能與材料的碳含量 密度 加添的合金元素 潤(rùn)滑條件等因素的關(guān)系 文獻(xiàn) 1 0 1 通過 對(duì)摩擦磨損過程中馬氏體相變的研究得出了摩擦誘發(fā)馬氏體相變有利于提高材料的耐磨 性 文獻(xiàn) 11 對(duì)碳含量o 8 2 2 9 4 的f e 2 0 c r 合金進(jìn)行了8 0 0 c 下的高溫磨損試驗(yàn) 得 出結(jié)論 增加碳含量將有益于提高8 0 0 下材料的耐磨性 1 4 粉末冶金技術(shù)在耐磨材料上的應(yīng)用 由于零件實(shí)際的服役條件 失效方式是比較復(fù)雜的 為了使材料的機(jī)械性能很好地 滿足零件的丁作要求 必須全力找出零件的主要失效抗力指標(biāo)作為解決矛盾的主要依 據(jù) 根據(jù)上述情況 不可能配制出一種能在各種不同用途中都能使用的通用材料 因此 必須研制出供規(guī)定的具體工作條件下使用的各種不同的材料 以往廣泛采用的 用鑄造 方法制造的耐磨材料的工藝 在許多情況下 對(duì)于制造符合特殊工作條件要求的材料是 無(wú)能為力的 鑒于以上原因 迫切需要研制新材料 使之滿足需要 而粉末冶金是一種比較理想 的有著很大潛力的材料加工工藝 采用粉末冶金的方法 使問題得到根本的解決 如針織機(jī)平而凸輪每分鐘承受三萬(wàn)多次沖擊和擦過負(fù)荷 原用c r l 2 m o v 高速釧 或軸承鋼制造 1 1 l 于形狀復(fù)雜 加工費(fèi)用高 后米試用燒結(jié)鋼材料f e c u n i c 合金 密度為70 9 c m 3 熱處理后硬度為4 2 h r c 經(jīng)過近4 年裝機(jī)對(duì)l l p e j ij 試驗(yàn) i 附魔性 能 j c r l 2 m o v 的豐1 司 也就是說川 f 通燒結(jié)鋼可以獲得 j 優(yōu)質(zhì)模jl 鍆相i f r d 的使川性能 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 如果采用更好的燒結(jié)鋼材其使用性能將更為優(yōu)良 南京理 t 大學(xué)材料系研制了摩托車零什用g l 9 0 粉末冶金鋼 測(cè)定了其力學(xué)性能 顯微組織與密度 回火溫度的關(guān)系 結(jié)果表明 密度大于6 9 0g c m 3 的粉末冶金鋼在可 控氣氛下淬火 低溫回火后 組織為細(xì)板條馬氏體 具有最侍的綜合力學(xué)性能 其性能 與日本高強(qiáng)度熱處理粉末冶金鋼h 9 0 相仿 抗拉強(qiáng)度達(dá)8 9 0 m p a 耐磨性優(yōu)于4 5 已 成功地用g l 一9 0 粉末冶金鋼制成金城摩托車傳動(dòng)軸內(nèi) 外套異形齒輪 l 廣泛應(yīng)用的內(nèi)燃機(jī)凸輪軸 國(guó)外多采用冷激鑄鐵 凸輪的工作部位系白口鐵 近年 來 日本豐田汽車改用鋼管和粉末冶金凸輪片組合燒結(jié)而成 壓制前粉末的組成 為c r 2 5 75 c 27 m n 0 1 3 0 p 02 0 8 c u l 0 5 0 s i 05 2 0 m o o 30 f e 其余 壓 制后密度為6l c m 3 左右 燒結(jié)后為76 3g e m 3 由鋼管與粉末冶金i n l 輪組合燒結(jié)而成 的空心凸輪軸 不僅降低了重量 2 6 減少了昂貴的磨削加工 而且凸輪的耐磨性 能可提高7 倍 粉末冶金方法是把金屬和非金屬粉末混合物形式的原始材料 壓制成壓坯 在氣體 保護(hù)介質(zhì)中 在低于主要組元熔化溫度的條件下進(jìn)行燒結(jié) 這種方法可以通過成分和孔 隙度的變化來制造零件 填滿潤(rùn)滑油的孔隙起了貯油器的作用 確保了自潤(rùn)滑效果 對(duì)于在苛刻條件下 在高溫 高速 高壓條件下及腐蝕介質(zhì)中 工作的軸承 越來 越多地采用基體合金化的方法 因?yàn)楹辖鸹商岣卟牧系母邷貜?qiáng)度及熱穩(wěn)定性 可提高 材料的耐蝕性和承載能力m l 在添加合金元素 尋找新的合金體領(lǐng)域 元素方程矛 i 還是在添加非金屬元素方面 的進(jìn)展 1 5 本課題研究的內(nèi)容和目的 人們開展了大量工作 無(wú)論是在添加金屬 人們都開展了較深入的研究 取得了一定 因?yàn)殍F基材料原料不稀缺 并且依靠合金化和加入不同的添加劑可以廣泛地影響鐵 基材料的性能 因此鐵基材料是應(yīng)用最普遍的燒結(jié)材料 關(guān)于合金元素對(duì)粉末冶金材料耐磨f 生的影響 一般認(rèn)為與鑄鍛鋼中的作用一樣 正 因?yàn)槿绱?有關(guān)這方面的文獻(xiàn)報(bào)道很少 并且 有關(guān)對(duì)粉末冶金材料組織和性能的研究 國(guó)內(nèi)都局限于低碳低合金鋼上 但燒結(jié)鐵基材料結(jié)構(gòu)零件通常足以金屬粉末與非金屬粉末的混合物為原料 j n 壓制 成形和嘲4 1 1 燒結(jié)制成的 與致密鋼卡h 比 有以下兒個(gè)基本特點(diǎn) 1 材料小龠 仃孔隙 孔隙是粉末材料的嘲有特性 孔隙的大小 數(shù)鞋 分前i 顯著 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 地影響粉末冶金材料的機(jī)械 物理 化學(xué)性能 2 材料組織處于不平衡狀態(tài) 合金元素在燒結(jié)溫度下的擴(kuò)散是固相擴(kuò)散 擴(kuò)散 系數(shù)小 很難均勻化 這是燒結(jié)材料與熔煉合金 勺一個(gè)本質(zhì)的差別 巾于粉末冶金材料具有以上特點(diǎn) 在燒結(jié)過程中形成的組織與鑄態(tài)和鍛壓態(tài)合金的 組織有著明顯的差別 岡而對(duì)材料耐磨性有很大的影響 本課題即是在材料摩擦磨損原理及合金化的理論基礎(chǔ)之上 在f e c c u 基粉中以普 通混合技術(shù)方法復(fù)合添加 n i m o n i w m o w 等合金元素 以提高基體 的強(qiáng)度及耐磨性 通過壓制 燒結(jié)及淬火 低溫回火等工藝制造尺寸為7 m mx1 0 m m x 2 8 m m 的試樣 測(cè)定了它們的密度 硬度及耐磨性 討論耐磨性與硬度 合金元素 金 相組織 密度及熱處理工藝等之間的關(guān)系 本文對(duì)鐵基粉末冶金材料的耐磨機(jī)理進(jìn)行研 究 為研制耐磨材料作了初步探索 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 2 1 合金化理論 第二章實(shí)驗(yàn)原理及方法 對(duì)于提高燒結(jié)鐵基材料的力學(xué)性能 合金化是一條重要途徑 2 1 1 鐵基材料中添加合金元素的特性 在鐵基粉末冶金材料中添加合金元素 由于提高了基體的硬度及產(chǎn)生硬質(zhì)相 故可 以提高材料的耐磨性能 發(fā)展鐵基粉末冶金的合金系統(tǒng)時(shí) 必須考慮到下列兩個(gè)因素 1 粉末或粉末壓坯的比表面積很大 它可能比同體積的致密材料大幾個(gè)數(shù)量級(jí) 因而使它們對(duì)燒結(jié)氣氛的影響十分敏 感 最普遍的是燒結(jié)時(shí)氧化 若添加的合金元素的金屬 金屬氧化物平衡常數(shù)低于燒 結(jié)氣氛的氧勢(shì) 則添加的合金元素將近全部被氧化 這通常對(duì)燒結(jié)材料的力學(xué)性能有重 大影響 正是這個(gè)因素限制了可用于燒結(jié)鐵基材料的合金元素的種類 若不掌握巧妙的 合金化技術(shù) 沒有合適的燒結(jié)設(shè)備和燒結(jié)方法 普通鋼中普遍使用的一些合金元素 例 如釩 鈦 硅等 是無(wú)法用于燒結(jié)鐵基材料的 2 燒結(jié)的尺寸變化 燒結(jié)純鐵粉或預(yù)合金粉壓坯時(shí) 燒結(jié)件的尺寸會(huì)發(fā)生變化 一般說來 燒結(jié)合金化 時(shí) 尺寸變化較大 對(duì)于不同的合金元素 引起的尺寸變化不同 在選擇燒結(jié)鐵基材料 的合金元素中 這雖不是一個(gè)決定性的因素 卻是一個(gè)極為重要的因素 2 1 2 合金元素的選擇 本實(shí)驗(yàn)使用分解氨作為保護(hù)氣氛 那么就需要考慮哪些合金元素的氧化物可以被氫 氣還原或在爐子的高溫區(qū)和冷卻區(qū)不被進(jìn)一步氧化 根據(jù)金屬活動(dòng)順序表可知 常用化 學(xué)元素與氧的親和力以下列順序減弱 a l t i v s i m n c r h m o w f e n i c o c u m o w f e n i c o c u 等與氧的親和力較小 可以被氫氣還原 而a l v s i m n c r 等與氧的親和力火 在普通的燒結(jié)氣氛中很難被還原 小實(shí)驗(yàn)采j 1 j 元素粉混合法制取燒結(jié)鋼 所以要求合金元素具有低的對(duì)氧的親和力和 較高的在鐵巾的擴(kuò)敞能力 常j f 合金元素在鐵巾擴(kuò)散能力列于表21 1 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 表2 1 1 合金元素在鐵中的擴(kuò)散能力 合金元素 c uc on if ewm oc rm ns i 1 0 0 0 時(shí)在奧氏佛 一 擴(kuò)散系數(shù)比 10 50 5l4 52 5l d d m 1 0 0 0 氧化物的 一1 5 52 7 22 5 l一3 5 6 2 7 2 3 1 45 4 45 8 6 6 7 8 標(biāo)準(zhǔn)自由能 k j 合金元素m o w 等添加到鐵基粉末冶金材料中 盡管沒有得到充分?jǐn)U散 但其周 圍的組織卻有變化 添加c u 由于固溶強(qiáng)化效果使珠光體及鐵素體的硬度債較不添加的 高 添加的h v 2 3 7 3 5 1 和1 7 5 2 1 0 不添加的分別為h v l 2 0 1 9 6 和1 4 3 1 5 1 1 9 1 也使 材料的硬度得到提高 因而提高了耐磨性能 銅在鐵基材料中除有很好的固溶強(qiáng)化的作用外 還能引起活化燒結(jié) 因此有利于提 高材料的密度和強(qiáng)度 并能改善材料的抗腐蝕性 抗氧化性能 另外 加入低含量的銅 還能減少制品燒結(jié)時(shí)收縮變形 有利于提高制品的幾何精度 銅的熔點(diǎn)低 在普通的燒 結(jié)溫度下可以產(chǎn)生液相燒結(jié) 改善合金元素的擴(kuò)散性 所以粉末鋼中也選擇銅作為常用 的合金元素 基于以上考慮 在普通的氨分解氣氛中燒結(jié)粉末鋼時(shí) 本實(shí)驗(yàn)選擇了c u n i w m o 以提高鐵基粉末合金鋼的使用性能 2 2 試樣制各 2 2 1 原料 金屬粉末是粉末冶金的原料 其性能與制造過程和粉末冶金制品的性能密切相關(guān) 因此 嚴(yán)格控制金屬粉末的性能是十分重要的 本試驗(yàn)所采用的原料見表2 2 1 表2 2 1 原料粉末的純度和粒度 粉末純度 粒度 日 霧化鐵粉 9 9 6 1 0 0 鉬粉 9 9 8 2 0 0 鎳粉 9 98 3 0 0 鎢粉 9 98 2 0 0 i 乜解銅粉9 9 6 2 0 0 一 粉 9 96 2 0 0 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 2 2 2 試樣制備 本試驗(yàn)以f e c c u 為基粉 然后混合添加合金元素n i w m o 粉 制備成分為f e 一 14 c 一5 c u 一25 n i 一2 5 m o f e 一14 c 5 c u 一25 n i 一25 w f e 14 c 5 c u 2 5 m o 一25 w 的試樣 2 2 2 1 原料的混制 根據(jù)試樣的含碳量的要求 在混料時(shí)按下式配碳i g g 總 o f d k c f e 式中g(shù) 一添加石墨量 g 總一制品要求的總碳量 o f r 鐵粉的含氧量 k 一氧碳比 即鐵粉中所含的氧在燒結(jié)時(shí)消耗的碳量 在1 0 0 0 c 的燒結(jié)溫度下約為l5 4 c 一鐵粉的含碳量 對(duì)于粉末的壓制成形和脫模都需要有效的潤(rùn)滑系統(tǒng) 通常是將潤(rùn)滑劑混合于金屬粉 末當(dāng)中 本實(shí)驗(yàn)采用硬質(zhì)酸鋅作為潤(rùn)滑劑 因?yàn)闈?rùn)滑劑的存在會(huì)影響粉末的流動(dòng)性和松 裝密度 添加量對(duì)它們的影響見表2 2 2 1 從表中可以看出 粉末的松裝密度隨著潤(rùn)滑 劑的加入量增多起初是增大 當(dāng)潤(rùn)滑劑加入量達(dá)到某一臨界值后再增加時(shí) 松裝密度減 小 顯然 加入適量的潤(rùn)滑劑有助于粉末的填充 另外 過多的加入潤(rùn)滑劑將減少粉末 顆粒之間金屬與金屬的接觸 降低生坯強(qiáng)度 所以通過實(shí)驗(yàn)決定在粉末中加入0 8 的 硬質(zhì)酸鋅 表2 2 2 1潤(rùn)滑莉酬彩r 流動(dòng)性和松裝密度的影響 粉末潤(rùn)滑劑加入量 松裝密度 g e m 3 流動(dòng)性 s 5 0 9 還原鐵粉 2 3 62 6 052 5 73 0 l02 5 73 4 152 5 14 8 霧化鐵粉 2 4 02 8 0 52 7 53 3 1 02 7 33 6 152 6 35 2 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐壁 性的研究 2 2 2 2 混合 混合的目的是使性能不同的組元形成均勻的混合物 以利壓制和燒結(jié)時(shí)狀態(tài)均勻一 致 混合一般是在密閉容器中進(jìn)行 混合時(shí)間根據(jù)不同粉料和設(shè)備 有的1 0 分鐘左右 就夠了 有的幾十個(gè)小時(shí)還不均勻 一般來說 混合時(shí)間長(zhǎng)并不好 因?yàn)樗鼘⑹狗勰┊a(chǎn) 牛加t 硬化 或改變了粒度分布及顆粒形狀 不利于壓制性 對(duì)于鐵 銅之類的軟金屬粉末 因其容易加工硬化 故不宜采用強(qiáng)烈的混合 常采 用的混料機(jī)有雙錐型 y 型或v 型 本試驗(yàn)采用合金粉和鐵粉直接混合的方式 在小型v 形混料器中進(jìn)行混粉 混料 器轉(zhuǎn)速2 5 3 0 轉(zhuǎn) 分 混合時(shí)間為1 小時(shí) 2 2 2 3 壓制 壓制是按一定的單位壓力 將裝在型腔中的粉料 集聚成達(dá)到一定密度 形狀和尺 寸要求的壓坯的工步 壓制成型時(shí)采取定量容量法 將混合料裝入已設(shè)計(jì)好的鋼模內(nèi) 在1 0 0 噸壓機(jī)上將 混合料壓制成密度為6 5 9 c m 3 6 9 9 c r n 3 及7 1 7 3 9 c m 3 的金相試樣 由于試樣形狀簡(jiǎn)單 厚度小 所以采用單向壓制方式 金相試樣尺寸為7 m m l o m m 2 8 m m 2 2 3 燒結(jié) 燒結(jié)即金屬粉末的壓坯 在低于基體金屬熔點(diǎn)下進(jìn)行加熱 粉末顆粒之間產(chǎn)生原子 擴(kuò)散 固溶 化合和熔接 致使壓坯固結(jié) 金屬化的過程 燒結(jié)與混粉 成型一樣重要 是粉末冶金最基本的三道工序 缺一不成其為粉末冶 金 在推桿式燒結(jié)爐中燒結(jié) 預(yù)燒結(jié)溫度8 0 0 c 保護(hù)氣氛為分解氨 燒結(jié)溫度為1 0 8 0 保溫2 小時(shí) 試樣在燒結(jié)爐中的冷卻在預(yù)冷帶和水套冷卻帶二部分來完成 本試驗(yàn) 預(yù)冷帶溫度在1 1 0 0 由o o 時(shí)間為o5 小時(shí) 進(jìn)入水套冷卻帶時(shí) 以2 1 5 j 時(shí)的速度 連續(xù)冷卻 2 2 4 熔滲 j t 2 0 0 目的電解銅粉作為熔滲劑 加o8 的硬質(zhì)酸鋅 均勻混合 放往與骨架棚 i 司的壓模內(nèi)臟制成形 對(duì)于每一種零什 根抓所需要的最終密度來確定熔滲荊的巫壁 熔滲劑的重?cái)z由下式確定i 1 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐鹿 性的研究 q v 1 一p l p2 p3 s 式中q 熔滲劑重量 克 v 一骨架體積f 厘米 p 一骨架的實(shí)際密度 克 厘米3 1 p 骨架的理論密度 克 厘米3 pr 1 4 右滲劑的理論密度 克 厘米3 s 一修正值f 一般取0 9 1 0 熔滲銅溫度l1 2 0 在推桿式燒結(jié)爐中進(jìn)行 2 2 5 熱處理 熱處理是提高鐵基制品 特別是鐵基燒結(jié)零件機(jī)械性能的有效方法之一 但由于粉末冶金制品與鋼鐵零件的最重要的區(qū)別是 存在大量的孔隙 以及合金元 素的擴(kuò)散不均勻性對(duì)鋼的加熱奧氏體化溫度都有影響 所以在選擇熱處理方式時(shí) 必須 考慮到粉末冶金制品的這些特點(diǎn) 本實(shí)驗(yàn)奧氏體化溫度選擇為9 0 0 c 保溫時(shí)間o 5 小時(shí) 于可控氣氛熱處理爐內(nèi)淬 火 淬火介質(zhì)為1 0 機(jī)油 回火溫度2 0 0 c 2 3 顯微分析 2 3 1 金相組織觀察 粉末冶金材料性能的好壞 除了與化學(xué)成份有關(guān)外 還與燒結(jié)材料的組織密切相關(guān) 因此 檢驗(yàn)其組織結(jié)構(gòu)是非常必要的 通過金相檢驗(yàn) 可以測(cè)定燒結(jié)金屬材料的晶粒大小 組織特征 孔隙狀況 各種非 金屬夾雜物的數(shù)量 形態(tài)和分布 以及燒結(jié)缺陷 此外 對(duì)于熱處理的燒結(jié)結(jié)構(gòu)材料 還可以觀測(cè)其組織結(jié)構(gòu) 2 3 1 1 金相試樣制備 選取垂直于壓制方向的零件剖面作為金相磨面 首先 經(jīng)砂輪將被測(cè)部位粗磨成平 面后用金相砂紙磨制 拋光 由于粉末冶金制品存在較多的孔隙 拋光后的試樣須用清 水沖洗 滴上酒精 用冷風(fēng)吹干 采用2 3 的硝酸酒精或o5 的硝酸酒精 5 的苦 昧酸灑精溶液浸蝕 浸蝕后 浸蝕液必須j 玎清水沖凈 避免浸蝕液進(jìn)入孔隙污染基體 影響顯微組織觀察 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 2 j 1 2 金相組織觀察 金相組織觀察使用o l y p u s 金相顯微鏡 2 3 2 磨痕形貌s e m 顯微分析 將磨損后的試樣存 i s m 一6 3 0 0 掃描電鏡下觀察磨痕形貌 2 4 物理 力學(xué)性能測(cè)試 2 4 1 密度測(cè)量 因?yàn)樵嚇右?guī)則 可用精度為萬(wàn)分之一克的分析天平測(cè)出重量 并用千分尺測(cè)出它們 的長(zhǎng) 寬 高的尺寸 計(jì)算出密度 2 4 2 表觀硬度和顯微硬度 1 表觀硬度 多孔性材料硬度的偏差范圍較大 這種影響是由于壓頭壓入孔隙或孔隙群造成的 當(dāng)壓頭作用于材料的金屬基體 實(shí)體 與孔隙的復(fù)合體上 測(cè)得的硬度值一般低于同樣 成分的鑄鍛材料 但這并不意味著其使用性能低于相應(yīng)的鑄鍛材料 燒結(jié)材料的這種 硬度稱為表觀硬度 表觀硬度并不是材料基體的硬度 測(cè)定硬度時(shí) 取五個(gè)硬度一致的讀數(shù) 廢棄任何偏高或偏低的數(shù)值 2 1 顯微硬度 燒結(jié)材料基體的硬度是粉末冶金材料的真實(shí)硬度 它是用顯微硬度計(jì)測(cè)定的 通常鋼材淬火后 硬度多用h r c 表示 對(duì)于一般燒結(jié)金屬材料來說 淬火后硬度 達(dá)不到5 5 6 5 配 這也是由于材料中含有孔隙的緣故 這時(shí)用維氏硬度計(jì)測(cè)定材料基 體的硬度比較合適 用h x 1 0 0 0 型顯微硬度計(jì)測(cè)量顯微硬度 加載1 0 1 0 0 9 保持1 0 秒 對(duì)每種試樣 的不同組織分別測(cè)五個(gè)硬度值 取平均 2 5 耐磨性能測(cè)試 用大越式磨損試驗(yàn)法測(cè)定試樣的比磨損量w s 其原理如圖2 1 所示 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 d 圖2l 大越式磨損實(shí)驗(yàn)原理圖 比磨損量公式 w s b b 3 8 r p l 式中 一試樣寬度 r a m 蝴痕寬度 r a m 卜 圓環(huán)半徑 n u n 嘲荷 k g l 一磨損距離 h u n 試驗(yàn)所用設(shè)備為m m 2 0 0 型磨損試驗(yàn)機(jī) 試驗(yàn)條件為 對(duì)偶標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)材料為c r l 2 直徑為4 0 r a m 6 0 6 4 h r c 載荷肛5 k g 轉(zhuǎn)速v 2 0 0 轉(zhuǎn) 分 千磨 磨損時(shí)間為6 0 分鐘 尊 一 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 第三章燒結(jié)鋼組織研究 只川一組成分不能滿足對(duì)材料性能日益增長(zhǎng)的要求 研究表明 在鎳鋼中復(fù)合加 入合金元素后性能較單一加入合金元素的性能好 如 c 1 4 c 一5 c u 一2 n 卜0 5 m o 粉末鋼 合金含量只有f e 一1 4 c 一5 c u 一5 n i 的 半 但滲銅后試樣硬度達(dá)4 8 2 8 1 r c 如圖3 1 所 示 這表明兩種合金元素復(fù)合加入時(shí)的強(qiáng)化作用不是累加的 較單一元素的作 3 要 大 所以 本章利用復(fù)合合金化技術(shù) 研究復(fù)合添加 n i n i w 和 m o w 對(duì) f e c c u 合金的物理和機(jī)械性能的影響 圖3 1 鎳 鉬 鎳鉬p i 鋼的性能比較 3 1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 3 1 1 顯微組織觀察 以f e 1 4 c 5 c u 為基粉 然后分別復(fù)合添加合金元素 n i m o n i w m o w 各配料組分含量如表3 1 1 所示 將三種配料一次壓制燒結(jié)成密度為6 5 9 c m 3 及復(fù) 壓復(fù)燒成密度為7 卜7 3 9 c m 3 的試樣 在推桿式燒結(jié)爐中 于1 0 8 0 c 燒結(jié) 復(fù)壓復(fù)燒預(yù) 燒結(jié)溫度8 0 0 c 保護(hù)氣氛為分解氨 保溫2 小時(shí) 將部分燒結(jié)試樣進(jìn)行熔滲銅處理 熔滲溫度為11 2 0 最后將燒結(jié)試樣進(jìn)行9 0 0 淬火 2 0 0 低溫回火處理 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 表3 1 1 各試樣的組分含量 f ecc un im o w f e c c u ni m o 余量1 4 52 5 2 j f j e c c u ni w 余量 1 4 r 02 52 5 j o c c u m o w 余量 1 452 52 5 表3 1 2 為f e c c u n i m o 合金鋼顯微組織及組織的顯微硬度 表3 1 2f e o 曲l n i m o 顯微組織的相對(duì)量及其顯微硬度 顯微硬度 l 材料熱處理工藝區(qū)域 h v 片狀組織 3 1 3 針狀組織6 9 8 富鎳 鉬的白色區(qū)域 1 6 3 壓制 燒結(jié) p 邊緣的網(wǎng)狀物及心 部的條狀物 9 4 6 孔隙 0 針狀的回火馬氏體 7 1 l 壓制 燒 白色的殘余奧氏體 2 2 4 f e c c u n i 結(jié) 淬火 顆粒界和孔隙處的不 1 0 1 0 m o 低溫回火 規(guī)則的白色塊狀物 孔隙 o 片狀組織2 9 7 針狀組織6 0 9 p 邊緣的網(wǎng)狀物9 5 3 滲銅7 顆粒界和孔隙處的不 規(guī)則的白色塊狀物 1 0 1 0 游離銅1 5 l 孔隙 o 圖3 1 1 圖3 1 8 是不同密度 不同成分合金試樣經(jīng)燒結(jié) 熔滲銅 淬火 低溫 回火后的金相組織 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 圖3 1 1 密度為6 5 9 c m 3 的f e c c u n i m o 合金 的顯微組織 2 的硝酸酒精侵蝕 碩士論文燒結(jié)塑璺堡壘壁 蘭竺竺墨 一 一 圖3 1 2 密度為6 5 9 c m 的f e c c u n i 胃合金 的顯微組織 2 的硝酸酒精侵蝕 7 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 圖3 1 3 密度為6 5 9 c 帕3 的f e e 屯l m o w 合金 的顯微組織 2 的硝酸酒精侵蝕 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 圖3 1 5 密度為6 9 9 c m 3 的f e 吒 c u m o 一耳合金 的顯微組織 2 的硝酸酒精侵蝕 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 圖3 i 6 密度為7 2 9 c m 3 的f e c q l n i 一 合金 的顯微組織 2 的硝酸酒精侵蝕 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 l l l i i 圖3 1 7 密度為7 2 9 c m 3 的f e u n i 呷合金 的顯微組織 2 的硝酸酒精侵蝕 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 圖3 1 8 密度為7 2 9 c m 的f e c c u m o w 合金 的顯微組織 2 的硝酸酒精侵蝕 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 3 1 2 物理 力學(xué)性能 表 1 3 為粉末合金鋼燒結(jié) 熔滲锏及熱處坪態(tài)卜的性能 表3 1 3粉末合金鋼的性能 密度 g c m 3 硬度 淬火 低 熔滲銅 利判 燒結(jié)熔滲燒結(jié)態(tài) 熔滲錒溫叫火 淬火 低 人 锏 1 i r 溫叫火7 臥 t r c 1 i k c i e c c u 一 i m o6 4 87 1 28 9 4 j 2 m2 9 83 8 6 l o c c u 一 i w6 4 97 1 37 6 98 4 5 t t r b2 9 7 j 8 1 i o c c u m ow6 4 97 2 j7 7 38 8 3 l l k b3 2 14 0 5 l o c c 1 3 一 i w6 8 88 5 2 1 9 0 f e c c u i o w6 9 38 5 54 2 f e c c u n f m o7 i i7 3 41 0 2 63 8 5 1 t r c4 4 74 6 2 1 2 0c c u 一 i w7 1 87 4 29 0 82 3 2 h r c4 3 04 7 6 f e c c u m o w7 2 47 5 09 0 81 9 1 t r c4 7 84 9 6 從表313 可以看出 1 在燒結(jié)態(tài)下 復(fù)合加入n i m o 的粉末合金鋼的硬度最高 這是因?yàn)榻M織中出現(xiàn)了大量的硬質(zhì)相貝氏體 而淬火 低溫回火態(tài)下加入m o w 的粉 末合金鋼的硬度最高 這是因?yàn)閒 e c c u m o w 合金鋼中的回火馬氏體量最多 且馬 氏體針比較細(xì)小 2 加入m o w 的粉末合金鋼密度最大 是因?yàn)殒u的比重大的緣故 3 熔滲銅后的粉末合金鋼的硬度都有所提高 尤其是f e c c u n i m o 燒結(jié)熔滲銅態(tài) 的硬度 與熱處理態(tài)的硬度相當(dāng) 滲銅熱處理態(tài)的硬度比熱處理態(tài)的硬度也有大幅度的 提高 3 2 粉末合金鋼的顯微組織分析 燒結(jié)鋼金稈1 可以看成是雙斗1 j 組織 即由承受載荷的 母材 卡訂和不能承受載荷的 氣 稈f 兩卡h 所組成 對(duì)于f j 材捌 1 合金元素分前j 均勻時(shí) 其盒十 組織 j 斂搿鋼材完全一樣 而當(dāng)介 金冗素5 4 t i 4 均勻州 可以 現(xiàn)復(fù)雜的金十l l f f l b i q 符組織細(xì)成物形貌年 金1 1 i f r t f f v j 絲微硬 延水確j 邑斥榭料的組織細(xì)成物 3 2 1f e c c u n i m o 合金的顯微組織 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 3 2 1 1f e c c l l n i 合金燒結(jié)態(tài)的顯微組織 圖3 1 i a 為i e c 弋u n i m o 合金燒結(jié)態(tài)的顯微組織 由以下兒部分組成 白色 基體 卜有孔隙 細(xì)片狀組織和沿其邊緣分布的白色網(wǎng)狀物及晶粒內(nèi)的塊狀物 大而積 的針狀組織 從組織組成物形貌和分布及熱處理工藝可以初步認(rèn)為 1 片層狀組織為珠光體 2 大面積的針狀組織 粗細(xì)不均勻 由形貌和顯微硬度可以判斷為貝氏體 3 門 色基體為難以腐蝕的軟質(zhì)組織 為富鎳 鉬的奧氏體 4 珠光體邊緣分布的網(wǎng)狀物及 晶粒內(nèi)及空隙邊緣處的白色塊狀物 因?yàn)橛捕戎岛芨?判斷為合金滲碳體 這是因?yàn)殍F 粉顆粒和鉬粉顆粒與石墨接觸處可以直接進(jìn)行合金與碳的相互作用 結(jié)果形成游離的合 金滲碳體 5 孔隙和石墨 所以 r e c c u n i 一 1 0 合金燒結(jié)態(tài)的顯微組織為 珠光體 貝氏體 奧氏體 合金滲 碳體 孔隙 3 2 1 2f e c c 刪i 1 0 合金熱處理態(tài)的顯微組織 燒結(jié)鋼經(jīng)淬火 回火后金相組織與冶煉鋼有相似之處 但同時(shí)也存在著粉末冶金工 藝所特有的金相組織形態(tài) 燒結(jié)鋼淬火組織中可以獲得不同的馬氏體形態(tài) 隨著鋼中含碳量的降低 馬氏體 可以是針狀 針狀 板條狀 板條狀 而針狀馬氏體的粗細(xì)則與淬火溫度有關(guān) 一般說 來 高溫淬火得到的馬氏體粗大 低溫淬火所得的馬氏體細(xì)小 燒結(jié)鋼的回火組織與冶煉鋼也是相似的 為均勻分布的針狀回火馬氏體 殘余奧 氏體和孔隙 圖3 1 1 b 為f e c c u n i m o 燒結(jié)試樣9 0 0 c 淬火 2 0 0 回火的顯微組織 其顯 微組織中有四種組織組成物 1 t 狀組織 2 白色的孤立分布的組織 3 顆粒邊 界和孔隙處的不規(guī)則的白色塊狀物 4 孔隙和石墨 從形貌和熱處理工藝及顯微硬度可以判斷 針狀的組織為回火馬氏體 白色的孤 立組織為殘余奧氏體 顆粒和7 l 隙處的不規(guī)則的白色塊狀物為合金滲碳體 剩余的為孔 隙和石墨 所以 i o c c u n 1 m o 合金熱處理態(tài)的組織為 回火馬氏體 奧氏體 合金滲碳體 孔隙 石墨 i l l 于粉末鋼 1 i 存托大量的孔隙 抱f 1 常規(guī)的燒結(jié)溫度和保湍時(shí)問小足于使合金元 素充分?jǐn)U散 以至于影響了鋼的淬透性和淬硬性 所以f 七一cc u n i f 0 試樣柏 奧氏 木化 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 溫度下鎳擴(kuò)散很不充分 富鎳區(qū)奧氏體的穩(wěn)定性很強(qiáng) 淬火時(shí)未發(fā)生轉(zhuǎn)變保持到室溫 使得材料的表觀硬度下降 3 2 1 3f e 伽u n i m o 合金熔滲銅態(tài)的顯微組織 圖3 1 1 c 是f e c c u ni m o 合金燒結(jié)熔滲銅的顯微組織 其組織與燒結(jié)態(tài)的 組織相比 組織較為均勻 孔隙數(shù)量減少且孔隙變得圓滑 f e c c u n i m o 合金熔滲銅態(tài)的顯微組織有 1 黑色團(tuán)狀物 2 針狀組織 3 白色塊狀組織 4 沿針狀組織顆粒及黑色團(tuán)狀物邊緣呈網(wǎng)狀分布的白色組織 在顯微 鏡下觀察呈黃色 5 孔隙和石墨 結(jié)合顯微硬度值來判斷f e c c un im o 合金熔滲銅后的顯微組織 可以得出結(jié)論 黑色團(tuán)狀物為片層狀的珠光體組織 針狀的組織為貝氏體 白色條塊狀物為富合金的滲 碳體 顯微鏡下觀察呈黃色的為游離銅 圖3 1 1 d 是f e c c u n i m o 合金滲銅熱處理的顯微組織 1 淬火前為貝氏 體的組織 淬火后為粗大的針狀馬氏體 2 還有大量的殘余奧氏體 3 淬火前為珠 光體的區(qū)域 經(jīng)淬火 回火后轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)針狀的回火馬氏體 4 而該區(qū)域條塊狀的滲碳 體 在奧氏體化溫度下也未全部溶解 保持到室溫 5 游離銅填充于連通孔隙中 以 斷續(xù)網(wǎng)狀的形式存在 6 封閉的孔隙及石墨 3 2 2f e 弋 c u n i w 合金的顯微組織 3 2 2 1f e 川u n i w 合金燒結(jié)態(tài)的顯微組織 圖3 1 2 a 為f e c u n i w 合金燒結(jié)態(tài)的顯微組織 從中可以看出f e c c u n i w 合金燒結(jié)態(tài)的組織較不均勻 金相中既有細(xì)小的珠光體 也有粗大的珠光體 白色基體 為富合金的奧氏體 深度腐蝕可見奧氏體區(qū)域的邊沿有針狀的組織 由形貌和顯微硬度 可以判斷為貝氏體 白色塊狀物 從分布及硬度值上判斷為富合金的滲碳體 孔隙 f e 吒 c u n 卜 合金中的富合金滲碳體的數(shù)量較多 這是因?yàn)榛旆蹠r(shí)鎢粉的結(jié)聚成 塊 以及燒結(jié)時(shí)擴(kuò)散不均勻造成的 與其它試樣相比 相同溫度下 w 在y f e 中的擴(kuò) 散系數(shù)較小 i f 3 9 1 0 1 2 在y f e 中的擴(kuò)散速度慢 溶解度也小 另外w 是強(qiáng)碳 化物形成元索 當(dāng)以碳化物的形式存在時(shí) 固定了一部分w 和碳 相對(duì)地降低了奧氏體 中碳和鎢的真正有效含量 3 2 2 2f e c c u n i w 合金熱處理態(tài)的顯微組織 圖 2 b 為f e 弋 c u n i w 合金鋼熱處理態(tài)的顯微組織 針狀的 叫火馬氏體 r i 色塊狀的合金滲碳體 少量的殘余奧氏體及孔隙組成 碩士論文燒結(jié)鋼組織及耐磨性的研究 f e c c u n i w 合金熱處理后馬氏體針較粗大 3 2 2 3f e 弋弋u n i w 合金熔滲銅態(tài)的顯微組織 圖3 1 2 c 為f e c c u n i w 熔滲銅態(tài)的顯微組織 f e 七一c u n i w 熔滲銅組織組成 物與i e c 弋un 卜m o 合金熔滲銅后的組織相似 黑色團(tuán)狀物為片狀的珠光體組織 白色 條塊為富合金的滲碳體 針狀的組織為貝氏體 顯微鏡下觀察呈黃色的為游離銅 f e c c u n i w 熔滲銅組織中珠光體含量較多 而硬質(zhì)相貝氏體的含量較少 f e 卜c u n i w 滲銅熱處理后的回火馬氏體針較細(xì)小 因?yàn)榇慊鹎暗慕M織中珠光體 含量較多 因而淬火后轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)針狀的回火馬氏體 3 2 3f e c c u m o 謂合金的顯微組織 3 2 3 1f e c c l m 0 w 合金燒結(jié)態(tài)的顯微組織 圖3 1 3 a 為f e c 屯u m o w 合金燒結(jié)態(tài)的顯微組織 由以下幾部分組成 1 片 狀組織 由形貌和顯微硬度可以判斷為珠光體 2 針狀組織 由形貌和顯微硬度可以 判斷為貝氏體 3 珠光體晶粒內(nèi)及孔隙邊緣處的白色塊狀物 從分布及硬度值上判斷 為合金滲碳體 4 孔隙 因?yàn)閒 e c c u m o w 合金燒結(jié)態(tài)時(shí)珠光體含量較多 而硬質(zhì)相貝氏體含量較少 燒 結(jié)硬度為7 7 3 h r b 較f e 噸 c l 卜 劃i 一 燒結(jié)態(tài) 8 9 4 h r b 的硬度