粉末冶金Fe_Cu_C合金的微波燒結(jié)研究

1、第25卷第5期2005年10月礦 冶 工 程MININGANDMETALLURGICALENGINEERINGVol.255October2005y粉末冶金Fe Cu C合金的微波燒結(jié)研究黃加伍,彭 虎(長沙隆泰科技有限公司,湖南長沙410013)摘 要:研究了粉末冶金鐵基機械零件在氬氣或氮氣保護下11501220 ,保溫520min工藝條件下微波燒結(jié),并對微波燒結(jié)與傳統(tǒng)燒結(jié)工藝進行對比分析,結(jié)果表明:鐵基粉末冶金生坯在室溫狀態(tài)下具有良好的微波吸收性能,升溫過程穩(wěn)定可控,微波燒結(jié)比傳統(tǒng)燒結(jié)速度更快,時間更短而且達到幾乎完全致密而不變形、棱角清晰且無裂紋,相對密度為96.6%97.8%,洛氏硬度

2、HRC4045,滿足機械零件的性能要求。關(guān)鍵詞:微波燒結(jié);鐵基機械零件;粉末冶金;工藝;傳統(tǒng)燒結(jié);相對密度中圖分類號:TG146.1文獻標識碼:A文章編號:0253-6099(2005)05-0077-03AStudyofMicrowaveSinteredFe Cu CPMAlloyHUANGJia wu,PENGHu(ChangshaLongtechCoLtd,Changsha410013,Hunan,China)Keywords:microwavesintering;ferro basedparts;powdermetallurgy;technique;conventionalsinter

3、ing;relativedensity 鐵基零件是粉末冶金工業(yè)產(chǎn)品的主要組成部分。隨著燒結(jié)鐵基制品工藝及材質(zhì)的不斷改進,制品的性能也在逐步提高,而提高制品性能的重要途徑是提高致密度降低孔隙度21道,而美國在2001年就有關(guān)于粉末冶金材料與零件微波燒結(jié)的報道,美國賓夕法尼亞大學的研究者研究了微波燒結(jié)金屬制品的工藝。研究結(jié)果表明,微波燒結(jié)能夠改進金屬制品的性能,能夠生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件而且生產(chǎn)成本較低。本文研究微波高溫燒結(jié)粉末冶金鐵基零件的工藝技術(shù)。11。傳統(tǒng)的提高致密度的方3法是采用復(fù)壓復(fù)燒、滲銅、粉末鍛造等工藝,20世紀90年代出現(xiàn)了粉末冶金溫壓技術(shù)。微波加熱比傳統(tǒng)加熱更有優(yōu)勢,能獲得相結(jié)構(gòu)的高

4、度均勻性、更高的致密度和更好的顯微結(jié)構(gòu),具7有高效、節(jié)能、無污染等特點。20世紀80年代中后期微波燒結(jié)技術(shù)被引入材料科學領(lǐng)域,逐步發(fā)展成為一種新型的粉末冶金快速燒結(jié)技術(shù)8461 實 驗1.1 Longtech微波燒結(jié)爐的性能和特征湖南長沙隆泰科技有限公司開發(fā)的MW-LO316V實驗爐其外形見圖1。實驗爐的微波頻率為2.45GHz,功率為5kW的高精度程控微波源,微波爐內(nèi)可調(diào)轉(zhuǎn)速的承載系統(tǒng),在爐內(nèi)可形成相當大空間的高能量密度和高均勻分布相統(tǒng)一的微波場。采用Raytek紅外測溫儀測溫。燒結(jié)保溫腔體的設(shè)計為 /300mm!90mm,壁厚。進入20世紀990年代,該技術(shù)向著基礎(chǔ)研究、實用化和工業(yè)化發(fā)展

5、,尤其在陶瓷材料領(lǐng)域成為了一種新型加熱方式。目前,我國學者對微波燒結(jié)的研究主要集中在陶瓷材料領(lǐng)域,微波加熱的研究涉及到陶瓷制備和處理的各個過程y10,但在微波燒結(jié)粉末冶金零件領(lǐng)域至今很少報收稿日期:2005 03 14:(),男,78礦 冶 工 程第25卷25mm,外層30mm纖維保溫,材料采用耐火材料釬維明(如圖2)也沒有打火,顯示微波燒結(jié)形狀復(fù)雜的鐵基粉末冶金零件有良好前景。4)燒結(jié)過程很少揮發(fā)物出現(xiàn),也沒有火焰,沒有任何影響測溫的異?，F(xiàn)象。鐵基樣品的燒結(jié)對燒結(jié)氣氛要求較高,很容易出現(xiàn)高溫表面氧化,設(shè)備必須有較好的真空或者在氬氣、氮氣或者氫氣保護下燒結(jié)。/250mm!90mm。板,腔體的燒

6、結(jié)尺寸為圖1 隆泰微波爐1.2 原材料原材料為粉末冶金Fe Cu C鐵基合金,其樣品的外形如圖2所示,外形尺寸為15mm!13mm!13mm。圖3 微波燒結(jié)溫度和功率與時間關(guān)系鐵基粉末冶金生坯樣品的吸波性在圖3中可明顯看出:隨著微波功率的增加燒結(jié)溫度不斷地增加,為了控制升溫速度采取分段階梯式增加功率,使升溫過程穩(wěn)定可控在功率增加到3000W時不再增加功率,在這一圖2 生坯樣品階段升溫速度明顯加快,為了精確地控制最高燒結(jié)溫度,在低于燒結(jié)溫度3050 時應(yīng)適當降低微波功率(1000W內(nèi)),保持該溫度,否則會引起樣品過燒變形。2.2 燒結(jié)溫度對致密度的影響圖4是保溫時間為10min條件下的為燒結(jié)溫度

7、對樣品致密度的影響,可以看出燒結(jié)溫度在11801200 之間適宜,溫度過高樣品會出現(xiàn)變形,難保證機械零件的尺寸精度;溫度過低,樣品的致密度過低,難保證機械零件的機械性能。另外對樣品的不同擺放位置的致密度差異進行了對比,致密度在零件的要求范圍之內(nèi)(7.4g/cm以上),證明在燒舟內(nèi)溫度場是均勻的;本實驗保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計有效地解決了微波場與溫度場的均勻難點。31.3 工藝條件及樣品性能檢測分別在1150,1180,1200,1220 下保溫520min,樣品擺放在莫來石燒舟中,燒舟尺寸為100mm!100mm!40mm,蓋上莫萊石板(100mm!100mm!6mm,/中孔20mm),/上面兩層蓋板測溫

8、孔直徑為20mm。使用輔熱材料向樣品輻射熱,在氬氣或氮氣保護下微波燒結(jié),用氧化鋁粉作填料,隨爐冷卻。采用Mettlertoledo(0.1mg)分析天平測量樣品的密度。2 結(jié)果與討論2.1 燒結(jié)過程觀察在11501220 ,保溫520min,進行微波燒結(jié),結(jié)果顯示:1)鐵基粉末冶金生坯樣品有良好的吸波性能,升溫過程穩(wěn)定可控(見圖3);本實驗采用適當?shù)妮o熱材料有效地消除了熱失控現(xiàn)象。2)燒結(jié)樣品在不同的升溫速度下沒有出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。3)樣品擺放距離適當?shù)那闆r下,燒結(jié)過程不會出;圖4 燒結(jié)溫度對致密度的影響第5期黃加伍等:粉末冶金Fe Cu C合金的微波燒結(jié)研究792.3 燒結(jié)保溫時間對致密度的影響

9、圖5為燒結(jié)溫度為1180 時燒結(jié)保溫時間對樣品致密度的影響,曲線的變化規(guī)律與傳統(tǒng)的燒結(jié)相近,但燒結(jié)保溫時間顯著減少。微波燒結(jié)過程中,由于材料內(nèi)部吸收微波產(chǎn)生熱量,材料內(nèi)部不存在溫度梯度,不同于傳統(tǒng)加熱通過輻射、傳導由外到內(nèi)的加熱模式;另外在微波場中,促進樣品晶?；罨淖饔梅浅Ｃ黠@,同時還可使原子擴散加快,降低反應(yīng)激活能,降低了反應(yīng)溫度和加速反應(yīng)的進行,所以微波燒結(jié)升溫速度可以很快,保溫時間可以很短12燒結(jié)周期的1 21 3,充分顯現(xiàn)了微波燒結(jié)高效、省時、節(jié)能的特點。3 結(jié) 論1)鐵基粉末冶金機械零件在11801220 ,保溫520min微波燒結(jié)能實現(xiàn)致密度96.6%97.8%。2)鐵基粉末冶金

10、機械零件生坯樣品在2.45GHz微波燒結(jié)中展示了良好的微波吸收性。3)鐵基粉末冶金機械零件的微波燒結(jié)較傳統(tǒng)燒結(jié)有較大的優(yōu)勢:微波燒結(jié)溫度比傳統(tǒng)的電阻爐的燒結(jié)溫度低1020 ,保溫時間僅為傳統(tǒng)的電阻爐燒結(jié)保溫時間的1 31 6,燒結(jié)周期為傳統(tǒng)燒結(jié)周期的1 21 3。參考文獻:1 劉 詠,黃伯云,龍鄭易,等。從PM2004看世界粉末冶金的發(fā)展現(xiàn)狀J.粉末冶金材料科學與工程,2005,10(1)10-20.2 黃培云.粉末冶金原理M.北京:冶金工業(yè)出版社,1997.3 李元元,肖志瑜,倪東惠,等.粉末冶金溫壓技術(shù)的研究及其應(yīng)用J.廣東有色金屬學報,2004,14(1):1-7.。圖5 保溫時間對致密

11、度的影響(1180 )4 Sutton(ed)W.MicrowaveProcessingofMaterialsJ.MaterialsResearchSocietyBulletin,1993(18):196-201.5 RoyR,YangJL,KomarneniSK.AmericanCeramicSocietyBulletin,1984(63):459.6 RoyR,AgrawalD,ChengJP,etal.CeramicTransactions,1997(3):80.7 李 俊,文俊翔,冷觀武,等.微波燒結(jié)高磁導率Mn Zn鐵氧體材料的研究J.磁性材料及器件,2004,35(2):36-38

12、.8 HUXiao li,CHENKai,YINHong.Microwavesintering newtechnologyforceramicsinteringJ.ChinaCeramic,1995,31(1):29-32.9 范景連,黃伯云,劉 軍,等.微波燒結(jié)原理與研究現(xiàn)狀J.粉末冶金工業(yè),2004,14(1):29-33.10 吳 紅,史洪剛,馮宏偉,等.微波燒結(jié)技術(shù)的研究進展J.兵器材料科學與工程,2004,27(4):59-61.11 AnklekarRM,AgrawalDK,RoyR.Microwavesinteringandmechani2.4 微波燒結(jié)與傳統(tǒng)工藝的比較在微波燒結(jié)致密度達到或超過傳統(tǒng)電阻爐燒結(jié)的工藝條件下,微波燒結(jié)(2.45GHz)與傳統(tǒng)燒結(jié)工藝對比見表1。表1 微波燒結(jié)與傳統(tǒng)燒結(jié)工藝對比燒結(jié)方式微波燒結(jié)傳統(tǒng)燒結(jié)燒結(jié)溫度11851200保溫時間 min1090從表1可以看出,鐵基粉末冶金機械零件的微波燒結(jié)較傳