真空燒結-東北大學

真空燒結1硬質合金的燒結燒結：使多孔的粉末壓坯變成具有一定結構和性能的合金。硬質合金的氫氣燒結氫氣間隙爐：隨爐子尺寸的增加其結構復雜；工藝：1.脫蠟＋預燒；2.燒結；能耗比較氫氣燒結日益昂貴；

H2和物料帶入的水分及空氣：進出料時氫氣點火燃燒生成的部分水；雜質氣體通過各溫度帶引起合金脫碳、滲碳、滲氮、還原、氧化等反應2真空燒結的特點真空燒結氣氛真空燒結的致密化真空燒結的效果3真空燒結氣氛真空燒結氣氛的優(yōu)勢真空爐中的氣氛穩(wěn)定變化不大；無H2帶來的不良反應；物料帶入的氣氛和吸附空氣在爐子升溫前的冷抽過程可基本去除；氧含量減至最低。真空度的選用原則（133－0.13Pa）4真空度的選用原則影響真空度選用的因素：原料含氧、碳量真空爐材料真空爐的泄漏率真空度選用原則：成形劑的徹底排除氧化物在盡可能低的溫度被碳還原揮發(fā)去除的所有能揮發(fā)的雜質元素減少有用合金元素的揮發(fā)控制合金含碳量5真空燒結的致密化三種不同成分合金燒結（實踐）和氫氣燒結線收縮同溫度和時間的關系線收縮/％ΔL×102/L6真空度及溫度對致密化的影響真空燒結較好的去除顆粒表面的氧化膜，改善了碳化物同粘結相的濕潤性促進了燒結過程、降低燒結溫度，加速合金收縮的速度。真空燒結對線收縮速度的影響隨(W,Ti)C在合金中的含量增加而提高；活化燒結壓坯孔隙內(nèi)氣體量減少，氣體產(chǎn)物更易排出，溶于金屬的氣體脫除WC－10％Co合金在不同溫度及壓強下的線收縮12.7％16.1％7真空燒結的效果耐磨性及強度顯著提高降低生產(chǎn)成本檢驗項目氫氣燒結真空燒結硬度HRA91.091.6抗彎強度/MPa12301950抗壓強度/MPa42004470比例極限/MPa17201760彈性模數(shù)×103MPa530570切削試樣：深度3.18mm后面磨損速度200m/min2min月牙洼磨損0.43mm0.71mm0.127mm0.381mmWC-TiC8%TaC11.5%-Co8.5%合金氫氣及真空燒結平均物理力學性能的比較8硬質合金真空燒結淬火理論依據(jù)燒結淬火工藝燒結二次加熱淬火燒結直接淬火影響燒結淬火的主要因素真空燒結淬火對硬質合金性能和結構的影響9影響燒結淬火的主要因素加熱溫度：800－1500℃；保溫時間：fewmin－2h；加熱介質（氣氛）：鹽浴、氮氣、真空等；淬火介質：油、水、氣體（氮氣、氬氣、液氮等）；回火：200－700℃、1－40h，真空爐或氫氣保護；設備：高溫鹽浴爐、飽和氣氛加熱爐、真空燒結淬火爐真空度：6.6－0.66Pa10真空燒結淬火對性能和結構的影響不同真空淬火工藝對合金性能的影響室溫抗彎強度提高5－30％，Co含量越高，效果越明顯；沖擊疲勞韌度提高100－300％；硬度提高0.2－1HRA，磁力和密度變化不大。不同牌號的硬質合金，淬火溫度至關重要；其他因素有相同的影響和范圍。真空淬火合金微區(qū)結構的影響真空淬火對合金硬質相的影響11真空燒結淬火合金微區(qū)結構的影響編號合金中WC的含量α?Co(111)/ε-Co（1011）衍射峰高比相分析燒結態(tài)直油淬態(tài)燒結態(tài)直油淬態(tài)123456780258101215185.012.716.817.530.030.4--1.812.515.230.635.348.048.5-Co相Co相Co相Co相Co相，WC微量Co相，WC少量Co相，WCCo相，WCCo相Co相Co相Co相Co相Co相，WC微量Co相，WC少量Co相，WCCo基合金X射線衍射分析結果12真空燒結淬火合金微區(qū)結構的影響Co基合金成分與結構的變化在燒結態(tài)Co基合金中，WC在Co相中的飽和溶解度為10%左右，而在淬火態(tài)合金中12%，α?Co/ε-Co比值隨Co中溶解的WC量的增加而增大，直到出現(xiàn)WC相。融入Co相的WC相對α?Co向ε-Co的晶型轉變起到了抑制作用。

WC-Co合金Co相結構的變化隨著淬火溫度的提高，α?Co/ε-Co比值增大α?Co/ε-Co比值峰值對應的合金抗彎強度最高值13真空燒結Fe-Al基合金例子14Fe-Al基金屬間化合物金屬間化合物：

Ni-Al系，Ti-Al系，F(xiàn)e-Al系Fe-Al金屬間化合物的特點：優(yōu)點：比強度高高的抗氧化性高的耐腐蝕性：S化氣氛中優(yōu)于不銹鋼及防腐涂層成本低：為不銹鋼的1/3缺點：脆性、斷裂抗力差、低塑性、成型性差15研究目的采用Fe、Al單質粉末通過真空燒結制取近終成形的FeAl基合金制品,有效解決鐵鋁金屬間化合物加工成形的困難；獲得均勻細小的FeAl組織晶粒,提高FeAl基合金材料的性能。16材料及試驗方法實驗材料：99.75%,Fe粉、99.85%，Al粉，粒度均為200目，配比為原子比Fe∶Al=1∶1實驗工藝流程：球磨壓坯燒結成分、組織及力學性能分析17制備方法球磨：QM-1F型行星球磨機，室溫,氬氣保護,轉速200r/min,分別球磨2、4、6、8、10、12h,球磨介質：瑪瑙球,球料比為10∶1(質量分數(shù),%)壓坯：60t材料試驗機，壓力為1.5GPa,將粉末置于冷壓模中保壓10min,壓制成110mm×10mm的坯料。燒結：管式電阻爐進行真空燒結,升溫速率10℃/min,真空度為3×10-3Pa,200℃下除氣10min，燒結620℃×4h。18成分、組織及力學性能分析方法X射線衍射實驗:D/MAX-RC型衍射儀,Cu靶,Kαλ0.1504nm,

40kV,80mA。掃描電鏡觀察：日立S2570型，粉末顆粒形貌特征力學測試試樣：燒結態(tài)。硬度測試：國產(chǎn)HX21000型顯微硬度計,8點的平均值。橫向斷裂強度：三點彎曲法,斷裂韌性：單邊切口法(SENB),

5個試樣的平均值。Fe和Al組元的晶粒尺寸和微觀應變由衍射峰的半高寬求得19球磨粉末分析T球磨增加,Fe和Al的衍射峰變寬,強度減弱,晶粒尺寸細化,晶格畸變增加;球磨4h,形成了納米晶復合粉,球磨8h,Al的衍射峰完全消失。在Al非晶化后,仍有個別Fe晶面的衍射峰,Al比Fe更易發(fā)生塑性變形,導致Al晶粒在球磨過程中由于承受較大的塑性變形而細化。球磨12h,只有金屬間化合物FeAl的衍射峰。20球磨時間對Fe-Al晶粒尺寸的影響21不同球磨時間獲得的Fe-Al材料形貌22燒結體的力學性能23真空燒結Fe-Al試樣彎曲斷口分析經(jīng)620℃×4h燒結試樣的室溫彎曲斷口形貌,室溫下的彎曲斷裂特征呈典型的韌窩斷口,呈現(xiàn)高塑性塑性的提高由于隨著晶粒尺寸的減小,晶界的密度增高,在晶界區(qū)域擴散系數(shù)較大,存在著大量的短程快擴散路徑所致。組織均化。由于在機械合金化過程中Al均勻彌散分布于Fe中,且隨著球磨的進行,形成均勻的固溶體,通過燒結后得到了力學性能均一的組織24結論高能球磨使Fe、Al混合粉形成具有層片結構的復合粉,且球磨時間越長,復合粉顆粒中的Fe、Al層片越薄越均勻。高能球磨