鐵基粉末冶金混料工藝改進(jìn)與探索

本文采用大小粒徑不同的鐵基微粒混合的方法壓制出不同粉體配比的毛坯，經(jīng)過一定溫度的燒結(jié)工藝后來檢測(cè)燒結(jié)品的綜合性能，包括測(cè)定燒結(jié)后粉末冶金件的致密度、硬度來評(píng)定最佳的混合比。

粉末冶金（P/M）技術(shù)作為一門重要的材料制備與成形技術(shù)，被稱為是解決高科技、新材料問題的鑰匙[1]。粉末冶金有能耗低、近終成形、大批量制造公差小等優(yōu)點(diǎn)[2]，所以在現(xiàn)代零件制備過程中被廣泛應(yīng)用。以大小粒徑不同的鐵基微?；旌系姆椒?，經(jīng)過燒結(jié)工藝后其性能不同。通過測(cè)定燒結(jié)后粉末冶金件的致密度、硬度來評(píng)定最佳的混合比，并進(jìn)一步明確與粉末冶金制品性能相關(guān)的因素。

一、實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)用的主要原料為：-80目的還原鐵粉和-325目的還原鐵粉，以及少量的石墨、硫磺、鋅粉和潤(rùn)滑油。實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括電子比重天平和HV-1000型顯微硬度計(jì)。其中電子比重天平是用來測(cè)定試樣密度的儀器，HV-1000型顯微硬度計(jì)是用來測(cè)定試樣的顯微硬度的儀器。

2.實(shí)驗(yàn)方案

本實(shí)驗(yàn)的混料按表1-2中的成分含量（百分含量）配比，其中試樣1、2、3為實(shí)驗(yàn)過程中的試樣，試樣4為對(duì)比試樣，按表中的鐵粉含量配好后在混料機(jī)中混合，混好后將材料取出。經(jīng)過壓制、燒結(jié)過程后對(duì)試樣進(jìn)行致密度檢測(cè)、顯微硬度檢測(cè)，通過測(cè)定燒結(jié)后粉末冶金件的性能來評(píng)定最佳的混合比。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1.致密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

通過電子比重天平的稱量并測(cè)得的試樣密度分別為試樣1：6.220 g/cm3；試樣2：6.416 g/cm3；試樣3：6.318 g/cm3；試樣4 ：6.267g/cm3；由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出， -325目鐵粉的含量為24.37%的試樣致密度最高，達(dá)到6.416 g/cm3 ，試樣1與試樣4的致密度較低，這說明當(dāng)粉末的顆粒粒徑較大時(shí)，顆粒之間彼此接壤，相鄰顆粒之間的空隙沒有更小粒徑的粉體充填，使得粉末制品的致密度較低。但也并不是顆粒的粒徑越小致密度就越高，試樣3也恰好說明問題。

2.硬度測(cè)量結(jié)果與討論

為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，分別對(duì)試樣不同位置進(jìn)行五次硬度測(cè)量取平均值，并對(duì)同一試樣分別進(jìn)行橫向與縱向硬度測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如下表所示：

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：

（1）同一試樣的橫截面的硬度高于縱截面的硬度。這是由于在壓坯過程中，壓力不能均勻地全部傳遞，傳到模壁的壓力始終小于壓制壓力，即側(cè)壓力始終小于壓制壓力，所以試樣橫截面的硬度均高于縱截面的硬度。

（2）不同試樣的橫、縱截面的硬度比較與分析：在四個(gè)試樣中，試樣2的硬度值均高于其他試樣，試樣4的硬度值最低。隨著-325目鐵粉含量的增加，試樣的整體硬度值也隨著增加，當(dāng)-325目鐵粉含量達(dá)到一定值時(shí)，硬度出現(xiàn)最大值；隨著-325目鐵粉含量的繼續(xù)增加，硬度值逐漸降低

三、結(jié)論

1.鐵基粉末冶金制品的致密度與硬度和混合顆粒大小與比例有關(guān)。

2.當(dāng)粉末的顆粒粒徑較大時(shí)，相鄰顆粒之間的空隙沒有更小粒徑的粉體充填，致密度與硬度值均較低；當(dāng)顆粒的直徑小到一定程度時(shí)，顆粒之間的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)使得顆粒之間的表面能增加，系統(tǒng)為了維持較低的能量而相對(duì)產(chǎn)生了一定的間距，同樣致密度與硬度值較低。只有兩者按照一定的比例混合后才能達(dá)到最佳的致密度和硬度值。

3.由于受傳遞壓力的影響，試樣橫截面的硬度均高于縱截面的硬度。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒志強(qiáng)，黃伯云，楊兵.粉末冶金在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中的作用[J].粉末冶金材料科學(xué)與工程.1997，（3）： 188.

[2] Hunt M. Pressing ahead with powder metallurgy. Material Engineering. 1989，106（8）： 25～28.

【作者簡(jiǎn)介】劉學(xué)（1986—），男，吉林公主嶺人，吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 助教，研究方向：焊接技術(shù)。