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《中南大学》 2007年
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粉末冶金材料的温压行为及其致密化机理研究

叶途明  
【摘要】: 温压工艺是一种低成本制造高密度、高精度、高性能的铁基粉末冶金材料的方法。论文在国内外温压技术研究进展的基础上,从宏观和微观的角度出发,采用理论分析和试验研究相结合的方法,对温压成形过程中铁粉的压制规律进行了系统而深入的探讨,揭示了温压的致密化机理。通过进一步的试验研究,揭示了成形工艺对铁基粉末冶金材料、钨基高密度合金的压坯和烧结坯性能的影响规律,制备出了高密度、高性能的粉末冶金材料。同时,采用模壁润滑对国产铁粉的温压行为进行了研究。此外,较系统地研究了影响温压工艺不同因素的主次关系,为优化铁基粉末冶金材料的最佳温压工艺提供了参考依据。论文的研究得到如下结论: (1)国内外温压成形所用的润滑剂都属于专利保护范围。论文中的大量研究证明,普通润滑剂ZnSt、WSA和ME均适用于铁粉及其它粉末的温压成形。添加ZnSt与WSA的粉末在适当的温压工艺条件下,在700MPa的压制压力下,铁粉的压坯密度可达7.33g/cm~3,Fe-2Cu-0.6C铁基合金的压坯密度可达7.29g/cm~3;在400MPa的压制压力下,90W-7Ni-3Fe高密度合金的压坯密度可达11.65g/cm~3。 (2)根据大量温压试验研究,对温压致密化的过程进行了分析,在利用Cooper-Eaton及其改进模型和川北公夫理论的基础上,论文建立了新的粉末温压的致密化模型,即C_P=aP/(1+bP)+cexp(-d/P)。并利用该模型对铁粉压制过程的致密化机理进行了分析。结果显示:在压制前期,颗粒重排是粉末致密化的主要机制;在压制后期,塑性变形是粉末致密化的主要机制。对整个压制过程而言,粉末颗粒重排是铁粉温压致密化的主导机制。 (3)对于Fe-Cu-C合金的温压工艺,添加两种不同润滑剂ZnSt和WSA的合金粉末在不同压制温度下的压制压力与压坯密度的关系均可用黄培云双对数方程来描述。且方程中的m值均随着压制温度的升高而减小,添加ZnSt的合金在110℃时m值达到最小值,而添加WSA的合金在130℃时达到最小值;而方程中的M值随压制温度从室温升至110℃时,添加两种不同润滑剂的合金均达到最大。此外,添加WSA的合金粉末除了在90℃时的m值,在各种压制温度下的m值和M值均低于添加ZnSt的合金。并且,综合来看,添加两种不同润滑剂的合金粉末均在130℃压制时的效果最好。 (4)论文通过对国产还原铁粉WHF80·240的模壁润滑温压工艺的研究发现,国产还原铁粉同样可用于温压成形工艺。研究结果表明,采用模壁润滑而不添加内部润滑剂的铁粉,在690MPa的压制压力和80℃压制时,压坯的一次压制/烧结密度可达7.19g/cm~3。这为促进温压工艺在我国的推广应用,降低温压的成本提供了实践基础。 (5)以Fe-4Ni-1.5Cu-0.5Mo-0.6C粉末冶金材料为例,通过正交试验分析,讨论了影响铁基粉末冶金材料温压成形的主要因素如压制压力、压制温度、润滑状况的主次关系。研究结果发现,压制压力的影响作用最大,润滑状况次之,压制温度最小。经方差分析,压制压力对压坯密度的影响为高度显著,润滑状况为显著,压制温度为不显著。相应地,Fe-4Ni-1.5Cu-0.5Mo-0.6C粉末冶金材料获得最高压坯密度的工艺方案为:压制压力为700MPa,采用模壁润滑而不添加内部润滑剂的润滑方式,压制温度为140℃。并且,根据优化的温压工艺,研制出了某军工项目所要求的产品,其性能达到了技术要求,具有较好的社会和经济效益。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TF125

【引证文献】
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