铁基粉末冶金材料烧结渗硼工艺及组织、性能研究

【摘要】： 本论文通过烧结渗硼新工艺对粉末压坯实施烧结、渗硼一步处理,旨在以此烧结渗硼工艺替代传统粉末冶金烧结和后续表面渗硼复杂工序,取消二次表面处理工序,获得与传统渗硼处理具有同等质量的表面硬化粉末冶金零件。实验选用铁基粉末为原材料,压制不同密度压坯,在不同温度和保温时间条件下,对压坯进行烧结渗硼。用X射线衍射测定渗硼层的相结构;用电子显微术研究微观组织形貌和相结构;用摩擦磨损试验和三点弯曲强度测试方法对烧结渗硼材料的性能进行表征;采用电化学动电位极化曲线研究烧结渗硼材料的耐腐蚀性能。 实验结果表明,原始压坯密度、烧结温度和保温时间都对烧结渗硼材料的组织和性能有影响,密度为7.0g/cm3的粉末压坯在1100oC保温4小时获得的烧结渗硼材料的组织、性能最好,是最佳工艺参数。本文还对稀土元素和渗碳气氛对烧结渗硼层组织和性能的影响进行了研究。稀土可以增加渗硼层厚度并明显提高烧结渗硼材料的弯曲强度,同时对渗硼有促进作用。渗碳气氛可以使碳原子在烧结渗硼时渗入渗硼层,使渗硼层发生共晶化,进而大幅度降低渗硼层脆性,提高了烧结渗硼材料的弯曲强度。含碳烧结渗硼材料热处理后可以使材料的摩擦磨损性能和弯曲强度得到明显改善。本文还利用JEM2010F高分辨透射电镜对渗硼层显微组织进行详细的高分辨电子显微分析,测定渗硼层的相结构,观察到铁、硼原子族的投影排列位置和硼化物沿002方向长大的规律,并在此基础上提出了烧结渗硼机理。烧结渗硼机理研究表明渗硼过程开始较早,但进行速度较慢,整体渗硼层是在烧结完成之后形成,在较长一段时间内烧结过程和渗硼过程是同时进行的。