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新型粘结剂铁基粉末温压成形的研究

杨明  
【摘要】: 粉末冶金铁基结构零件因具有突出的技术和经济优势,在机械、汽车、家电、电动工具以及其它民用和军事工业中得到了越来越广泛的应用。温压成形技术是一种低成本制造高密度、高性能的铁基粉末冶金材料的新方法。开展这一新技术的基础与应用研究,对充分挖掘温压工艺的潜力,推动温压技术的发展具有重要的学术意义和实用价值。因此,本文选用不同的粘结剂体系对纯铁粉和低合金钢粉的温压成形行为进行了系统的研究,并考察了温压压坯烧结体的性能。 温压成形工艺的关键之一是粘结剂的制备,本文采用聚乙二醇PEG、聚苯乙烯PS和少量添加剂的混合物作为粘结剂,同时加入硬脂酸锌和石墨作为润滑剂。为了实现粘结剂、润滑剂与铁粉的均匀混合,采用湿混法分别将0.2~0.8wt%的粘结剂、0.2wt%的润滑剂、0.6wt%的石墨与原料粉末混合获得混合料,供温压成形使用。 论文在铁基粉末成形行为的研究中,对添加两种粘结剂的铁粉松装密度和流动性进行了测定,重点考察了粘结剂含量、温压温度和压制压力等对温压生坯密度的影响并研究了压制压力对温压生坯强度、弹性后效与脱模力的影响。结果表明,在粘结剂含量为0.4wt%时,铁基粉末的松装密度和流动性均到达最佳值;纯铁粉在PEG含量为0.4wt%时,其松装密度和流动性分别为3.18g/cm3和26.9s·50g-1。由于PEG和PS具有不同的玻璃化温度,因此优化的压制工艺参数会有所不同。在600MPa压制压力下,PEG粘结剂的最佳压制工艺为:PEG含量0.4wt%、温压温度75℃,而PS粘结剂的最佳压制工艺为:PS含量0.4wt%、温压温度135℃。纯铁粉在PEG粘结剂优化工艺下的生坯密度为7.29g/cm3、生坯强度为28.1MPa、脱模力为1.9KN、弹性后效为0.27%分别优于PS最佳压制工艺下0.08g/cm3、3.9MPa、0.2KN和0.02%。在相同压制条件下,温压铁基压坯的密度比冷压提高了约0.20g/cm3,压坯强度提高了约3.7MPa。随着压制压力的升高,温压生坯密度呈现增大的趋势,对温压中压制压力与生坯密度关系的研究发现:其关系仍可用巴尔申、黄培云等经典压制方程来描述。 为了进一步考察温压成形的效果,在氢气气氛下对温压压坯进行烧结,对烧结体的物理性能、力学性能和尺寸变化等进行了测试,并对烧结体的显微组织进行了观察。结果表明,温压压坯烧结体的密度、硬度、压溃强度和收缩率均随着烧结温度的上升而提高。以PEG为粘结剂的合金钢粉温压压坯,在1200℃下H2气氛中烧结1.5h后,烧结体的各项性能达到最佳值,其烧结密度、硬度、压溃强度和收缩率分别达到7.28g/cm3、67HRB、455MPa、0.52%。在相同烧结条件下,合金钢粉温压烧结体的密度、硬度、压溃强度和收缩率分别比冷压压坯烧结体高了0.02g/cm3、6HRB、19MPa和0.07%。通过对烧结体显微组织的观察可以发现,温压比冷压压坯的烧结致密化程度要高,且晶粒细小均匀,说明温压工艺能够有效的提升铁基粉末烧结体的综合性能。


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