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合金化铁粉对金属/金刚石复合材料性能的影响

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HEATS
发表于 2010-9-12 16:57:38 | 显示全部楼层 |阅读模式

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以铁磷及铁铜预合金粉末的形式加入铁，提高金属基体以及金刚石/金属复合材料的强度，提高对金刚石的把持力和耐磨性。
+ p! H. h) P7 r9 D3 f
1、实验方法
, ~* r8 n/ D- P$ O
采用小于75μm目的还原铁粉和鞍钢粉材厂生产的铁铜预合金粉末（Fe-7.2Cu-0.8Sn-0.05其他）及铁磷预合金粉末（Fe-0.51P-0.15C）为基础粉末，按下列配方表配制基体成分：（体积分数）%
; C4 y' E8 H" a9 d$ Q% y' b % B! t x+ A% D! Q! U7 s K8 m3 L/ y! S$ _- H0 @2 B+ f _* V! H, ^& a" O. F- q# b9 Q' H W8 C/ J4 q4 V2 u5 t- j/ @( j+ s- N& d6 M( V& r/ U4 K8 m, q, V- O/ S8 k! R; _ Z5 s* x4 k/ h$ z- }: g5 ?; @( X8 l* v3 l; b. ?. C+ @5 K5 w+ F! ~, g7 X; [( m. [9 J! y2 ~; u, S4 l. Q N2 f; @) M& g O# ], e: i6 ]+ f6 b5 B. c _! }1 \- q. O: e+ h$ p" g; a& Z0 W0 E2 I/ ?7 O+ a6 o! |5 z) B7 x' b1 t' g2 N: E5 {( P9 f" F* f3 s# g$ t2 e7 M* O7 U- j _! `+ g Z9 ~6 V, g# |* {- X5 g( h% J2 h$ R$ W9 u0 g( {& E1 G! B' g1 l( ?$ S$ y; R, ~0 a* n) u% r; n5 C) J# [: \ R' A7 S8 P2 S1 ~' k) Z$ B& U9 s. u& S' ^& e* q0 ?5 E& ?8 i4 N4 I3 s3 _$ s8 j: g, b7 r5 `" s0 @, |# x8 ~' e B: `1 s( P3 z& x+ _; M3 m/ j/ w' n" h8 d8 S6 `5 s- S: z) ~- v X p$ t' {# m- w5 d" b8 l. K2 Q) z8 O4 P' h6 z8 u7 H1 \) _, W6 z/ }2 d- t9 K% U% Z! T4 z) f0 _% K, a& v# W4 [; t& f3 O1 E, M" o7 ?) m; |! R6 Z% o3 S8 Q: Z1 h; x. Z% l* \% {# w# {( L% F2 \& R: s: Y8 `, m4 j8 _5 U! k9 s0 z$ R7 N5 [7 K2 z; x" x A$ I2 h: u- L" k. `$ k, e5 |4 x4 w' T$ I. S$ H* N! x9 S" O" L: w4 _
, O& _6 H6 v7 ]! w
组别
 7 L, K0 y5 K( ^7 F
Fe
 2 l( `' L6 p9 Q S
Fe-P
 , @' e. |" a7 m: [
Fe-Cu
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Cu
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 9 J$ w, @) K7 A. }/ ^
A4
: X/ N* S3 ?/ T' _) M
1
 # K$ f' d2 S# @$ o4 y1 o% o9 O' N
31.5
 ) O0 ~; j- d1 o
# s, e0 |+ |' ]- O F( q' ~$ w
 * S% d: f' t* j( W/ F( N9 u) v
30
 8 G7 z, ? X1 L& B( L/ y3 ]
16.5
 & B2 _" g9 Y3 @1 B
7.5
 # ?; ~8 T8 H; d' v! n% l. y, A c
7.1
 , l5 T# c( O/ ^7 ~# P; l* ~: v
6
 + [% y) A5 x& l5 i& y* n
1.4
2 |! h& m. G( P8 V: O, E1 Y
2
 - t% D3 V; N$ {( }. ]
 $ W; E! {0 Q7 |% z
31.5
 , V T* V- n- y; q2 J, l6 C
 
{2 s( s# R+ H: i6 Z! z
30
 ( k# l9 d6 \% n8 C Y# r$ t: _ g
16.5
 . @) q) D. p8 k8 }) w+ R ~
7.5
 3 q! ?# } \! [! f7 Y) \# H o
7.1
 ^9 d) n4 j9 d7 x
6
 . |( C5 t7 ]( R' g z X n! o* _
1.4
$ b" r' x/ b; u9 z
3
 & n8 E- B5 X! q& u
 
8 w1 B% K0 L3 H9 |5 F
 
0 [5 I+ P! g: k9 e5 m
34.7
 + {0 l8 F( \" J, [, t. z8 n6 Z
27.1
 ; f: { D+ ?( f( `, ~: U
16.5
 ; I5 b" \$ P3 Z p$ f
7.5
 ( r* Z: L' Y- W. @& G J
6.8
 $ F4 x" s" G J$ I
6
 4 N2 I9 p" l7 o, y
1.4
3 y/ }% J9 p* H4 ^% o9 V( v
注：A4为自制母预合金粉末
) @% {7 i { @: u
采用热压法制备样品，设备为直热式热压机，石墨模具，热压在空气中进行。温度850-870℃，保温时间4-6min，热压压力为35Mpa。
( q) b9 d, X& Z/ a) y, h
采用HR-150A硬度计测定基体的硬度；在WE-10A液压式万能材料实验机上测定三点抗弯强度，试样尺寸为5×5×40mm；采用阿基米德法测量试样密度；用自制磨损实验机测试基体耐磨性。
" E6 H; Q0 O/ }0 [# E$ Z2 b9 E2 c
结果如下：
. N4 {$ J3 i3 a2 W9 V. o, Y$ { ' n9 H! O/ t% [/ p1 m) S. ?9 L; ?" B/ z7 O' p* w& \- q% p; v6 b L6 f1 e9 Y. b4 s& M9 w) ]3 m9 g r' {9 p$ b/ I5 o( t! }3 X- M& R6 E' d' i# ]! z! f( k6 u0 I; \& D4 }2 A u3 v8 U& a9 C5 r$ L4 I( E; | P+ f5 }7 \2 K- f' M) O4 s B* p/ N' {9 `' f- c, K) D. x, U4 S G p. r9 d% d1 K8 Z( u) E: }+ B: B5 o8 e, k) S( |# @, ]" {, A; s# u8 n& { q+ D9 l7 g# x( m2 |: r0 v {3 h, M0 N5 Z' d/ t `" X: ?" a! u- u1 W% {0 I% X0 x( Y1 T9 P9 W3 @& s9 X9 a9 V8 a/ }: S( E# H; a2 v9 H1 @2 E$ y O. C e5 x" \2 O# B- @4 f+ q" N4 e6 i! b4 m/ M) a ~( N5 G' t4 [; O4 Y* d6 b) N. l9 c- H3 a1 h0 x, g9 j1 }* M n. K3 g- x3 K8 j9 s! E& {* }+ r* F. Y+ d$ `& a
& k& J0 x; r5 P( E- H4 R3 f
基体材料
 ' o. [1 x8 ]. c) ?9 [0 g
相对密度：%
 ; s/ p/ J' G+ @9 U
抗弯强度：MPa
 * m# R1 S R% e" D$ r9 y; j
硬度：HRC
 * W% |+ w6 B+ @6 v6 I
磨损率：
 4 ?% G! N9 o3 G. I2 b' E P! N9 k0 ]
复合材料强度：MPa
. |4 T& j4 Y( ?4 `# R" |/ @) U
1
 0 m9 }+ T. D0 K2 a
97.9
 ; O! ]' |0 Y$ }. I$ U! @/ B- ~
1182
 - o1 @ G. d2 }- a+ O! N
26.2
 ' `& F3 w; d4 ^0 P) Q7 L' n
2.17
 ( M E, s9 c$ c9 J/ t. A
994
4 p5 g: h/ Q* D
2
 ) W+ p# T5 ~/ y9 d: i# i" E
99.6
 2 x, W; o: ?. ?1 `* K9 j
1567
 ! ?" J8 n4 ?/ Y. K
21.8
 5 A0 F) _$ g; ~1 j9 H0 m8 E) Q
1.25
 / ~) c2 K! G4 d ?+ Q+ d) C. Z
1169
4 o! u$ F5 ]' h3 d/ I
3
 ) }# w4 r2 }) s/ @8 m( j8 z
99.6
 & s7 Q' n. c* Z# E8 k" T# d
1320
 + t* ?3 S4 U1 T, x: h7 U' a
20.6
 ) x2 `+ [- ?1 j) b$ W5 T$ c. D
1.15
 ) A& l$ `! C4 k, I G9 l, w
997
( a/ n& b$ e0 W) w& r2 U- z! \
2、结论与分析
' U1 |& U+ W# x9 c0 s6 v& m
2.1预合金粉末能够提高金属基体密度、强度、耐磨性。
! C& w5 G2 G9 |- H# Y2 p
a、  Fe-Cu预合金粉末内存在的Cu、Sn成分，当热压温度高于其熔点时，在合金化的铁粉内部将生成液相，这有利于热压材料的致密化，使其密度达到99.6%。另外，由于铜的作用是强化铁素体，使用合金化的粉末有利于合金元素的均匀化，充分发挥铜的固溶强化作用，使基体的抗弯强度提高。
" h* {, ~7 M8 k3 Q" U' Y
b、  以Fe-P预合金粉末为基础粉时，一方面，由于磷与铁的原子半径相差较大，形成间隙式固溶体起固溶强化作用。另一方面，磷的加入稳定了α-Fe相，铁在α-Fe相中高的扩散系数增加了烧结的致密化程度，使其密度达到99.6%。密度增加导致强度增加。
3 Y; ~* ?( ~4 r, c5 G
c、  由于Fe基预合金粉末的加入提高了基体的相对密度，使其更接近理论密度值，而基体的耐磨性与空隙度有关，密度低，空隙度就大，颗粒间的连接减弱，表面粗糙，耐磨性就低。因此，提高了基体的相对密度的同时，就提高了耐磨性。
1 S6 P6 m8 |6 f4 y4 R' @: Q" D
2.2基础粉末粒度对基体硬度的影响：降低颗粒尺寸有利于增加材料的硬度
0 Q5 u$ W/ _3 ^0 b- {+ F
采用还原铁粉基体的显微组织细小，WC颗粒较为弥散的分散在铁粉周围，而使用Fe-Cu预合金粉的试样显微组织粗大，WC颗粒呈团聚状。因此，采用还原铁粉基体的试样中，WC的弥散强化作用明显，表现为宏观硬度高；而Fe-Cu预合金粉的颗粒粗，WC颗粒呈团聚状，弥散强化作用差，表现为宏观硬度低。
 : n$ j z( w; C' @
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