鐵基粉末冶金混料工藝改進與探索

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，經過一定溫度的燒結工藝后來檢測燒結品的綜合性能，包括測定燒結后粉末冶金件的致密度、硬度來評定最佳的混合比。

粉末冶金（P/M）技術作為一門重要的材料制備與成形技術，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點[2]，所以在現代零件制備過程中被廣泛應用。以大小粒徑不同的鐵基微粒混合的方法，經過燒結工藝后其性能不同。通過測定燒結后粉末冶金件的致密度、硬度來評定最佳的混合比，并進一步明確與粉末冶金制品性能相關的因素。

一、實驗

1.實驗材料與設備

本實驗用的主要原料為：-80目的還原鐵粉和-325目的還原鐵粉，以及少量的石墨、硫磺、鋅粉和潤滑油。實驗設備主要包括電子比重天平和HV-1000型顯微硬度計。其中電子比重天平是用來測定試樣密度的儀器，HV-1000型顯微硬度計是用來測定試樣的顯微硬度的儀器。

2.實驗方案

本實驗的混料按表1-2中的成分含量（百分含量）配比，其中試樣1、2、3為實驗過程中的試樣，試樣4為對比試樣，按表中的鐵粉含量配好后在混料機中混合，混好后將材料取出。經過壓制、燒結過程后對試樣進行致密度檢測、顯微硬度檢測，通過測定燒結后粉末冶金件的性能來評定最佳的混合比。

二、實驗結果與分析

1.致密度實驗結果與分析

通過電子比重天平的稱量并測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；由實驗數據可以看出， -325目鐵粉的含量為24.37%的試樣致密度最高，達到6.416 g/cm3 ，試樣1與試樣4的致密度較低，這說明當粉末的顆粒粒徑較大時，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.硬度測量結果與討論

為了保證實驗結果的可靠性，分別對試樣不同位置進行五次硬度測量取平均值，并對同一試樣分別進行橫向與縱向硬度測量，測量結果如下表所示：

由實驗數據可以看出：

（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-325目鐵粉含量達到一定值時，硬度出現最大值；隨著-325目鐵粉含量的繼續增加，硬度值逐漸降低

三、結論

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。

2.當粉末的顆粒粒徑較大時，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；當顆粒的直徑小到一定程度時，顆粒之間的小尺寸效應、表面效應使得顆粒之間的表面能增加，系統為了維持較低的能量而相對產生了一定的間距，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：

[1]鄒志強，黃伯云，楊兵.粉末冶金在國民經濟和國防建設中的作用[J].粉末冶金材料科學與工程.1997，（3）： 188.

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

【作者簡介】劉學（1986—），男，吉林公主嶺人，吉林工業職業技術學院 助教，研究方向：焊接技術。