多场耦合烧结Fe-2Cu-2Ni-1Mo-0.8C的摩擦磨损性能研究.pdfVIP

二、钢铁粉末及制品 Cu一2Ni一1Mo一0．8C 多场耦合烧结Fe一2 的摩擦磨损性能研究① 李小强唐愈叶永权梁华星 (华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640) 摘要采用电场、磁场、应力场和温度场多场耦合成形与烧结一体化技术制备了高致密Fe一2Cu一2Ni一1Mo一 0．8c合金，并利用光学显微镜和扫描电镜对烧结合金的显微组织以及磨损表面进行观察和分析，重点探讨了耦舍外加 脉冲磁场对烧结合金的耐磨性能的影响。结果表明，在电场、应力场和温度场三场耦合的放电等离子烧结技术的基础 上进一步耦合适合的脉冲磁场，可明显改善烧结合金中微观组织和合金元素分布的均匀性，从而不仅提高了烧结合金 的耐磨性。同时还显著提高了合金的耐磨性能均匀性。当采用峰值电流、基值电流、频率、占空比分别为2700A、 A／m时，烧结材料的耐磨性能最佳，舍金的磨损机制主要为粘着磨损。 关键词铁基合金；多场耦合烧结；组织；摩擦磨损性能 1 前言 铁基粉末冶金零件由于具有良好的强度、硬度以及耐磨性能，已被广泛应用于汽车、机械、化工、 电子等领域¨。4J。然而采用传统的粉末成形与烧结方法制备的铁基零件已难以满足某些特殊应用需 求。传统的铁基粉末冶金材料往往强度和硬度仍显不足，采用烧结后续热一机械处理，虽可明显提高 其力学性能，但会明显提高制造成本。通过采用合适的烧结方法和优化烧结工艺从而获得更为细小和 均匀的烧结态微观组织，已被公认为是制备高性能粉末冶金材料的主要途径之一。 近十年来，国内外快速发展起来一些以放电等离子烧结为代表的电场、应力场和温度场三场耦合 的烧结技术。该烧结技术具有等离子活化、升温速度快、烧结时间短、冷却迅速、节能环保和成形一 烧结一体化等特点，在制备细晶、超细晶甚至纳米晶块体金属、金属间化合物等方面已呈现出明显优 势[5-t1]。近来，作者等人¨2’131研究表明在放电等离子烧结过程中存在较明显的径向烧结温度差，从 而影响烧结材料的组织和性能均匀性，并提出和通过数值模拟证实在放电等离子烧结过程中耦合轴向 交变磁场可改善烧结体径向温度场。不过，在现实情况下，由于铁基合金粉末的烧结温度较高，通常 需1000～13000C，要在如此高的烧结温度下耦合一个较强的交变磁场是非常困难的，因为磁场系统自 身也是发热源，因此对磁场系统的耐热性能要求极为苛刻。为此，本文通过在放电等离子烧结过程中 耦合外加脉冲磁场的方法烧结铁基合金材料，以改善电场、应力场和温度场三场耦合放电等离子烧结 过程中烧结径向温度场的均匀性，从而获得组织和性能均匀的铁基合金；并满足多个场耦合烧结时对 磁场系统耐热性能的使用要求。 合金粉末时，耦合外加脉冲磁场对烧结材料组织和耐磨性能的影响。 2实验材料及方法 将Fe粉(粒度一150岬，纯度I99．0％)、Cu粉(粒度-75 然科学基金项目(x2jqB6080210) 作者简介：李小强(1972一)，男，副教授，主要从事粉末冶金方面的研究。E—mail：Lixq@aeut．edu．Cll 2009全匡粉末冶金学^会议 “m，纯度≥995％)、Mo粉(粒度一75“m，纯度≥995％)和C粉(粒度2—3“m，纯度9995％)等 元素粉末按Fe一2Cu一2Ni一1Mo一08C(质量分数，％)的成分进行配比，再在V一0002型混粉机中 混合48小时。混台后的粉末放人内径为20mm的AI：O，陶瓷模具中，采用自行研制的电、磁、热、力 多场耦舍粉末成形与烧结一一体化设备进行烧结。每次烧结州粉量为89，烧特压力为30MPa，烧结时间 为3 79 x10’A／m、236×10’A／m和3 外加脉冲磁场的强度分别为0A／m、0 93×10’A／m，其频率为56Hz。 烧结试样的组织观察在OLYMPUSPME3金相显微镜上进行。腐蚀试样的腐蚀液选用含5％HNO、 的酒精溶液。 磨损实验在SRV一Ⅳ型微动磨损实验机上进行窒温下干磨。摩攥副采用Optimol公司提供的直径 和硬度分别为010mm和62—63HRC的CCrl5钢球，载荷为10N，振幅为11204m，频率为50Hz，摩擦 时问为30rain