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熔渗铜对高合金烧结钢组织的影响
发布时间：2016-12-07 10:02:56 来源： 作者： 查看：
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铁基合金与铜和铜合金的渗透，是制造高强度烧结结构件的有效方法。自五十年代以来，这个过程逐渐被人们认可，应用范围不断扩大。通常认为渗透是液相铜填充烧结材料的内孔的过程，这可以提高材料的密度并提高材料的机械性能。国内外也都集中在铜的渗透对材料的力学性能的影响[1,2]，组织的影响很少报道。 在粉末冶金排气阀座的研制开发中发现：在铁基粉末冶金材料中，铜的渗透可促进合金元素的扩散，从而提高材料的合金化程度。
在本研究中，使用高纯合金烧结钢与纯金属粉末混合来研究渗透铜对其微观结构的影响，以期为实际生产提供一些有用的指导注射成型。
2实验方法
向Fe-C-Cu基粉末（C和Cu的质量分数分别为1.2％和5％）的混合物中加入钼，钨和铬粉，然后用V型混合器混合，注射成型烧结温度为1120℃ ，保温温度420℃，渗透温度1120℃，保护气氛为氨分解，在冷却水套冷却区的水套冷却区的Φ23×6样品中，在推进式烧结炉中进行烧结样品。
用OLYPUS金相显微镜观察样品的微观结构。通过能量色散光谱仪分析样品的显微硬度。用Rockwell硬度计A-100测量样品的表观硬度，用HX-1000显微硬度计测量显微硬度。
3试验结果和分析
图1〜4为Fe-Cu-5X-C合金的烧结4h和铜的微观组织的渗透。图。图1（a）示出了烧结的Fe-Cu-5Ni-C合金的微观结构：具有孔的浅色孤立区域;具有不均匀厚度的层状珠光体和网状铁铁氧体。从图1可以看出。基质镍的分布不均匀，出现富镍和镍缺乏区。
Cu-5X-C样品浸渗铜微观形貌前后，我们可以看出铜对微观组织的渗透有较大的影响：
（1）孔数减少，孔变平滑;
（2）组织更均匀，颗粒变得更规则，尺寸更均匀;
（3）接近于致密钢的相同组成的微观结构。
显然，这些变化是合金元素进一步扩散的结果。从铜的渗透机理来解释：当烧结温度超过铜的熔点1083℃时，铜变成液体，由于铜具有良好的润湿性，在毛细力的作用下，迅速沿着铁表面粉末浸渍，包裹在铁粉颗粒表面的内部扩散和溶解，形成8％的含铜γ固溶体，同时额外的铜填充孔隙。因此，第一次渗透铜孔隙率后的组织变化减少。
在铜浸渗的Fe基合金的情况下，尽管铜在γ-Fe中的溶解度小，但是液态铜在铁和其它合金颗粒载体的表面上形成所谓的“载体相”溶解 - 沉淀机理，使合金元素在基体上均匀分布。
5应用
汽车发动机排气阀座是一种具有非常重要部件的阀门，并且阀门一起完成气缸密封的作用。由于使用条件差，其性能要求高：耐磨，耐氧化和耐腐蚀，还要保持高温硬度和强度。由于采用烧结材料代替传统铸造和锻造合金，烧结排气阀座技术和材料成熟。国外一般使用真空炉，高温液体烧结[5]。但是，许多国内和小型制造商通常不能满足生产条件，因此如何使用现有设备生产高性能排气阀座？本研究表明：常规烧结温度（1150℃以下）可以实现铜的渗透。
在本研究中，粉末冶金排气阀座由纯金属粉末制成。烧结温度为1120℃，渗透温度为1120℃。其组织如图7所示，如图8所示。图7显示了FM-03排气阀座的烧结结构。从图中可以看出，尽管在1120℃下烧结2h，合金元素由于合金含量高，不能充分扩散，烧结结构相当不均匀，粉末颗粒清晰可见。注射成型产品硬度93HRB。
6结论
1）铜烧结的渗透是液体烧结的特殊情况，铜作为“载体相”，使得合金元素的扩散速率比固相扩散快。
2）高合金烧结钢在固相烧结温度下，渗铜，可以改善合金元素的扩散，提高合金元素的利用率，组织接近锻造钢。
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