铁基粉末冶金混料工艺改进与探索

本文采用大小粒径不同的铁基微粒混合的方法压制出不同粉体配比的毛坯，经过一定温度的烧结工艺后来检测烧结品的综合性能，包括测定烧结后粉末冶金件的致密度、硬度来评定最佳的混合比。

粉末冶金（P/M）技术作为一门重要的材料制备与成形技术，被称为是解决高科技、新材料问题的钥匙[1]。粉末冶金有能耗低、近终成形、大批量制造公差小等优点[2]，所以在现代零件制备过程中被广泛应用。以大小粒径不同的铁基微粒混合的方法，经过烧结工艺后其性能不同。通过测定烧结后粉末冶金件的致密度、硬度来评定最佳的混合比，并进一步明确与粉末冶金制品性能相关的因素。

一、实验

1.实验材料与设备

本实验用的主要原料为：-80目的还原铁粉和-325目的还原铁粉，以及少量的石墨、硫磺、锌粉和润滑油。实验设备主要包括电子比重天平和HV-1000型显微硬度计。其中电子比重天平是用来测定试样密度的仪器，HV-1000型显微硬度计是用来测定试样的显微硬度的仪器。

2.实验方案

本实验的混料按表1-2中的成分含量（百分含量）配比，其中试样1、2、3为实验过程中的试样，试样4为对比试样，按表中的铁粉含量配好后在混料机中混合，混好后将材料取出。经过压制、烧结过程后对试样进行致密度检测、显微硬度检测，通过测定烧结后粉末冶金件的性能来评定最佳的混合比。

二、实验结果与分析

1.致密度实验结果与分析

通过电子比重天平的称量并测得的试样密度分别为试样1：6.220 g/cm3；试样2：6.416 g/cm3；试样3：6.318 g/cm3；试样4 ：6.267g/cm3；由实验数据可以看出， -325目铁粉的含量为24.37%的试样致密度最高，达到6.416 g/cm3 ，试样1与试样4的致密度较低，这说明当粉末的颗粒粒径较大时，颗粒之间彼此接壤，相邻颗粒之间的空隙没有更小粒径的粉体充填，使得粉末制品的致密度较低。但也并不是颗粒的粒径越小致密度就越高，试样3也恰好说明问题。

2.硬度测量结果与讨论

为了保证实验结果的可靠性，分别对试样不同位置进行五次硬度测量取平均值，并对同一试样分别进行横向与纵向硬度测量，测量结果如下表所示：

由实验数据可以看出：

（1）同一试样的横截面的硬度高于纵截面的硬度。这是由于在压坯过程中，压力不能均匀地全部传递，传到模壁的压力始终小于压制压力，即侧压力始终小于压制压力，所以试样横截面的硬度均高于纵截面的硬度。

（2）不同试样的横、纵截面的硬度比较与分析：在四个试样中，试样2的硬度值均高于其他试样，试样4的硬度值最低。随着-325目铁粉含量的增加，试样的整体硬度值也随着增加，当-325目铁粉含量达到一定值时，硬度出现最大值；随着-325目铁粉含量的继续增加，硬度值逐渐降低

三、结论

1.铁基粉末冶金制品的致密度与硬度和混合颗粒大小与比例有关。

2.当粉末的颗粒粒径较大时，相邻颗粒之间的空隙没有更小粒径的粉体充填，致密度与硬度值均较低；当颗粒的直径小到一定程度时，颗粒之间的小尺寸效应、表面效应使得颗粒之间的表面能增加，系统为了维持较低的能量而相对产生了一定的间距，同样致密度与硬度值较低。只有两者按照一定的比例混合后才能达到最佳的致密度和硬度值。

3.由于受传递压力的影响，试样横截面的硬度均高于纵截面的硬度。

参考文献：

[1]邹志强，黄伯云，杨兵.粉末冶金在国民经济和国防建设中的作用[J].粉末冶金材料科学与工程.1997，（3）： 188.

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

【作者简介】刘学（1986—），男，吉林公主岭人，吉林工业职业技术学院 助教，研究方向：焊接技术。