鐵基粉末冶金常見的合金元素有哪些?
以鐵粉或合金鋼粉為主要原料,采用粉末冶金工藝制造的結構零件。對這類零件的要求是要有足夠好的力學性能、耐磨性,較好的機械加工性能,有時還要有耐熱和耐蝕性能。粉末冶金鐵基零件廣泛應用于國民經濟各領域。特別是汽車行業,發達國家粉末冶金鐵基零件的60%~70%用于汽車,如凸輪軸、排氣門座、水泵葉輪及各類齒輪。
鐵基粉末冶金種常見的合金元素有哪些?
鐵基粉末冶金材料中,合金元素起著重要的作用。除了C以外,Cu元素是使用最廣的合金元素,此外,還有Ni和Mo等合金元素也起著強化材料性能的作用。Ni作為可以減小Cu的膨脹作用的元素,被認為是有益元素。它能夠提供高的強度、高的韌性和良好的淬透性、高電阻、高的耐腐蝕性。在通常的燒結溫度下,絕大部分Ni與Fe只能進行固態擴散,且Ni在Fe基體中擴散速率遠低于C、Cu、Mo等主要合金元素,導致Ni在奧氏體中分布不均,而Ni元素作為作為一種強烈的奧氏體穩定化元素,一方面能減緩珠光體的轉變,起到細化珠光體和增加珠光體含量的作用;另一方面在冷卻過程中含鎳燒結鋼中會產生復雜的富鎳組織,對性能有極大的影響。即便淬火處理后,富Ni區仍然為奧氏體,富鎳組織通常夠強化基體并保持一定的韌性和延展性。很多情況下,通常將Cu和Ni復合添加能獲得最佳的綜合力學性能。
選擇熱處理工藝來提高燒結鋼的強度時,C含量是最關鍵的變量。C含量由添加到粉末混合物中石墨和燒結過程中的氣氛控制的,通過影響顯微組織中各相的含量來影響材料的宏觀性能,對于Fe-C成分合金來說,一般在碳含量在0.8wt. %時強度達到最大值,含量過高時會在晶界處和孔隙處形成網狀碳化物,引起明顯的脆化效果。
Mo可以極大提高燒結鋼的淬透性,是Fe基粉末冶金材料中最常用的固溶強化元素,主要通過溶入鐵素體或代替滲鐵體中的部分Fe原子形成合金滲碳體,起到細化珠光體組織和彌散強化效果。Mo還可以促進貝氏體相變提高拉伸強度。
在粉末冶金材料中加入Cu可以起到固溶強化作用,增加材料燒結后的表觀硬度和抗拉強度,同時,往往利用其在燒結時的脹大來平衡 Ni的收縮,以使材料達到零脹大、公差精密及高強度;為提高淬透性,Cu往往和預合金化粉末一起用于燒結硬化。但會導致沖擊韌性一定程度的下降。Cu可以在常規燒結溫度下形成液相,可以攜帶其他合金元素快速填充孔隙,提高合金元素均勻性和燒結密度。熱處理后,Cu也增加表面硬度,但因其產生的脆化效果會降低材料韌性和強度。Cu含量過高時會降低零件尺寸的精度。
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