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摘要:本文研究了相同合金成分的铁粉的强度、硬度、冲击韧性、尺寸变化率等性能，讨论了同生坯密度下扩散型合金钢粉的性能优势。
关键词:扩散型合金钢粉，尺寸变化率，力学性能，稳定性
1 前言
扩散型合金钢粉主要用于制造高密度、高强度、高淬透性零件。其主要特点为：合金元素的颗粒粘结到铁粉表面能减少隆起或团聚，合金元素在粉末压坯中分布均匀，避免了因成分偏析造成的制品之间具有不同的化学成分，提高了烧结件的尺寸一致性，能保持精密尺寸公差，便于获得显微结构均匀的铁基合金产品；保持了铁粉的较高的压缩性[1]，这对于用压制-烧结法制造高密度高强度零件尤为重要。
2试验
按照配方： 铁（余量）+1.55%铜粉+1.75%镍粉+0.5%钼，生产制备三种粉末。
纯混合粉末：把铜、镍、钼按比例与纯水雾化铁粉充分混合，得到混合铁粉。
部分混合粉末：把钼含量为0.5%的预合金钢粉按上述配方添加镍、铜，充分混合制备部分混合粉末。
扩散型铁粉：把部分混合的粉末在带式还原炉进行扩散处理，扩散处理后的铁粉进行破碎，分级，筛分后得到扩散合金粉。
测试三种粉末的物理化学性能，在三种粉末中加入0.5%的石墨和0.7%润滑剂，压制相同的生坯密度7.00g/cm3，制的抗拉强度试样、冲击试样、横向断裂试验，在1120℃，烧结30min，测试三种粉末的性能。
3结果与讨论
3.1 三种粉末的化学成分
表1为三种粉末的化学成分。试验中检测三种粉末的合金成分时，测试了三个不同样品。从结果看，纯混合粉和部分混合粉的合金成分都有不同程度的波动，而扩散合金粉的成分相对稳定。
表1 化学成分
化学成分wt，% | Cu | Ni | Mo |
纯混合粉 | 1.525/1.491/1.597 | 1.787/1.792/1.721 | 0.502/0.538/0.449 |
部分混合粉 | 1.478/1.549/1.554 | 1.793/1.731/1.711 | 0.517/0.492/0.511 |
扩散合金粉 | 1.541/1.527/1.536 | 1.728/1.722/1.725 | 0.503/0.498/0.507 |
3.2三种粉末的性能比较
3.2.1尺寸变化率
三种粉末的尺寸变化率见表2。纯混合粉烧结后尺寸最大，扩散合金粉的烧结尺寸最小且相对稳定。扩散合金粉小的尺寸变化率，使其在尺寸精度较高的零件中更具优势，适用于生产大结构件和结构复杂的零件。
表2 尺寸变化率 | ||||
名称 | 编号 | 模腔长度（mm） | 烧结坯长度（mm） | 尺寸变化率(‰) |
纯混合粉 | 1 | 89.72 | 90.12 | 4.46 |
2 | 89.72 | 90.14 | 4.68 | |
3 | 89.72 | 90.14 | 4.68 | |
4 | 89.72 | 90.10 | 4.24 | |
5 | 89.72 | 90.12 | 4.46 | |
6 | 89.72 | 90.12 | 4.46 | |
部分混合粉 | 1 | 89.72 | 90.06 | 3.79 |
2 | 89.72 | 90.06 | 3.79 | |
3 | 89.72 | 90.08 | 4.01 | |
4 | 89.72 | 90.08 | 4.01 | |
5 | 89.72 | 90.06 | 3.79 | |
6 | 89.72 | 90.06 | 3.79 | |
扩散合金粉 | 1 | 89.72 | 89.93 | 2.34 |
2 | 89.72 | 89.93 | 2.34 | |
3 | 89.72 | 89.93 | 2.34 | |
4 | 89.72 | 89.92 | 2.23 | |
5 | 89.72 | 89.92 | 2.23 | |
6 | 89.72 | 89.93 | 2.34 | |
3.2.2烧结力学性能
三种粉末烧结后的性能抗拉强度、屈服强度、冲击功、硬度、横向断裂强度，见表3。从表中看出，扩散合金粉的总体性能要高于部分混合粉和纯混合粉的性能，且波动较小。这是因为扩散合金粉在扩散处理过程中，部分合金于铁粉基体粘结，在铁粉表面形成一层极薄的扩散层[1]，这使扩散合金粉不仅可以保持基体铁粉原有的高压缩性，且在后续的烧结过程中扩散粉中的合金更易进入铁粉基体，从而提高粉末的强度。扩散合金粉的高强度使其比纯混合粉更适用于高强度高密度结构件。
表3 烧结性能 | ||||||
名称 | 序号 | 抗拉强度（MPa） | 屈服强度（MPa） | 冲击功 （J） | 硬度（HRB） | 横向断裂强度（MPa） |
纯混合粉 | 1 | 471.70 | 385.74 | 13.50 | 79.60 | 1104.16 |
2 | 470.36 | 376.10 | 12.50 | 79.20 | 1057.33 | |
3 | 488.23 | 371.38 | 14.70 | 78.50 | 1094.31 | |
4 | 464.04 | 381.18 | 12.30 | 79.00 | 1075.83 | |
5 | 497.89 | 352.96 | 13.00 | 77.00 | 1086.64 | |
6 | 475.27 | 361.15 | 12.50 | 78.00 | 1101.34 | |
平均值 | 477.91 | 371.42 | 13.08 | 78.55 | 1086.60 | |
部分混合粉 | 1 | 467.27 | 381.52 | 13.00 | 80.30 | 1059.93 |
2 | 487.62 | 380.13 | 12.00 | 80.50 | 1127.36 | |
3 | 516.30 | 370.63 | 11.90 | 79.90 | 1068.53 | |
4 | 502.69 | 399.58 | 13.00 | 81.00 | 987.38 | |
5 | 487.69 | 350.56 | 13.70 | 80.50 | 1150.87 | |
6 | 484.63 | 408.68 | 11.30 | 80.50 | 1141.06 | |
平均值 | 491.03 | 381.85 | 12.48 | 80.45 | 1089.19 | |
扩散合金粉 | 1 | 540.51 | 398.76 | 14.20 | 81.20 | 1160.88 |
2 | 534.24 | 385.46 | 14.50 | 81.00 | 1121.75 | |
3 | 545.31 | 401.84 | 15.00 | 80.60 | 1155.74 | |
4 | 556.04 | 391.97 | 15.20 | 81.00 | 1135.45 | |
5 | 528.43 | 414.58 | 14.30 | 81.50 | 1111.28 | |
6 | 538.39 | 406.98 | 15.00 | 81.00 | 1186.83 | |
平均值 | 540.49 | 399.93 | 14.70 | 81.05 | 1145.32 | |
4结论
扩散合金粉的尺寸变化率比纯混合粉小，适用于尺寸精度要求高的零件。
扩散合金粉的抗拉强度、屈服强度、冲击功、硬度、横向断裂强度匀优于纯混合和部分混合的铁粉。
扩散合金粉的成分均匀，力学性能稳定。
参考文献
[1]崔建民 李松林 袁勇.钢铁粉末[M].长沙：中南大学出版社，2012.
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