【摘要】：粉末冶金鐵基合金是粉末冶金工業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于汽車(chē)和機(jī)械零部件產(chǎn)業(yè)中。Cr具有良好的淬硬性,能夠提升材料的強(qiáng)度且對(duì)粉末壓縮性影響不顯著。Cr元素相對(duì)于Ni、Mo等元素成本低、資源豐富,開(kāi)發(fā)高性能低成本的含Cr鐵基粉末冶金材料一直是粉末冶金工作者的奮斗目標(biāo)和粉末冶金發(fā)展的方向之一。本文在部分?jǐn)U散預(yù)合金粉末Fe-1.75Ni-1.5Cu-0.5Mo-0.6C的基礎(chǔ)上添加不同的含Cr合金粉末,優(yōu)化添加方式與添加的Cr含量,并研究燒結(jié)工藝對(duì)材料性能的影響,探討了Fe-1.75Ni-1.5Cu-1Cr-0.5Mo-0.6C的超聲疲勞性能和行為。本文的研究為含Cr鐵基燒結(jié)材料的工業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù),具有重要的學(xué)術(shù)意義與應(yīng)用指導(dǎo)價(jià)值。主要研究成果如下:Cr的添加方式顯著影響鐵基燒結(jié)材料的力學(xué)性能。采用六種不同的添加方式添加Cr元素時(shí),添加430L不銹鋼粉時(shí)Fe-1.75Ni-1.5Cu-1Cr-0.5Mo-0.6C燒結(jié)材料的力學(xué)性能最好,添加球磨高碳微細(xì)Cr Fe粉性能次之,添加未球磨的純Cr粉時(shí)性能最差。不同的Cr含量對(duì)Fe-1.75Ni-1.5Cu-x Cr-0.5Mo-0.6C(x=0,0.5,1.0,1.5)組織性能有重要影響。添加430L不銹鋼粉時(shí),隨著鉻含量增加抗拉強(qiáng)度先增加然后下降,當(dāng)鉻含量為1.0%時(shí)抗拉強(qiáng)度最大為924MPa;硬度隨著鉻含量增加而增加,當(dāng)鉻含量為1.5%時(shí)硬度最大為32HRC;延伸率隨著鉻含量增加而降低,當(dāng)不含Cr時(shí)延伸率最大為2.5%。添加未球磨高碳Cr Fe粉時(shí),隨著鉻含量的增加抗拉強(qiáng)度先增加然后快速的下降,當(dāng)鉻含量為0.5%時(shí)抗拉強(qiáng)度最大為817MPa;硬度隨鉻含量先增加后下降,當(dāng)鉻含量為1.0%時(shí)硬度最大為31HRC;延伸率隨著鉻的含量增加而降低,當(dāng)鉻含量為1.5%時(shí)延伸率只有1.3%。不同Cr含量材料的主要組織均為珠光體、貝氏體、馬氏體的混合組織。材料的斷裂方式為韌-脆混合型斷裂,隨著鉻含量的增加韌窩逐漸減少而解理面逐漸增多。添加430L不銹鋼粉制備Fe-1.75Ni-1.5Cu-1Cr-0.5Mo-0.6C,燒結(jié)溫度對(duì)材料組織性能有重要的影響。研究發(fā)現(xiàn)在1120℃燒結(jié)時(shí)材料的性能最低,抗拉強(qiáng)度只有505MPa,燒結(jié)時(shí)材料的主要組織是珠光體組織;在1200℃與1250℃燒結(jié)時(shí)抗拉強(qiáng)度分別是872MPa和924MPa,燒結(jié)后材料的主要組織中包括珠光體、貝氏體與馬氏體。采用1250℃高溫?zé)Y(jié),還研究了冷卻速度對(duì)燒結(jié)材料性能與組織的影響。結(jié)果顯示緩慢冷卻、中速冷卻、快速冷卻對(duì)應(yīng)的抗拉強(qiáng)度分別是884MPa、924MPa、958MPa。隨著冷卻速度加快燒結(jié)延伸率逐漸下降而硬度逐漸的上升。緩慢冷卻的組織主要是細(xì)片狀珠光體與貝氏體;中速冷卻時(shí)的組織是珠光體、貝氏體與馬氏體;快速冷卻回火后時(shí)其組織包括為珠光體、貝氏體與回火馬氏體,還出現(xiàn)大量的殘余奧氏體組織,而且馬氏體的含量明顯的增多。Fe-1.75Ni-1.5Cu-1Cr-0.6Mo-0.6C燒結(jié)材料的超聲對(duì)稱(chēng)彎曲疲勞壽命S-N曲線均為連續(xù)下降的曲線�？焖倮鋮s燒結(jié)硬化試樣在105,106,107,108循環(huán)周次條件疲勞極限分別為691MPa,490MPa,347MPa和246MPa。緩慢冷卻常規(guī)燒結(jié)態(tài)試樣在105,106,107,108循環(huán)周次下的條件疲勞極限分別為576MPa,452MPa,356MPa和280MPa。高循環(huán)應(yīng)力作用下,快速冷卻燒結(jié)硬化態(tài)試樣的疲勞強(qiáng)度較高,而低循環(huán)應(yīng)力作用下緩慢冷卻常規(guī)燒結(jié)態(tài)的疲勞強(qiáng)度稍高。循環(huán)應(yīng)力的大小對(duì)材料的裂紋源萌生區(qū)域有一定的影響,在高應(yīng)力低周循環(huán)作用下疲勞源主要在表面棱角應(yīng)力集中的地方或亞表面夾雜處;在大于107周次超高周循環(huán)低應(yīng)力作用下,疲勞源主要分布在亞表面空洞集中處或內(nèi)部夾雜處。疲勞穩(wěn)定擴(kuò)展階段可以觀察到明顯的疲勞輝紋,在高應(yīng)力作用下疲勞輝紋間區(qū)較寬,隨應(yīng)力減小輝紋間距不斷的減小;瞬斷區(qū)域可以看見(jiàn)明顯的解理斷面與韌窩的形貌,高應(yīng)力下韌窩的面積較大。觀察裂紋沿試樣表面的擴(kuò)展趨勢(shì)發(fā)現(xiàn),在快速冷卻燒結(jié)硬化和緩慢冷卻常規(guī)燒結(jié)的兩種不同燒結(jié)態(tài)的Fe-1.75Ni-1.5Cu-1Cr-0.6Mo-0.6C材料中,裂紋均以穿晶擴(kuò)展為主,以沿晶開(kāi)裂為輔�？焖倮鋮s燒結(jié)硬化的材料,在不同循環(huán)應(yīng)力作用下,裂紋主要沿殘余奧氏體周?chē)幕鼗瘃R氏體與貝氏體組織擴(kuò)展。對(duì)于緩慢冷卻常規(guī)燒結(jié)的材料,在不同循環(huán)應(yīng)力作用下,裂紋擴(kuò)展沒(méi)有明顯的擇相,看以看出裂紋沿不同的組織開(kāi)裂。同時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋在珠光體組織中比較平直,在貝氏體組織中有一定的彎曲。
【圖文】：

圖 1-1 共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(CCT)[32]Fig.1-1 CCT-curve of eutectoid steel[32]料冷卻速率的因素包括馬氏體相變起始溫度、料中常加入 0.25%-1.0%Mn，，以增加普通鐵基

燒結(jié)工藝如圖2-2 所示的三條工藝曲線，只是在 900℃-950℃保溫半小時(shí)后推入水冷套的冷卻速率不同，其它工藝不變。緩慢冷卻的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)在試樣上覆蓋較厚的氧化鋁粉末，然后以比較慢的速度推入冷水套中，稱(chēng)為慢速冷卻工藝，冷卻速率為 0.3℃/s-0.5℃/s.；快速冷卻燒結(jié)硬化過(guò)程中，試樣表面不覆蓋氧化鋁粉末而是在燒結(jié)皿上加薄的氧化鋁板蓋，由于
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TF125

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2693731