比较Fe-Cu-5X(Ni、Mo、W、Cr)-C试样渗铜前后的组织形貌,可以看出渗铜工艺对粉末钢的组织转变影响较大:

(1)孔隙数目减少,孔隙变得圆滑;

(2)组织较为平均,颗粒变得较规则,且大小比较平均;

(3)组织形貌接近相同成分的致密钢。这显然是因为铜促进合金元素扩散的结果。浅色孤立区镍含量较高,分布不平均,组织也较为复杂:边沿为针状组织,显微硬度650450HV0.01,为马氏体和贝氏体;中央镍谱线泛起峰值,该区域的硬度值很低(132HV0.01),为固溶于Fe中的富镍奥氏体。

汽车发念头用的排气门座是配气机构的一个相称重要的零件,它与气门共同完成对气缸的密封作用。

 为服役前提恶劣,其机能要求很高:即要耐磨、耐氧化和耐侵蚀,又要保持高温硬度和强度。海内外的研究也多集中在熔渗铜工艺对材料力学机能的影响上[1,2],对组织的影响很少报道。自用烧结材料替换传统铸锻合金以来,烧结排气门座的电炉工艺和材料日趋成熟。

本研究采用纯金属粉混制的高合金烧结钢,考察熔渗铜对其组织的影响,以期对实际出产提供一些有益的指导。用相同方法分析其它合金的组织,结果见表1。而海内很多中、小型厂家通常达不到这种出产前提,那么如何利用现有的设备出产出高机能的排气门座?本研究证实:在常规的烧结温度(1150℃以下),通过熔渗铜处理即可实现。

铜熔渗铁基合金时,固然铜在γ-Fe中的溶解度很小,但液相的铜会在铁及其它合金颗粒表面上形成所谓的“载体相”,该相成为物质迁移的载体,并通过溶解—析出机制,使合金元素平均分布于基体上。所以渗铜后的组织变化首先是孔隙度减少了。

研究出产的粉末冶金排气门座以纯金属粉混制,烧结温度1120℃,熔渗温度1120℃。从渗铜的机理来解释:当烧结温度超过铜的熔点1083℃时,铜变为液体,因为铜对铁有良好的浸润性,在毛细管力的作用下,迅速沿铁粉颗粒表面浸透,包裹在铁粉颗粒表面并向颗粒内部扩散溶解,形成含8%铜的γ固溶体,而多余的铜则填充孔隙。一般以为,熔渗主要是液相铜填充烧结材料内部孔隙的过程,它可以进步材料的密度,从而改善材料的力学机能。由图5可知,基体镍的分布是不平均的,泛起富镍区和贫镍区。

Fe-Cu-5Ni-C合金烧结态及熔渗铜后的金相组织(2%的硝酸酒精浸蚀)(a)烧结×200(b)熔渗铜×200

Fe-Cu-5Mo-C合金烧结态及熔渗铜后的金相组织(2%的硝酸酒精浸蚀)(a)烧结×300(b)熔渗铜×300

Fe-Cu-5Cr-C合金烧结态及熔渗铜后的金相组织(2%的硝酸酒精浸蚀)(a)烧结×200(b)熔渗铜×200

4Fe-Cu-5W-C合金烧结态及熔渗铜后的金相组织(2%的硝酸酒精浸蚀)(a)烧结×200 (b)熔渗铜×200

 在固相烧结时扩散速度缓慢,在常规的烧结温度和时间内很难达到平均,于是基体不同区域里镍的浓度不同,试样在烧结炉的水套冷却带冷却时,不同成分的区域将按不同的机制发生转变,所以泛起了上述复杂组织。

(b)为Fe-Cu-5Ni-C合金熔渗铜后的显微组织。图6为Fe-Cu-5Ni-C试样渗铜后显微组织及相应区域的镍元素的面分布图,可以看到镍在整个基体上分布较平均,富镍区和贫镍区的含量差别不大。

为FM-03烧结排气门座熔渗铜后的显微组织,从整体来看组织较平均,基体除了少量的珠光体以外,全部为针状组织(600～700HV0.01),另外还有白色块状的未溶碳化物(1095HV0.01)以及弥散的硬质颗粒(1320HV0.01)。制品硬度93HRB。国外一般采用真空炉、箱式电炉、高温液相烧结[5]。

试验结果与分析

Fe-Cu-5X(Ni、Mo、Cr、W)-C合金烧结4h和熔渗铜后的金相组织a)示烧结态Fe-Cu-5Ni-C合金的组织组成物有:浅色孤立区(上有孔隙);粗细不平均的片层状珠光体和沿其边沿分布的网状铁素体。

用2%硝酸酒精腐蚀抛光试样,在OLYPUS金相显微镜下观察金相组织,用能谱仪对试样进行微区成分分析,用A-100型洛氏硬度计丈量试样表观硬度,用HX-1000型显微硬度计丈量显微硬度。

在开发和研制粉末冶金排气门座时发现:在铁基粉末冶金材料中熔渗铜可以促进合金元素的扩散,从而使材料的合金化程度得到改善。

实验方法

 e-C-Cu为基粉(其中C和Cu的质量分数分别为1.2%和5%),分别加入质量分数为5%的镍、钼、钨、铬粉,用V型混料机混粉后压制成Φ23×6的试样,在推杆式烧结炉中烧结试样,烧结温度1120℃,保温4h,熔渗温度1120℃,保护气氛为分解氨,在水套冷却带中冷却。从五十年代以来,该工艺逐渐为人们所熟悉,应用范围日益扩大，用铜和铜合金熔渗铁基合金,是制造高强度烧结结构零件的一个有效方法。