[发明专利]一种新型碳化物颗粒增强铁基粉末冶金材料

说明书

一种新型碳化物颗粒增强铁基粉末冶金材料，将石墨粉添加到包含Fe‑40%V、Fe‑60%Mo和Fe‑57%Cr合金的物化铁粉中，以硬脂酸锌作为润滑剂进行球磨混合，然后压制、真空烧结。随着烧结温度的提高，碳化物由块状M6C碳化物向针状M2C碳化物转变；材料的相对密度和硬度先升后降，硬度在1270℃时达到最大，抗弯强度和冲击韧度在1240℃时最高；在晶界上呈半连续网状分布的针状碳化物脆性大，降低了材料的力学性能。高温退火能有效消除晶界上半连续网状分布的针状碳化物，使其分解、球化，从而显著提高材料的性能；其中密度略有提高，硬度、抗弯强度和冲击韧度分别提高了11.8%，20.8%和72.7%。

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种新型碳化物颗粒增强铁基粉末冶金材料。

背景技术

颗粒增强铁基粉末冶金材料能将增强体的高强度、高硬度、耐磨性和基体的韧性结合起来，适合在服役条件差（如使用温度高、润滑性差等）的环境中使用，是一种比较理想的、发展潜力很大的新材料。在这类材料中，往往添加一些强的碳化物形成元素，如铬、钼、钒、钨等，从而在材料组织中形成大量碳化物强化颗粒，有利于提高材料的力学性能和耐磨性，但同时也会使材料的压制性能和烧结性能变差，致密化困难，从而使材料性能下降。熔渗工艺可以有效提高材料的密度和性能。

采用烧结和退火工艺可以制备具有高强度、高硬度的碳化物颗粒强化铁基粉末冶金材料， 用于大功率发动机新型顶置凸轮轴结构中与凸轮直接接触的间隙调整片。

发明内容

本发明的目的是为了改善铁基粉末冶金材料的力学性能和耐磨性，设计了一种采用碳化物颗粒增强铁基粉末冶金材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

碳化物颗粒增强铁基粉末冶金材料的制备原料包括：Fe-40%V（质量分数，下同）、Fe-60%Mo和Fe-57%Cr合金粉，其添加量分别为5%，18%，8%，其粒径均小于75μm。此外，还添加了1.5%的石墨粉，其粒径小于75μm，其余为雾化铁粉，其粒径小于50μm。以0.5%硬脂酸锌作为润滑剂。

碳化物颗粒增强铁基粉末冶金材料的制备步骤为：进行滚动球磨混合，然后压制成尺寸为30mmX12mmX6mm和55mmX12mmX12mm的试样，压制压力为300-500MPa。然后采用真空烧结，烧结温度为1150℃，1180℃，1210℃，1240℃，1270℃，1300℃，保温时间为1-2h。将1270℃真空烧结后的材料在1200℃高温退火，保温时间为6h。用阿基米德排水法测试样的密度；采用D/MAX-RA型X射线衍射仪（XRD）进行物相分析；采用F1-M3型光学显微镜和Sirion200型场发射扫描电镜（SEM）观察显微组织，腐蚀液为硝酸溶液；采用A-200型硬度计测材料的表观硬度；采用LJ-3000A型机械试验机测力学性能，抗弯强度试样尺寸为30mmX12mmX6mm，冲击韧度试样尺寸为55mmX12mmX12mm。

本发明的有益效果是：

随着烧结温度的提高，碳化物由块状M6C碳化物向针状M2C碳化物转变；材料的相对密度和硬度先升后降，硬度在1270℃时达到最大，抗弯强度和冲击韧度在1240℃时最高；在晶界上呈半连续网状分布的针状碳化物脆性大，降低了材料的力学性能。高温退火能有效消除晶界上半连续网状分布的针状碳化物，使其分解、球化，从而显著提高材料的性能；其中密度略有提高，硬度、抗弯强度和冲击韧度分别提高了11.8%，20.8%和72.7%。

具体实施方式

实施案例1：