含Fe-Mo-B预合金粉铁基合金的温压成形与液相烧结

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2006.05.028 第28卷第5期 北京科技大学学报 Vol.28 No.5 2006年5月 Journal of University of Sclence and Technology Beijing May 2006 含Fe-Mo-B预合金粉铁基合金的 温压成形与液相烧结 李艳萍12)胡学晟2》果世驹2) 1)安泰科技股份有限公司.北京1000812)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 精要研究了含Fe-Mo-B预合金粉的铁基合金的温压和液相烧结行为，分析了成形温度和压 制压力对压坯密度的影响，对比了不同Fe-Mo-B预合金粉含量下烧结前后试样的密度和显微组 织.结果表明：与常温成形相比，温压能够明显提高压坯德度，在120℃时含10%和15.4%Fe-Mo -B预合金粉的压坯密度分别提高0.34g°cm3和0.32g°cm3;混合粉中加入一定量的Fe-Mo-B 预合金粉，压坯烧结时可形成液相烧结，促进材料的致密化，密度最大可达7.49gcm3,其相对密 度为97.74%，并可获得典型的贝氏体组织. 关键词铁基合金；温压成型：液相烧结；预合金粉 分类号TF124.5 温压成形(Warm Compaction,.简称WC)是在 <0.05%;Si,<0.04%;粒度，<147um;北京钢 传统粉末冶金工艺基础上改进而来的12】.其工 铁研究总院生产的Fe-Mo-B预合金粉(15% 艺过程是将混有温压专用润滑剂（或粘结剂）的粉 Mo,3.25%B,其余Fe)粒度<61am;山东南墅石 末加热至110~140℃左右，然后在加热到同样温 墨厂生产的鳞片石墨粉（粒度<75μm),通过计 度的模具里压制成形.实验证明，温压技术对铁、 算，按照以下成分要求配粉：石墨的含其均为 铜、铝粉的成形是非常有效的，压坯密度均比常规 0.8%;Fe-Mo-B预合金粉（以下简称为Fe-Mo- 成形高，且铁基生坯密度可提高0.15~0.30g· B)的含其分别为0,3.3%，10.0%，15.4%， cm3.与传统的一次压制-结、粉末锻造等工艺 24.6%;混合粉中均混入0.2%的EBS蜡（内润滑 相比，该工艺具有优异的性价比，同时还能降低压 剂，为蜡状固体，平均粒径6μm).采用温压成形 制压力和脱模力，从而提高模具寿命，降低成本. 工艺并配合静电模壁润滑，将混合粉压制成10 液相烧结3)是粉末治金工艺中活化烧结的 mm×6mm的试样.在管式氢气炉中进行烧结， 一种常用方法，烧结时形成液相，可有效提高烧结 烧结温度为1200℃，保温时间为60min.然后以 件的综合性能 2℃·s的冷却速度快速冷却到室温 目前，温压、烧结工艺的研究重点主要集中在 用精度为0.0001g的精密天平测址压坯烧 纯铁粉或铁与其他元素的混和粉，对含硬质颗粒 结前后的质量变化，用排水法测量烧结件的密度， 合金粉的温压和烧结研究较少，本文综合考虑了 在英国剑桥S-250MK3扫描电镜(SEM)下观察 温压压制过程和液相烧结的影响，研究了含有 其显微组织并进行能谱分析 Fe-Mo-B预合金粉（硬质颗粒）的铁基合金粉的 2结果与分析 温压和液相烧结行为. 2.1不同成形温度下压坯密度的变化 1实验 Fe-Mo-B含量分别为10.0%和15.4%的合 主要原料为鞍钢粉材厂生产的水雾化铁粉， 金粉在实验温度下的密度变化如图1所示.模具 其成分（质量分数，下同）为：O2,<0.10%;C, 加热温度110℃，压制压力800MPa,采用模壁润 滑，从图1中可以看出，两种粉体温压成形时的 收精日期：2005-02-22作回日期：2005-1103 压坯密度均明显高于常温成形.在温压情况下两 基金项目：国家“863"计划资助项目(No.2001AA337010) 条曲线有相同的走向，在120℃时压坯密度达到 作者简介：李艳萍(1977一)，女，硕士 峰值，10.0%和15.4%Fe-Mo-B的压坯密度峰

第 2 8 尝 第 5 期 2 0 6 年 5 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l ro U n i v e rs i t y o f Sc i e n e e a n d T e c h n o l理口 eB Ui雌 V 0 1 . 2 8 N o . 5 M a y 2 0 0 6 含 F e 一 M O 一 B 预合金粉铁基合金 的 温压成形与液相烧结 李艳 萍` , 2) 胡学 最2) 果世 驹 2) l) 安泰科技股份有限公司 , 北 京 10 0 0 81 2 ) 北京科技大学材料科学与工程学院 , 北京 1 0 00 83 摘 要 研究了含 eF 一 M 。 一 B 预合金粉的铁基合金 的温压 和液 相烧 结行 为 . 分析 了成形温度 和压 制压力 对压坯密度 的影响 , 对 比 了不同 F e 一 M O 一 B 预合金粉 含量下烧结前 后试样 的密度和显 微组 织 . 结果表 明 : 与常温成形 相比 , 温压能够 明显提高压坯密度 , 在 12 0 ℃ 时含 10 % 和 1 5 . 4 % F e 一 M 。 一 B 预合金粉 的压坯密度分别提高 o . 34 ’g 。 m 一 3和 0 . 32 ’g 。 m 一 3 ; 混合粉中加入 一 定量的 F e 一 M 。 一 B 预合金 粉 , 压坯烧结时可形成液相烧结 , 促进材料 的致 密化 , 密度最大可达 7 . 49 9 · c m 一 3 , 其 相对密 度 为 9 7 . 7 4 % , 并可获得典 型的 贝氏体组织 . 关桩词 铁 基合金 ; 温压成型 ; 液 相烧结 ; 预合金粉 分类号 T F 1 24 . 5 温压成形 ( w a r m oC m p a e t i o n , 简称 w C )是 在 传统粉末冶金 工 艺基 础 上改进 而 来的〔`一 其工 艺过 程是将混有温 压专用 润滑剂 (或粘结剂 )的粉 末加热至 1 10 一 1 4 0 ℃ 左 右 , 然后 在加热 到 同样 温 度的模具 里压 制成形 . 实 验证明 , 温 压技术对铁 、 铜 、 铝粉的成形是非常有效的 , 压坯 密度均 比常规 成形高 , 且 铁基 生 坯 密度 可提高 0 . 15 一 0 · 30 ’g c m 一 3 . 与传统 的一 次压制一爆吉 、 粉末锻造 等工 艺 相 比 , 该工 艺具有优异的性价比 , 同时还能 降低 压 制压力 和脱模力 , 从而 提高模具 寿命 , 降低成本 . 液相烧结〔3 〕是 粉末 冶 金 工 艺 中活 化烧结 的 一 种常用方 法 , 烧结时形成液相 , 可有效提高烧结 件的综合性能 . 目前 , 温 压 、 烧结工 艺的研究 重点主要集中在 纯铁粉或铁与其他元 素的混 和 粉 , 对 含硬 质颗 粒 合金 粉的温 压和烧结研 究较少 . 本文综 合考虑 了 温 压 压 制过 程 和 液相烧 结 的影 响 , 研 究 了 含 有 F e 一 M 。 一 B预合金粉 (硬 质颗 粒 ) 的铁 基 合金 粉的 温压 和液相烧结行为 . < 0 . 0 5 % ; 5 1 , < 0 . 0 4 % ; 粒 度 , < 1 4 7 拌m ; 北 京钢 铁研 究 总 院生 产 的 F e 一 M o 一 B 预 合金 粉 ( 巧 % M o , 3 . 2 5 % B , 其余 F e )粒 度 < 6 1 拌m ; 山东南墅 石 墨厂 生产的鳞 片石 墨 粉 (粒 度 < 75 拜m ) . 通过 计 算 , 按 照 以 下 成 分 要 求 配 粉 : 石 墨 的含 量 均 为 0 . 8 % ; eF 一 M o 一 B 预合金粉 ( 以 下简称为 F e 一 M 。 一 B ) 的 含 量 分 别 为 0 , 3 . 3 % , 10 . 0 % , 15 . 4 % , 2 4 . 6 % ; 混 合粉中均混入 0 . 2 % 的 E B S 蜡 ( 内润 滑 剂 , 为蜡状 固体 , 平均 粒径 6 拜m ) . 采用温 压 成形 工 艺并配 合静电模 壁 润 滑 , 将混 合粉压 制成 争10 m m x 6 m m 的试 样 . 在管式氢气炉 中进 行烧结 , 烧结温 度 为1 2 0 0 ℃ , 保温 时间为 60 m in . 然后 以 2 ℃ · s 一 ’ 的冷却速度快速冷却到 室温 . 用精度 为 0 . 0 0 0 1 9 的精 密天 平测 量 压 坯 烧 结前后 的质量 变化 , 用排水法测 量烧结件的密度 , 在英 国剑桥 S 一 25 0 M K 3 扫 描 电镜 ( S E M ) 下观 察 其显微组 织并进行能谱分析 . 1 实验 主要原 料为鞍 钢粉材 厂 生产 的 水雾 化铁 粉 , 其成 分 ( 质 量 分 数 , 下 同 ) 为 : q , < 0 . 10 % ; C, 收稿 B期 : 2 0 0 5一 2 一 2 2 修回 B期 : 2 0 0 5 一 1 1习 3 荃金项 目 : 国家 “ 5 6 3 ” 计划资助项 目 ( N o . 2 0 0 1 A A 3 3 7 0 l o ) 作者蔺介 : 李艳萍 ( 19 7 一 ) , 女 , 硕 士 2 结果与分析 2 . 1 不 同成形温度下 压坯密度的变化 F e 一 M o 一B 含量分 别为 ro . 0 % 和 巧 . 4 % 的合 金粉在实验温度 下的密 度变化如 图 1 所 示 . 模具 加热温度 1 10 ℃ , 压制压 力 80 0 M aP , 采 用模壁 润 滑 . 从 图 1 中可 以 看出 , 两种粉体温 压成形 时的 压坯 密度均明显高于常温 成形 . 在温 压情况 下 两 条 曲线有相同 的走 向 , 在 12 0 ℃ 时压 坯 密度达 到 峰 值 , 10 . 0 % 和 15 . 4 % F e 一 M 。 一 B 的压 坯 密度峰 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2006. 05. 028

Vol.28 No.5 李艳萍等：含F-Mo一B预合金粉铁基合金的温压成形与液相烧结 ·441· 值分别为7.48g·cm3和7.42g·cm3,比室温成 升高，达到峰值后下降.Fe-Mo-B含壁低于 形压坯密度分别提高0.34g·cm3和0.32 10.0%时，烧结件密度低于压坯密度；Fe-Mo-B g·cm3.对于含Fe-Mo-B的铁基合金粉，温压 含量高于10.0%后，烧结件密度明显大于压坯密 压制时，压坯密度对粉末温度变化并不敏感，这将 度.15.4%Fe-Mo-B压坯密度为7.27g°cm3, 更有利于温压工艺的推广， 相对密度为94.87%；烧结试样密度为7.49 7.5m gcm3,相对密度达97.74%.出现这种现象可 7.4 能的原因为：一方面，由于Fe-Mo-B预合金粉会 (个 7.3 使压坯密度随其含量的提高而降低，另一方面， 2 Fe-B-C系在1097℃时发生三元反应[4]Fe+ ●-10%Fe-Mo-B 7.0 FezB+FeC=L(形成液相)，在晶界处形成的液 ◆-15.4%Fe-Mo-B 6.9 相将为铁原子提供扩散快速通道，促进烧结致密 6.8 化；硼含址增加，液相增多，液相的作用更为显著， 6.16 20 406080100120140160 烧结后密度提高幅度加大， 成型温度/℃ 98.0 图1压坯密度-温度曲线 97.5 口烧结前 Fig.1 Effect of pressing temperature on the green density 97.0 四烧结后 96.5 2.2压制压力对含Fe-M0-B压坯密度的形响 6.0h 95.5 图2为含10.0%Fe-Mo-B的合金粉常温压 195.0 制与经120℃温压压制（模璧润滑）后压坯密度随 94.5 压制压力的变化曲线.由曲线可知，随着压制压 94.0 93.5 力的增大，压坯密度先有较快提高，后变化趋于平 93.0 缓，所不同的是相同压制压力下温压压坯密度明 92.5 92.0 显高于常温压制压坯密度.观察高压制压力(900 试样 MPa)下压坯表面形貌，发现常温压坯表面出现层 A-0%Fe-Mo-B:B-3.3%Fe-Mo-B;C-10.0%Fe-Mo- 裂，光洁度较差，而温压试样则表面较光洁且未见 B:D-15.4%Fe-Mo-B;E-24.6%Fe-Mo-B 裂纹 图3不同Fe-Mo一B含量试样烧结前后相对密度对比 7.5 Fig.3 Contrast of the relative density of samples with different amounts of Fe-Mo-B pre-alloyed powder before and after sinter 7.4 ing 73 号 2.4烧结体成分分布 72 为考察液相烧结的效果以及材料组织的变化 7.1 过程，图4为Fe-Mo-B含量为15.4%的试样的 。常温压制 液相分布照片.实验工艺为：120℃下温压、1200 -0-120℃温乐乐制 ℃烧结后以2℃·s1的冷却速度直接快速冷却到 6.9 ◆ 室温.其中图4(a)是得到的扫描电镜二次电子照 6 500 600 700800 片，图4(b)是在同一视场以相同放大倍数获得的 压制压力MPa 背散射照片. 围2压坯密度随压制压力变化曲线 由能谱分析可知：亮白色的小颗粒富含钼；灰 Flg.2 Effect of pressure on the green density 白色的铁含址很高，钼的含其相对比较高；基体即 2.3不同成分下的压还及烧结试样密度的变化 暗处的铁含址很高，钼含量很低，由分析推断可 图3所示为Fe-Mo-B的含量分别为0%， 知，灰色区为来不及扩散的液相冷却下来所得的 3.3%,10%,15.4%,24.6%的合金粉在120℃下 组织，其中不仅有铁、钼，还应该有硼（由于硼原子 温压的压坯密度及烧结后试样的密度.可以看 序数小于11，在目前所用的电子显微镜能谱分析 到，压坯密度随着Fe-Mo-B含其的增加而减小. 中无法定其分析)，烧结过程中，硼与铁、碳发生反 烧结后密度随Fe-Mo-B含址增加先略有降低后 应，形成液相.由于钼熔点高，雅于均匀化，偏聚

V o l 。 2 8 N o 。 5 李艳萍等 : 含 Fe 一M O 一 B 预 合金粉铁 垂合金的温压成形与液相烧结 值分别为 7 . 4 5 9 · c m 一 3 和 7 . 4 2 9 · 。m 一 3 , 比室 温 成 形 压 坯 密 度 分 别 提 高 0 . 34 9 · 。 m 一 3 和 0 . 32 ’g 。 m 一 3 . 对于含 F e 一 M 。 一 B 的铁基 合金 粉 , 温 压 压制时 , 压 坯 密度对 粉末温 度变化并不 敏感 , 这 将 更有利于温 压工艺的推广 . 7 . 5 7 . 4 7 . 3 ~ 10% F e 一 M O一 B ~ 1 5 . 4% F e 一 M o 一 B 犷侧脚均田í已?的 20 4 0 6 0 8 0 100 12 0 14 0 16 0 升高 , 达 到 峰值 后 下 降 . F e 一 M o 一 B 含 量 低 于 10 . 0 % 时 , 烧结件密度低 于 压 坯 密度 ; F e 一 M 。 一 B 含量高于 10 . 0 % 后 , 烧结件密度明显 大于 压坯 密 度 . 15 . 4 % F e 一 M o 一B 压 坯密度为 7 . 2 7 9 · c m 一 3 , 相对 密 度 为 9 4 . 87 % ; 烧 结 试 样 密 度 为 7 . 49 g · 。 m 一 3 , 相对 密度达 97 . 74 % . 出现 这 种现 象可 能的原因 为 : 一方 面 , 由于 F e 一 M 。 一 B 预 合金粉会 使压坯 密度随其含量 的提高而 降低 . 另一 方 面 , F e 一 B 一 C 系在 1 0 9 7 ℃ 时 发 生 三 元 反 应 [ 4 ] F e + F eZ B 十 F e3 C 二 L (形 成液相 ) , 在 晶界 处 形 成的液 相将为铁原 子提 供扩散快速 通道 , 促进 烧结致 密 化 ; 硼 含量增加 , 液相增多 , 液相的作用 更为显著 , 烧结后 密度提高幅度加大 . 针以叭解门叶J | 几 补刀 ,户 7 才矛06 成型温度 /℃ 0 护J ǎU `、八曰nU尸, `.- … 乙孟O八,内OUz a、J. g n八, ,O户 9 0 矛 O 图 l 压坯 密度 一 沮度曲线 F ig . l E fh 沈 t o f P r 巴劝 i雌 t e m详伪 t u er on th e g n沈 n 血. i t y 栩翘友年芝 ùù、 n ù八曰尸、 . … 内丙`、 `ù, g C , 9 2 . 2 压制压 力对含 eF 一M O 一B 压坯 密度的影响 图 2 为含 10 . 0 % F e 一 M O 一 B 的合金粉常温 压 制与经 12 0 ℃ 温压 压制 (模璧润 滑 )后 压 坯 密度随 压制压 力 的变化 曲线 . 由曲线可知 , 随着 压制压 力的增大 , 压 坯密度先有较快提高 , 后变化趋 于平 缓 , 所不 同的是 相 同压 制压 力 下 温 压 压 坯密度 明 显高于 常温 压制压 坯密度 . 观 察高压制压 力 ( 9 0 0 M P a )下压 坯表面 形貌 , 发现常温 压 坯表面 出现 层 裂 , 光 洁度较差 , 而 温压 试 样则表面 较光 洁且未见 裂纹 . 9 4 . 5 9 4 0 ) ~ - ,一 . . . . . . . 0 - ~ 月 . . . . . . . . . ~ . 试样 A 一0 % F e 一 M o 一 B ; B一3 . 3 % F e 一 M o 一 B ; C一 10 . 0 % F e 一 M o 一 B ; 】} 一 1 5 . 4 % F e 一 M o 一 B ; E 一2 4 . 6 % F e 一 M o 一 B 图 3 不同 凡 一 M 。 一 B 含 t 试样烧结前后相对密度对比 F ig . 3 C on t ar st o f t触 er l a t i v e d e ns . t y o f sa m p l韶 w i t 加d i f fe 悦 n t a咖 u n t s o f 凡 一 M o 一 B P份 a lloy ed OP w d e r he fo 代 a nd a ft e r s l n t e r · . ng 咤曰. 4 , 口 ,声 2 . 4 烧结体成分分布 为考察液相烧结的效 果 以 及材料组 织的变 化 过 程 , 图 4 为 eF 一 M 。 一 B 含 量 为 1 5 . 4 % 的试样 的 液相分布照 片 . 实验工 艺为 : 1 20 ℃ 下 温 压 、 1 2 0 ℃ 烧结后 以 2 ℃ · s 一 ’ 的冷却速 度直 接快速 冷 却到 室温 . 其中图 4 ( a )是 得 到的扫 描电镜二次 电子 照 片 , 图 4( b) 是在 同一视 场以相 同放大倍数获得 的 背散射照 片 . 由能谱分析可知 : 亮 白色 的小颗粒 富含钥 ; 灰 白色 的铁 含量很高 , 铝 的含量 相对 比较高 ; 基 体即 暗处 的 铁 含 量很 高 , 钥 含量很 低 . 由分析推断可 知 , 灰色 区为来不 及 扩散 的液 相 冷 却 下 来所得 的 组 织 , 其 中不仅有铁 、 钥 , 还 应该 有 硼 ( 由于硼 原子 序数小于 1 1 , 在 目前所 用 的电子 显微镜能谱分析 中无法 定量 分析 ) , 烧结过 程 中 , 硼 与铁 、 碳发 生反 应 , 形 成 液 相 . 由于 钥 熔 点 高 , 难于 均 匀 化 , 偏 聚 几j ,`- … , 者 . 7 1了 犷侧脚蜀出巴、日? 120 ℃ 温压压制 5 0() 6X() 7 0 0 8 0 0 9() 0 压制帐力 从aP 八O声O : `OU 图 2 压坯密度随压制压力变化曲线 F lg . 2 E f公沈 t of p n 改洛 眼 。 n t址 心r e n d e 山 tI y 2 . 3 不 同成分下 的压坯及 烧结试样密度的变化 图 3 所 示 为 eF 一 M 。 一 B 的含 量分别 为 0 % , 3 . 3 % , 10 % , 15 . 4 % , 2 4 . 6 % 的合金 粉在 12 0 ℃ 下 温 压 的压 坯 密 度 及 烧结后 试样 的 密 度 . 可以 看 到 , 压坯 密度随着 F e 一M 。 一B 含 量 的增加 而 减小 . 烧结 后密 度 随 F e 一 M 。 一B 含 量增 加 先 略有降低 后

·442· 北京科技大学学报 2006年第5期 到晶界处，造成晶界处钼含量高，即未均匀化的白 来，所以得到如图4所示组织，由图可见，烧结初 色相中含钼量很高，从而使基体处钼含址较低， 期液相量较多（超过10%），能为液相烧结提供足 又由于烧结时未保温，液相来不及扩散就冷却下 够液相量 (a)二次电子照片 (b)背散射照片 围4烧结体液相分布 Fig.4 Distribution of liquid phase in a sintered sample 由上述分析可知，在进行含Fe-Mo-B的粉 氏体和少量平行条状上贝氏体及针状下贝氏体， 末烧结时会发生液相烧结，所以适当提高烧结温 且(a)中粒状贝氏体的含量明显比(b)多，这是由 度和延长保温时间并以较快的速度冷却，就能获 于(a),(b)中钼、硼合金的含址较少，而低合金钢 得均匀分布的组织. 往往有较高的Bs温度（贝氏体开始形成的温度）， 2.5不同Fe-M0-B含量合金的显微组织 在稍低于Bs温度并高于上贝氏体形成温度可能 图5为不同Fe-Mo-B含量合金粉经过相同 形成粒状贝氏体组织，又由于粒状贝氏体转变具 的温压、烧结工艺后所得的显微组织照片，从图 有转变不完全性，大量未转变的奥氏体在以后的 中可以看出，烧结试样显微组织主要是贝氏体， 冷却过程中转变生成上贝氏体、下贝氏体等组织 随着Fe-Mo-B含量的增多，显微组织中下贝氏 (c)和(d)中都含有大量细长条状的上贝氏体和草 体的含量也明显增多.图5(a)和(b)中有粒状贝 丛状分布的下贝氏体 000 4 (a)3.3%Fe-Mo-B (b)10%Fe-Mo-B (c)15.4%Fe-Mo-B (d)24.6%Fe-Mo-B 围5不同含量Fe-Mo-B烷结试样的SEM形貌 Fig.5 Microstructures of samples after sintering with different amounts of Fe-Mo-B pre-alloyed powder

. 4 4 2 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0` 年第 s 期 到晶界处 , 造成晶界处 钥含量高 , 即未均匀 化的白 色相 中含 钥 量 很 高 , 从 而 使基 体处 钥 含 量 较低 . 又 由于烧结时未保温 , 液 相来不及 扩散就冷却下 来 , 所以得到 如 图 4 所示组 织 . 由图可见 , 烧结初 期液相量较多 (超过 10 % ) , 能 为液相烧结提供足 够液相量 . a( ) 二次电子照片 (b) 背散射照 片 图 4 烧结体液相分布 n g . 4 D i s t d b u t盛0 . o f l lq . id Ph ase i n a s i . t e r ed s帅p l e 由上 述 分析可知 , 在进行含 F e 一 M 。 一 B 的粉 末烧结时会发 生液相烧结 , 所以适 当提 高烧结温 度和 延长保温 时间并 以较快 的速 度 冷 却 , 就 能获 得均匀分布的组 织 . 2 . 5 不同 eF 一 M 。 一 B 含t 合金 的显微组织 图 5 为不 同 F e 一 M 。 一 B 含量合金粉经 过相 同 的温 压 、 烧结工 艺后 所得 的显 微组 织 照 片 . 从 图 中可以 看出 , 烧结试样显 微组 织 主要 是 贝 氏体 . 随着 F e 一 M 。 一 B 含 量 的增 多 , 显微组 织 中下 贝 氏 体的含量 也 明显 增 多 . 图 5 ( a ) 和 ( b) 中有粒状 贝 氏体和少 量平行条状 上 贝 氏体及 针状 下 贝氏体 , 且 ( a) 中粒状 贝氏体 的含量 明显 比 ( b) 多 . 这 是 由 于 ( a ) , ( b) 中钥 、 硼 合金的含 量较少 , 而 低合金钢 往往有较高的 B s 温 度( 贝氏体开始形成的温 度 ) , 在稍低于 B s 温度并高于上 贝氏体形成温 度可能 形成粒状 贝氏体组织 , 又 由于 粒状 贝 氏体转变具 有转变不 完全 性 , 大量未转变的奥氏体在以 后的 冷却过 程 中转变生成上 贝氏体 、 下贝氏体等组织 . ( 。 )和 ( d) 中都含有大量 细长条状的上 贝氏体和 草 丛状分布的下 贝氏体 . ( a ) 3 . 3% Fe 一 M o 一 B ( b ) 10% Fe 一 M o 一 B ( e ) 1 5 4 % F e 一 M o 一 B ( d ) 2 4石% F-e M o 一 B 图 s 不同含 t eF 一 M 。 一 B 烧结试样的 s E M 形貌 n g . 5 加助 ~ 祖r l笙 t叮e` of aS m 川es 压 n e r sl nt 州昭 初 ht dl 们随代 n 晚别. 门 . . 妇 of eF 一 M 。 一 B 脚陀 , ia 姗ed lx 附止甘

Vol.28 No.5 李艳萍等：含Fe-Mo-B预合金粉铁基合金的温压成形与液相烧结 ·443· 2.6结果分析 B预合金粉的压坯密度分别提高0.34g·cm3和 比较温压与常温压制实验结果，发现压制压 0.32gcm-3;成形温度在120℃时最佳. 力相同或合金成分相同时，温压压坯密度明显高 (2)温压压坯密度随着Fe-Mo-B预合金粉 于常温压制压坯密度.目前，关于粉末模压成形 的含量增加而减小，烧结后密度随其增加先略有 致密化机理的分析主要包括粉末塑性变形、颗粒 降低后升高，达到峰值后下降.15.4%Fe-Mo-B 重排及摩擦力作用等，分析含Fe-Mo-B预合金 时压坯密度为7.27g·cm3,相对密度为 粉（硬质相）的合金粉温压致密化机理可知，由于 94.87%;烧结试样密度为7.49g·cm3,相对密 合金粉中含有硬质颗粒，压制过程中粉末塑性变 度达97.74%. 形能力很难提高，致密化起主导作用的是粉末颗 (3)含Fe-Mo-B预合金粉的合金烧结时会 粒的重排以及内外摩擦力的减小，促使小粉末颗 发生液相烧结，所以适当提高烧结温度和延长保 粒填充到大粉末颗粒的间隙中，提高了压坯密度. 温时间并以较快的速度冷却，就能获得均匀分布 贝氏体[5】尤其是下贝氏体具有良好的韧性 的组织 和强度的配合，耐疲劳性能突出，对缺口不敏感性 (4)在一定的烧结工艺下，实验中含Fe-Mo 和良好的综合性能，研究表明，硼在铁中的溶解 -B预合金粉的混合粉均能获得综合性能优异的 度极小，加入少量硼在烧结温度范围内即可形成 贝氏体组织， 低熔点共晶，成为液相烧结，促进烧结致密化.另 外，适量的硼与钼同时加入可显著提高钢的淬透 参考文献 性；钼与硼的共同作用可使钢在相当宽的连续冷 [1]Rutz H G,Hanejko F,Luk S H.Warm compaction offers 却速度范围内获得贝氏体组织，实验采用了含Fe high density at low cost.Met Powder Rep,1999,49(9):40 -Mo-B预合金粉材料在一定的烧结工艺下，获 [2]Bocchini G F.Warm compaction of metal powders:why it works,why it requires a sophisticated engineering approach. 得了对缺口不敏感的贝氏体组织，对提高材料性 Powder Metall,1999,42(2):171 能尤其是疲劳性能具有重要意义， [3]黄培云.粉末怕金原理.2版。北京：怕金工业出版社， 1997 3结论 [4]Ranghavan V,Ghosh G J.Alloy Phase Diagrams.American (I)温压工艺的温度效应对含Fe-Mo-B预 Society for Metals,1986 [5]徐祖履，刘世楷.贝氏体相变与贝氏体.北京：科学出版 合金粉的铁基合金有积极的作用，能够明显提高 杜，1991 压坯密度，在120℃时含10%和15.4%Fe-Mo Warm compacting and sinter hardening behavior of an iron-based alloy consist- ing Fe-Mo-B pre-alloyed powder LI Yanping2),HU Xuesheng2),GUO Shiju2) 1)Advanced Technology and Material Co.Ltd.,Beijing 100081,China 2)Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The shaping behavior of an iron-based alloy consisting Fe-Mo-B pre-alloyed powder was studied during warm compaction (WC)and liquid sintering.The effect of compacting temperature and pressure on the green density was discussed.The density and microstructure of samples with different amounts of Fe-Mo-B pre-alloyed powder before and after sintering were compared.The results show that compared with compaction at room temperature the green density was obviously increased by WC,e.g.at 120 C the green density of the alloy containing 10%and 15.4%Fe-Mo-B increase 0.34gcm3 and 0.32 g'cm3,respectively.The raw material powder with Fe-Mo-B pre-alloyed powder causes liquid-phase sintering,which can improve densification of the material and obtain typical bainite.The highest density reaches 7.49g'cm3 after sintering,with a relative density of 97.74%. KEY WORDS iron-based alloy;warm compaction;liquid-phase sintering;pre-alloyed powder

V o l 。 2 8 N O 。 5 李艳萍等 : 含 eF 一 M 。 一 B 预合金粉铁墓合金 的沮压成形与 液相烧结 B 预 合金 粉的压坯 密度分别提高 0 . 43 9 · cm 一 3和 0 . 3 2 9 · 。 m 一 3 ;成形温 度在 1 2 0 ℃ 时最佳 . ( )2 温 压压坯 密度随着 F e 一 M o 一 B 预合金粉 的含量增 加而 减小 , 烧结后 密度 随 其增加 先略 有 降低后 升高 , 达 到峰值后 下降 . 1 5 . 4 % eF 一 M 。 一 B 时压 坯 密 度 为 7 . 27 9 · 。 m 一 3 , 相 对 密 度 为 9 4 . 5 7 % ; 烧结试样 密度为 7 . 4 9 9 · 。 m 一 3 , 相对 密 度达 97 . 7 4 % . ( 3 ) 含 eF 一 M o 一 B 预合金 粉的合金 烧结时 会 发生液相烧结 , 所以适 当提 高烧结温 度和延长保 温 时间并 以较快的速度冷却 , 就能获得均 匀分布 的组织 . ( 4) 在一 定 的烧结工 艺下 , 实 验中含 eF 一 M 。 一 B 预合金 粉的混 合粉均能获得 综合性能优异的 贝氏体组 织 . 参 考 文 献 ,月, J, Jes 且,, ` r.L .rL 1J. 1. 1. 飞口 4 曰工ù r e `r. 几 . rL L 2 . 6 结果分析 比较温压 与常温 压制 实验结果 , 发现 压 制压 力相同或合金 成分相 同时 , 温 压 压 坯 密度明显 高 于常温 压 制压 坯 密度 . 目前 , 关于 粉末模压 成形 致 密化机理 的分析主 要包括粉末塑 性变形 、 颗 粒 重排及摩擦力 作用等 . 分析 含 F e 一 M 。 一 B 预合金 粉(硬 质相 )的合金 粉温 压致 密化机 理 可知 , 由于 合金 粉中含有硬 质颗 粒 , 压 制过 程 中粉 末塑 性变 形 能力 很难提 高 , 致密 化起主 导作用 的是粉末颗 粒的重 排以及 内外摩擦力的减小 , 促使小粉末颗 粒填充到大粉末颗粒的间隙中 , 提高了压 坯密度 . 贝氏体s1[ 尤 其是 下 贝 氏 体具有 良好的韧性 和 强度 的配 合 , 耐疲 劳性能突 出 , 对缺 口 不敏感性 和 良好的综 合性能 . 研究 表 明 , 硼 在铁 中的溶解 度极 小 , 加入 少量 硼 在烧结温 度范 围内即可形 成 低熔点共晶 , 成为液相烧结 , 促进烧结致密化 . 另 外 , 适量的硼 与钥 同 时加入 可显 著提高钢的淬透 性 ; 钥与硼的共同作用 可使钢在相 当宽的连 续冷 却速度范围内获 得 贝 氏体组 织 . 实验采用了含 F e 一M 。 一 B 预 合金 粉材料在一 定的烧结工 艺下 , 获 得了 对缺 口 不 敏感的 贝 氏体组 织 , 对 提高材料性 能尤 其是疲劳性能具有重要意义 . 3 结论 ( 1) 温 压工艺的温 度效应对 含 eF 一 M 。 一 B 预 合金粉的铁基合金 有积极 的作用 , 能够 明显 提 高 压坯 密度 , 在 1 2 0 ℃ 时含 1 0 % 和 1 5 . 4 % F e 一 M o - R u t z H G , H a n 灼k o F , L u k 5 H . W a rm co m钾e t i o n o ffe rs h i g h d e n s i t y a t l o w 。 os t . M e t oP w d e r R e p . 1 9 9 9 . 4 9 ( 9 ) : 4 0 Boc c h i n i G F . W a rm co m 钾e t i o n o f m e t a l 阳dw ers : w h y i t ow r ks , w h y i t r叫u i r e s a os p h i s r i e a t de e n g i n e r i呢 a p p oar e h . OP w d er M e at ll , 1 9 9 9 , 4 2 ( 2 ) : 17 1 黄 培 云 . 粉 末 冶金 原 理 . 2 版 . 北 京 : 冶金 工 业 出版 社 . 1 9 9 7 R a n g h a v an V , G h o s h G J . lA ol y P h议 D i a g ar ms . A m e r ica n S 兀 i e r y of r M e t a l s , 19 8 6 徐 祖嫩 , 刘世 楷 . 贝氏体相 变与 贝 氏体 . 北 京 : 科学 出版 社 , 19 9 1 W a r m e o m P a e t i n g a n d s i n t e r h a r d e n i n g b e h a v i o r o f a n i r o n 一 b a s e d a ll o y e o n s i s t - i n g F e 一 M o 一 B p r e 一 a ll o y e d p o w d e r L l aY n 户i n g l · 2 ) , H u x u es 入e n g Z ) , G vo 从ij u Z ) l ) dA v a n e ed T ec h on l吧y a n d M a t e r ial oC . L t d . , Be ij i n g 10 0 0 8 1 , C h i n a 2 ) M a t e r i a l s cS i e n e e an d E昭 i n e ir 呀 段h o l , U n i v e rs i t y o f cS i e n e e a n d T ce h n o l眼y B e ij i昭 , eB ij i n g 1 00 08 3 , C h i n a A BS T R A C T T h e s h a p i n g b e h a v i o r o f a n i or n 一 b a s e d a ll o y co n s i s t i n g F e 一 M o 一 B p r e 一 a ll o y e d p o w d e r w a s s t u d i e d d u r i n g w a r m co m p a e t i o n ( W C ) a n d li q u i d s i n t e r i n g . T h e e f f e e t o f 。 o m p a e t i n g t e m p e r a t u r e a n d P r e s u r e o n t h e g r e e n d e n s i t y w a s d i s e u s s e d . T h e d e n s i t y a n d m i e or s t r u e t u r e o f s a m p l e s w i t h d if f e r e n t a om u n t s o f F e 一 M o 一 B p r e 一 a ll o y e d oP w d e r b e of r e a n d a f t e r s i n t e r i n g w e r e co m p a r e d . T h e r e s u l t s s h o w t h a t co m 哪r e d w i t h e o m p a e t i o n a t or m t e m p e r a t u r e t h e g r e e n d e n s i t y w a s o b v i o u s l y i n c r e a s e d b y W C , e . g . a t 一2 0 ℃ t h e g r e e n d e n s i t y o f t h e a ll o y co n t a i n i n g 10 % a n d 一5 . 4 % F e 一 M o 一B i n e r e a s e 0 . 3 4 9 · e m 一 3 a n d 0 . 3 2 g · e m 一 3 , er s p e e t i v e ly . T h e r a w m a t e r i a l p o w d e r w i t h F e 一 M o 一 B p r e 一 a ll o y e d p o w d e r e a u s e s liq u id 一 p h a s e s i n t e r i雌 , w h i e h e a n im p vor e d e n s ifi e a t i o n o f t h e m a t e r i a l a n d o b t a i n t y p i e a l b a i n i t e . T h e h i g h e s t d e sn i t y er a e h e s 7 . 4 9 9 · e m 一 3 a f t e r s i n t e r i n g , w i t h a r e l a t i v e d e n s i t y o f 9 7 . 7 4 % . K E Y W O R D S ior n 一 b a s e d a ll o y ; w a r m e o m P a e t i o n ; li q u i d 一 P h a s e s i n t e r i n g ; P r e 一 a ll o y e d 卯w d e r